Устройство электрогенератора: Генератор — устройство и принцип работы, типы и основные характеристики.

Генератор — устройство и принцип работы, типы и основные характеристики.

Это устройство, которое механическую энергию вращения двигателя преобразует в электрическую. В зависимости от назначения генератора применяются асинхронные и синхронные альтернаторы 1-но или 3-х фазного исполнения.

Синхронные альтернаторы отличаются более высоким качеством вырабатываемой электроэнергии и способностью выдерживать 3-х кратные мгновенные перегрузки. Они построены конструктивно сложнее асинхронных: например, у них на роторе находятся обмотки.

Асинхронные альтернаторы дешевле и устроены гораздо проще синхронных: их ротор напоминает обычный маховик, но качество генерируемого электричества невысокое. Если к генератору с таким генератором подключается электродвигатель с большими пусковыми токами (холодильник, насос, электроинструмент), то нужно делать соответственный запас по мощности выбираемого генератора с асинхронным генератором, который не переносит пиковых перегрузок. Асинхронные применяются только в некоторых переносных моделях, в профессиональных и стационарных устанавливаются только синхронные.

Альтернаторы

Однофазный малой мощности
Мощный трёхфазный

Частота выходного напряжения генератора зависит от частоты вращения приводного двигателя, которая в свою очередь зависит от величины нагрузки и от количества полюсов альтернатора. Чем больше нагрузка, тем меньше частота вращения двигателя и, соответственно, меньше частота выходного напряжения. Чтобы частота вырабатываемой электроэнергии не выходила за пределы, определенные ГОСТом, применяются регуляторы оборотов двигателя.

Частота вращения двигателя стабилизируется двумя видами регуляторов:

• механическими, которые настроены таким образом, что при нагрузке 75-90% частота выходного напряжения равна 50 Гц. Соответственно, на более малых нагрузках (10-30 % от номинала генератора) частота напряжения будет в пределах 52-53 Гц;
• электронными, предназначенными поддерживать постоянную частоту 50 Гц вне зависимости от суммарной нагрузки на двигатель.
  Генераторы с электронной стабилизацией частоты вращения двигателя стоят дороже обычных с механическим регулятором.

Силовая часть альтернатора и цепи нагрузки комплектуется автоматами защиты или трёхполюсными переключателями-автоматами с ручным или электрическим приводом. Напряжение можно снимать либо через вмонтированные в распределительный щит розетки (на маломощных генераторах), либо через клеммные выводы.

Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 9 класс.

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

 

 

Рисунок \(1\). Опыт по получению индукционного тока

 

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.

Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

 

 

Рисунок \(2\). Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита

Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

 

 

Рисунок \(3\). Схема генератора: \(1\) — корпус; \(2\) — статор; \(3\) — ротор; \(4\) — скользящие контакты (щётки, кольца)

В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.

Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

 

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

 

 

Рисунок \(4\). Устройство гидрогенератора: \(1\) — статор; \(2\) — ротор; \(3\) — водяная турбина

Генератор переменного тока — Генератор переменного тока состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь и вращающейся части — ротор или индуктор

В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.

Устройство генератора переменного тока

Генератор переменного тока – это устройство, которые преобразует механическую энергию, в электрическую.

Состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь (см. рисунок) и вращающейся части — ротор или индуктор. В генераторе переменного тока ротор — это электромагнит, который обеспечивает магнитное поле, которое передается на статор. На внутренней поверхности статора есть осевые впадины, так называемые пазы, в которых расположена обмотка переменного тока (проводник). Статор генератора изготавливается из 0.35 мм спрессованных стальных листов, которые изолированы покрытой лаком пленкой. Эти листы устанавливаются в станине устройства. Ротор крепится внутри статора и вращается посредством двигателя. Вал – одна из деталей, для передачи крутящего момента под действием расположенных на нём опор. На общем валу с генератором, располагается так называемый возбудитель постоянного тока, который питает постоянным током обмотки ротора. Аккумулятор в генераторе переменного тока выполняет функции стартерной батареи, которая имеет свойство накапливать и хранить электроэнергию при нехватке в отсутствии работы двигателя и при нехватке мощности, которую развивает генератор.

Применение генераторов переменного тока в жизни

В течении последних лет, популярность использования электростанций и генераторов переменного тока значительно возросла. Используются они как в промышленных, так и в бытовых сферах. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.

Обслуживание

Практически любая дизельная электростанция в независимости от ее мощности и производителя имеет 2 главные составляющие.

Это генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания. Так как поддерживать данные узлы необходимо в рабочем исправном состоянии, в ходе их эксплуатации нужен определенный перечень обязательных работ по их техническому обслуживанию. К сожалению, подавляющее большинство владельцев считает, что можно ограничиться лишь своевременной заменой масла и фильтра, при этом «техническое обслуживание» можно провести и самостоятельно. Но результатом этого зачастую становится полный отказ работы устройства. В результате чего, не сложно сделать вывод, что проще и дешевле, доверить оборудование профессионалам, которые благодаря знаниям и огромному опыту, смогут увеличить срок службы ДГУ и сократить расходы при аварийных ситуациях.

Общее устройство генератора

Генератор переменного тока это элемент автомобиля, предназначенный для произведения электрической энергии путем преобразования механической энергии (вращение коленчатого вала) в электрическую энергию.

Генераторы могут генерировать постоянный или переменный ток.

Генератор автомобиля используется, как источник питания для следующих электропотребителей: система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер, системы диагностики. Также генератор обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ) во время движения автомобиля.

На сегодняшний день чаще всего используются генераторы переменного тока, которые хорошо себя зарекомендовали.

Как работает генератор?

Чтобы ответить на вопрос, — как работает генератор? — мы рассмотрим Принцип работы генератора.

Основа работы генератора заключается в использовании электродвижущей силы (ЭДС), которая образуется в прямоугольном контуре, вращающемся в однородном вращающемся магнитном поле.

Устройство простейшего генератора

Простейший генератор представляет собой обыкновенную прямоугольную рамку, которая размещена между магнитами с разными полюсами.

Для снятия напряжения с вращающейся рамки используют токосъемные кольца.

В автомобилестроение используют электромагниты – катушки индуктивности или обмотки медного провода. При прохождении электрического тока через обмотку, последняя насыщается электромагнитными свойствами. Для возбуждения обмотки используется аккумуляторная батарея.

Устройство автомобильного генератора переменного тока

Автомобильный генератор состоит из корпуса с крышками, в которых имеются отверстия для вентиляции. Ротор устанавливается в подшипниках 2 и вращается в них. Привод ротора осуществляется путем ременной передачи (ремень одевается на шкив). Ротор выступает электромагнитом (обмоткой). Ток на обмотку поступает с помощью двух медных колец и графитных щеток, которые соединены с электронным регулятором. Электронный реле регулятор отвечает за напряжение на выходе, которое должно находиться в пределах 12 Вольт вне зависимости от частоты вращения шкива привода генератора. Реле регулятор может встраиваться в корпус, а может находиться отдельно.

Статор – представляет собой три медные обмотки, которые соединяются в треугольник. К точкам соединения обмоток подключается выпрямительный мост, который состоит из 6 полупроводниковых диодов, которые служат для преобразования переменного напряжения в постоянное.

---

Генера́тор (с латыни generator означает «производитель») — устройство, что вырабатывает электроэнергию, производит продукты или преобразует один вид энергии в другой.

Автомобильный генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.

Автомобильный генератор применяется для питания потребителей электроэнергии, таких как система зажигания, приборы освещения, бортовой компьютер автомобиля, системы диагностики, а также для зарядки аккумуляторной батареи (АКБ).

От надежности работы генератора зависит бесперебойность работы остальных систем автомобиля и других его компонентов. Мощность современного автомобильного генератора составляет 1 кВт.

Принцип работы автомобильного генератора

Первые автомобильные генераторы были генераторы постоянного тока. Они требовали много внимания к себе, что обуславливалось частым обслуживанием и контролем работы устройства.

Затем был придуманы диодные выпрямители, что значительно увеличило ресурс работы генератора и увеличило срок его работы. Генераторы с диодными выпрямителями тока стали называться генераторами переменного тока.

На производство генератора переменного тока уходило меньше материалов, соответственно он стал легче и значительно меньше, а КПД вырос, обеспечивая более стабильный ток на выходе.

В современных иномарках используют синхронные трехфазные генераторы переменного тока, а в качестве выпрямителя – трехфазный выпрямитель Ларионова.

От поворота ключа до выдачи напряжения…

Во время поворота ключа замка зажигания в рабочее положение питание подается на обмотку возбуждения и генератор начинает отдавать ток в нагрузку. За управление током в обмотке возбуждения отвечает стабилизатор напряжения, который входит в щеточный узел генератора. Питание стабилизатора напряжения осуществляется от выпрямителя.

Ротор генератора приводится во вращение от коленчатого вала через шкив посредством клинового ремня. В обмотке возбуждения создается электромагнитное поле, которое индуцирует электрический ток в фазовых обмотках статора.

Выдаваемый ток – скачкообразный и зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, поэтому для его стабилизации применяется стабилизатор напряжения.

Напряжение бортовой сети в работающей системе должно находится в пределах 13,8-14,2 В, что обеспечит нормальную подзарядку АКБ.

На крупногабаритных автомобилях используются автомобильные генераторы повышенной мощности 24 В.

Техническая информация о стартере и генераторе. О ремонте стартера и ремонте генератора.

Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.

Генератор – достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.

Принцип действия генератора

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу  состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.

За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения  ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.

Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм – трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения  действуют между концами обмоток фаз, а токи  протекают в этих обмотках, линейные же напряжения  действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи . Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в «треугольник» фазные токи меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т.е. получается «двойная звезда». Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У многих  генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении.  Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).

Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.

Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)

В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки – тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.

Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить – увеличивается.

Конструктивное исполнение генераторов

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками –передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части –  над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное — только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы — полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.

В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колеи — скользящая, со стороны привода — плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства — резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Привод генераторов и крепление их на двигателе

Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта — клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.

Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т.к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8…2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.

Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.

К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.

Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

Устройство бензинового генератора, принцип работы бензинового генератора

Бензиновые генераторы остаются довольно востребованными портативными источниками питания среди многих слоев населения. Однако, несмотря на свое удобство, устройство требует соблюдения определённых правил в ходе своей эксплуатации, о которых вы сможете узнать ниже.

 

Устройство бензинового генератора

Перед началом процесса установки и эксплуатации настоятельно рекомендуем ознакомиться с устройством бензинового генератора. Архитектура большинства бензиновых источников питания включает в себя:

1. Датчики и индикаторы:
   • Вольтметр. Показывает уровень выходной мощности производимого электричества. В зависимости от модели генератора, бывает как аналоговым, так и электронным. Последние могут предоставлять более широкий спектр данных, включая общий уровень потребляемой энергии от разных устройств. Подлежит замене и может быть приобретен отдельно.
   • Датчик уровня топлива. Отображает количество заправленного бензина. Включает в себя индикатор с поплавком, который замеряет уровень оставшегося топлива. Существуют также цифровые версии датчиков, выводящие данные об остатке бензина в процентах.
   • Контрольная лампочка. Сигнализирует об исправности работы генератора.

2. Переключатели на контрольной панели:
   • Кнопка включения 12 V. Включает подачу тока через розетку на 12 V.
   • Выключатель двигателя. В зависимости от типа стартера, выключатель представляет из себя либо кнопку запуска двигателя (при внешнем стартере), либо переключатель режима (при встроенном или автоматическом).
   • Предохранитель (прерыватель цепи). Обеспечивает экстренное и безопасное отключение генератора в случае короткого замыкания, защищая устройство от перегрева и аварии.

3. Контакты и выходы для потребителей:
   • Розетка 12 V. Выход постоянного тока, пригодный для подпитки неэнергоёмких устройств.
   • Розетка 220 V. Стандартный выход постоянного тока, используемый для подключения генератора к сети потребителей.
   • Клемма заземления. При соединении с рамой корпуса и заземлителем обеспечивает устройству надежное заземление.

4. Корпус устройства:
   • Рама. Основа, на которой установлен бензиновый генератор.
   • Топливный бак. Резервуар для топлива, за счет которого осуществляется работа бензинового генератора.
   • Рукоятка ручного стартера. С помощью нее производится зажигание двигателя и запуск источника питания.
   • Воздушный фильтр. Обеспечивает очистку топливных выхлопов от вредных химических веществ. Нуждается в регулярной чистке и подлежит замене.
   • Топливный кран. Отвечает за начало и прекращение подачи бензина в камеру сжигания.
   • Крышка и щуп для масла. Для проверки уровня масла в генераторе.
   • Пробка для слива масла. Закрывает резервуар для слива масла.
   • Защитный экран глушителя.

 

Особенности обслуживания и работы бензинового генератора

Заземление

Обязательным условием эксплуатации бензинового генератора является его заземление. В случае отсутствия или неправильной установки последнего использовать источник электропитания строго запрещается, ведь есть высокий риск поражения пользователя током в ходе эксплуатации генератора. В качестве заземлителей чаще всего используется лист оцинкованного железа достаточных размеров (минимум 1000 х 500 мм) либо стержень из металла не менее 1,5 см в диаметре.

На каждом генераторе обязательно присутствует клемма заземления, которая соединяется с заземлителем, погруженным в землю до уровня влажных слоев грунта, посредством крепко закрепленного провода. Минимальное сопротивление, необходимое контуру для обеспечения надежного заземления равняется 4 Ом.

Для проведения заземления обязательно требуется привлечь специалиста, который имеет при себе необходимое оборудование и защиту для безопасного завершения работ.

Проверка уровня масла и заправка устройства

Топливный генератор нуждается в определенном уходе, как и любое другое устройство. В первую очередь, речь идет о своевременной замене масла и дозаправке. Если без бензина источник питания не способен работать, то нехватка масла в картере двигателя может привести к серьезной поломке оборудования и способствует быстрому выходу его из строя. Проверка уровня масла осуществляется посредством щупа, установленного в крышку горловины. Предварительно протерев его, опустите щуп в маслоналивную горловину до упора, а затем посмотрите, до какого уровня тот покрылся маслом. Стоит отметить, что данная процедура выполняется исключительно при выключенном и остывшем двигателе (не раньше, чем через пять минут после отключения генератора) и желательно проводить её перед каждым запуском бензинового генератора.

Перед тем, как заправить устройство бензином, убедитесь, что используете марку топлива, указанную разработчиком генератора в соответствующей инструкции. В зависимости от типа двигателя, назначается разный состав топлива. Так, двухтактные двигатели работают на основе маслобензиновой смеси в строгих пропорциях (обычно они также указываются в инструкции), в то время как четырёхтактные заправляются чистым и неразбавленным топливом. Тем не менее, слабо этилированный бензин запрещается использовать в любых генераторах.

Запуск бензинового генератора

Процедура запуска бензинового генератора включает в себя ряд действий, выполнять которые следует в следующей строгой последовательности:

1. Убедитесь, что к топливному генератору не подключены никакие энергопотребители, а сам он обеспечен достаточным объемом бензина и масла.
2. Переведите предохранитель в выключенное состояние.
3. Обеспечьте подачу бензина к двигателю посредством топливного крана.
4. Если мотор был неактивен несколько часов и успел остыть (или вовсе не запускался ранее), закройте соответствующей ручкой воздушную заслонку. В обратном случае, оставьте её открытой.
5. Предварительно переведя выключатель двигателя в положение «On», запускайте генератор посредством стартера (если он не автоматический). Для этого требуется потянуть на себя его ручку и резко дернуть вверх, когда почувствуете сопротивление.
6. В течение 3-5 минут дайте двигателю прогреться, после чего откройте воздушную заслонку. Пропустите этот пункт, если на этапе 4 заслонка не закрывалась.

Отключение генератора

Так же, как и запуск, отключение топливного источника питания происходит по определенной схеме:

1. Сначала отключаются устройства-потребители.
2. Выключается предохранитель.
3. Затем отключается зажигание.
4. В последнюю очередь топливным краном прекращается подача бензина.

Тут же стоит подметить, что в тех случаях, когда электрогенератор работал на высоких нагрузках, перед его выключением следует дать двигателю поработать несколько минут в штатном режиме.

Газовый генератор: устройство, характеристики, подключение, выбор

Многие современные устройства требуют запитки электрической энергией. Но далеко не всегда существует возможность подключиться к сети. Причиной тому является относительное удаление линий или постоянное перемещение потребителя. В таких ситуациях на помощь приходит газовый генератор, как альтернативный вариант автономного электроснабжения на тех же стройках, загородных домах, промышленных предприятиях и даже военных объектах.

Устройство и принцип работы

Рисунок 1: конструкция газового генератора

Конструктивно газовые электростанции представляют собой устройство, которое состоит из блоков:

• Для подачи, смешивания или генерации газа (их наличие и конструкция может отличаться в зависимости от модели и принципа работы устройства).
• Двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в котором происходить горение  газа.
• Генераторного – получает вращающее усилие от ДВС.
• Электронный блок – комплекс приборов, позволяющий осуществлять контроль над режимами работы всех элементов газгена и их параметрами (давление газа, напряжение и т.д.).
• Рамы или корпуса, которые осуществляют несущие функции для оборудования. В некоторых ситуациях могут защищать генератор от механических повреждений.

Рисунок 2: Принцип действия газового генератора

Посмотрите на рисунок, здесь показан принцип действия газового генератора. Изначально от источника газоснабжения, в данной ситуации рассматривается вариант подачи газа из баллона 1, подается горючее вещество в ДВС. При этом баллонный газ движется через редуктор и закрепленный хомутами шланг. При возгорании газа в ДВС возникает вращающий момент, передающийся на электрический генератор посредством вала. Генератор, от такого воздействия начинает вырабатывать напряжение для однофазных или трехфазных потребителей.

Основные характеристики газовых генераторов

При выборе конкретной модели газового генератора предприятие или бытовой потребитель отталкивается от определенных параметров. Которые устанавливают их функциональные данные и предопределяют возможность установки газового генератора для тех или иных целей.

Продолжительность работы

В зависимости от задач, которые ставятся перед источником электроэнергии газовые генераторы подразделяются на:

• Устройства постоянного действия – представляют собой автономную электростанцию, которая работает для постоянного электроснабжения какого-либо потребителя без подключения внешних сетей.
• Агрегаты для периодического включения – используются в промышленных установках с плавающим графиком работы или для дачных участков, небольших поселений и т.д.
• Устройства аварийного электроснабжения – позволяют запитывать приборы при отключении электричества в основной сети.

Количество фаз

В зависимости от количества фаз такие источники электричества подразделяются на однофазные и трехфазные. Первые, в большинстве своем, используются для бытовых потребителей или небольших промышленных цехов со стандартной линейной нагрузкой. Второй тип применяется для трехфазных сетей, к которым подключаются многофазная нагрузка – двигатели, промышленные объекты, мощное станочное оборудование и т.д. В работе которых требуется использование нескольких фаз.

Тип используемого топлива

Наиболее часто встречаются газовые генераторы, работающие на природном газе. При наличии в непосредственной близи газовой магистрали подключение может производиться от нее, но при этом необходимо получить разрешение газовой службы. В противном случае в качестве источника природного газа можно установить баллоны для запитки газового генератора.

Помимо классического топлива, могут использоваться газы с низкими или высокими параметрами тепловыделения. Это позволяет задать определенные режимы работы, к примеру, может применяться газ с низкой детонирующей способностью или с малым содержанием определенного вещества (пропана, бутана или других примесей). Поэтому по типу топлива разделяют такие установки, которые работают на бутане, пропане, биогазе и других комбинациях газовой смеси.

Мощность

Наиболее важной характеристикой газовых электрогенераторов является мощность, которую тот способен выдать на выходе. Так как от этого параметра будет зависеть возможность подключения тех или иных электрических приборов. В настоящее время выпускаются приборы на мощность от 2 до 500кВт. Для обеспечения достаточного резерва мощности конкретная модель выбирается по принципу суммирования всех промышленных или бытовых приборов, подключенных к сети и прибавления к полученной величине 20 – 30% для запаса.

Тип охлаждения

Из-за постоянного сгорания топлива газовый генератор может перегреваться. Для предотвращения воздействия высокой температуры на элементы конструкции они подвергаются охлаждению. На практике применяют два типа охлаждения – воздушное и водяное.

Воздушное подразделяется на естественное (используется в открытых моделях с небольшой мощностью  и рабочей температурой) и принудительное. Последний вариант воздушного охлаждения подразумевает различные способы обдува и направления воздушного потока на двигатель и генератор.

Жидкостное охлаждение помимо функции отбора тепла от газового генератора также позволяет использовать разогретую воду для отопления или обогрева жилых или производственных помещений.

Тип пуска

Тип пуска в газовых генераторах подразделяются на ручной и автоматический запуск. Первый вариант является наиболее актуальным в случаях, когда установка включается редко и этот процесс имеет периодичность или его можно предусмотреть (приезд на дачу, работа на строительной площадке и т.д.) Автоматическое включение подходит в тех случаях, когда необходимо обеспечить резервное питание при исчезновении  основного.

Регулировка напряжения (AVR)

Большинство газовых генераторов оснащаются блоком АВР, который позволяет контролировать напряжение, выдаваемое потребителям. Данный блок обеспечивает качественное снабжение электрическим током и является стабилизатором, выравнивающим кривую в соответствии с заданными параметрами. Благодаря чему питание приборов ни чем не будет отличаться от запитки внешним источником электроснабжения.

Наиболее эффективными в плане стабилизации напряжения являются инверторные агрегаты. Такие газовые генераторы вырабатывают переменное напряжение, затем преобразуют его в постоянное, а после постоянный ток и напряжение инвертируют в переменное с идеальными параметрами.

Вариант исполнения

Рисунок 3: открытый и закрытый газовый генератор

В зависимости от особенностей исполнения выделяют открытые и закрытые газовые генераторы. Первый вариант устанавливается внутри помещений и подразумевает отсутствие защитного кожуха. Открытые газовые генераторы обладают лучшими параметрами естественного охлаждения и меньшим весом, но при этом издают больше шума. Закрытые можно использовать для наружной установки, так как внешний кожух предотвращает нарушение работы от  атмосферных осадков и других факторов.

Также конструктивно газовый генератор может оснащаться колесами для перемещения. Их наличие значительно упрощает манипуляции даже с небольшими моделями. Поэтому при покупке стоит задуматься о наличии колес, если вы будет передвигать газовый генератор.

Степень защиты IP

Уровень защиты любого газового котла отличается по шкале от 0 до 5. Где 0 обозначает, что модель вообще не имеет защиты от внешних факторов. А 5 – это самая высокая степень защиты, позволяющая эксплуатировать установку даже в самых неблагоприятных условиях. Данный параметр указывается на корпусе устройства. Следует отметить, что наиболее распространенной для бытовых нужд является степень IP от 2 до 3.

Уровень шума

Любой газовый, дизельный или бензиновый генератор создает определенный уровень шума. Но звук, в зависимости от расстояния, имеет свойство ослабевать. Поэтому в среднем бытовые модели могут создавать звуковое давление от 40 до 100дБ. Установки высокой мощности имеют куда более высокий показатель, но для его уменьшения применяются специальные меры.

В зависимости от места его расположения, этот параметр может значительно усугублять рабочий процесс устройства. К примеру, на открытом пространстве шумность не так ощущается, как и в каком-либо технологическом процессе на производстве. А вот в домашних условиях, небольшие размеры комнаты и высокий уровень звука  может вызвать дискомфорт у жильцов. Поэтому стоит обеспечить шумоизоляцию самого газового генератора или места его установки.

Габариты

Размеры газового генератора во многом зависят от мощности расположенного в нем оборудования. Поэтому, как правило, маломощные агрегаты имеют габариты 1 м×0,5 м×0,5 м или близкие к ним. А устройства большой мощности в районе 2 м×1 м×1 м и более. Самые мощные генераторы имеют размер 5 м×2 м×2 м.

Тип машины

По типу машины газовые резервные источники подразделяются на асинхронные и синхронные. Первые отличаются более простой конструкцией, но при этом сдают в параметрах качества вырабатываемой электроэнергии. Вторые более сложные и дорогие в эксплуатации, но на выходе потребитель получает стабильные параметры мощности, тока и напряжения. Поэтому для чувствительных потребителей необходимо устанавливать газовые генераторы с синхронным двигателем.

Преимущества и недостатки

К преимуществам газовых генераторов следует отнести:

• Большой моторесурс и КПД, в сравнении с генераторами на других видах топлива.
• Неприхотливы в работе – могут легко функционировать при температуре от – 50°С до +50°С в сравнении с теми же генераторами на дизельном топливе.
• Более длительный срок эксплуатации за счет отсутствия осадков из продуктов сгорания газа в сравнении с твердым топливом и нефтепродуктами.
• Продолжительная работа – один баллон дает расход газа в два раза дольше, чем одна заправка бензиновых моделей.
• Автоматизация и полная автономия в работе при наличии источника магистрального природного газа и системы автозапуска. При этом выработка электроэнергии не ограничивается по времени за исключением перерывов на техническое обслуживание.
• Высокая надежность, так как газ не теряет своих свойств. В сравнении с нефтепродуктами, которые могут разложиться уже за полгода, даже сжиженный газ длительно остается пригодным для использования.

К недостаткам газовых генераторов следует отнести:

• Ограничения на ввод в работу – в связи с опасностью газовых смесей, для использования такой установки требуется получить соответствующие разрешения на подключение, эксплуатацию и ряд других документов.
• Выдает сравнительно меньшую мощность, чем бензиновый агрегат.
• Обладает относительно большими габаритами.
• Дорогостоящий и трудоемкий ремонт.

Критерии выбора

При выборе конкретной модели следует руководствоваться вышеприведенными характеристиками устройств, а именно:

• Какую мощность вам необходимо выдать в сеть?
• Сколько фаз требуется для потребителя?
• Будет использоваться в качестве резервного или основного источника?
• Питается от магистрального газопровода или от баллона?
• Где будет устанавливаться газген?
• Какие габариты приемлемы для установки?

Остальные нюансы рассматриваются в соответствии с местными условиями, особенностями нагрузки и пожеланиями заказчика.

Что выбрать? Обзор лучших моделей газгенов

Из всего предложенного многообразия следует осторожно относиться к малоизвестным производителям. Так как они нередко грешат преувеличением параметров и замалчиванием недостатков. Поэтому чтобы лучше разобраться в том, какое устройство использовать в вашем случае, определитесь с  его назначением.

Для частного дома или дачи

Для снабжения электроэнергией небольшого дома или дачи подойдет однофазная модель от 5 до 25кВт. В редких случаях для потребителей с трехфазной нагрузкой (электрических машин, специального оборудования) необходимы трехфазные агрегаты. Среди наиболее простых однофазных можно выделить генераторы серии REG GG, Briggs & Stratton  или E3 POWER.

Для использования в качестве мобильной электростанции

Функции  мобильной электростанции для снабжения передвижной строительной площадки отлично подойдут трехфазные или однофазные модели мощностью от 25кВт и более. Однофазные источники бесперебойного питания подходят для тех ситуаций, когда нет необходимости запитывать трехфазную нагрузку. Одним из лучших примеров на отечественном рынке является газовый генератор SDMO. Который может вырабатывать электроэнергию в течении 8 суток без перерыва.

Для продолжительного электроснабжения

Для продолжительного бесперебойного питания электрической энергией применяются мощные агрегаты от 100 до 500кВт. В связи со стационарной установкой они могут иметь водяное охлаждение и применяться для отопления каких-либо объектов.

В качестве примера газового генератора для продолжительного электроснабжения на отечественном рынке широко используются генераторы Generac SG300  на 240 кВт. Такая электростанция имеет жидкостное охлаждение и выдает трехфазное питание. Одним из самых мощных является ТСС АГ-500С на 500кВт, который запросто запитает даже небольшой поселок или завод.

Рисунок 4: Газовый генератор ТСС АГ

Установка и подключение газового генератора

Процесс подключения может осуществляться либо к магистральной трубе или к баллону с газом. Первый вариант достаточно сложный, так как требует дополнительного согласования с газовой компанией, оформления соответствующих документов, составления техпроцесса и т.д. Запитать генератор от обычного баллона куда проще.

Помимо этого важно соблюдать следующие меры:

• Достаточный уровень вентиляции – газовый генератор должен хорошо проветриваться, не зависимо от того, где его устанавливают (на улице или в помещении). При недостаточном движении воздуха КПД устройства может значительно пострадать, поэтому на практике устанавливается дополнительная система вентиляции.
• Объем помещения – если газовый генератор располагается в помещении, то его объем должен быть не менее 15м³. При этом размещение в подвальных помещениях устройств, работающих на сжиженном газе, запрещено.
• Необходимо обеспечить отвод выхлопных газов за счет удлинения соответствующей трубы. В помещениях ее выводят в отдельное отверстие, а на открытом пространстве способ определяется в зависимости от местных условий.

Рисунок 5: Подключение газового генератора

Посмотрите на рисунок, подключение производиться через газовый редуктор 1, к которому подводится запорный кран 2. От запорного крана к агрегату прокладывается гибкий шланг и подключается к соответствующему патрубку ДВС. Снабжение потребителя, при совместной работе генератора с внешним источником используется распределительный щиток 4. Для обеспечения безопасности в случае попадания электрического потенциала на корпус, газовый генератор соединяется с контуром заземления 3.

Как видите, принципиальная схема подключения имеет идентичный принцип, как для магистрального газоснабжения, так и для баллонного.

Список использованной литературы

• Ольховский Г.Г., Казарян В.А., Столяревский А.Я «Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции» 2011
• Базеев Е.Т. «Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики» 2012 – 2013
• Кириллов И.И. «Газовые турбины и газотурбинные установки» 1956
• Костюк А.Г., Фролов В.В. «Паровые и газовые турбины» 1985.

BE Энергетическое оборудование — Генераторы

Это относительно небольшие машины, которые могут сами вырабатывать электричество. Они имеют решающее значение для автономных работ, могут использоваться в аварийных ситуациях для электроснабжения и часто оказываются используется в развлекательных мероприятиях, таких как кемпинг и рыбалка.

КАК СОЗДАЕТСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?

Переносные генераторы используют накопленную химическую энергию, которая содержится в используемом топливе, таком как бензин. запустить двигатель. Затем двигатель вырабатывает механическую энергию, вращая генератор переменного тока.Генератор переменного тока индуктор, такой как медь, находящийся внутри магнитного поля. Движение проводника в электрическом поле индуцирует поток электрических зарядов, который затем передается по проводам к выходным розеткам, которые будут использоваться управлять устройствами.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ: НАПРЯЖЕНИЕ, АМПЕР И ВАТТ

При сравнении генераторов важно понимать значение и соотношение между вольтами, амперы и ватты.За этими терминами стоит глубокая и сложная наука, но ради обсуждения портативных генераторов лучше всего рассматривать в практических применениях.

• Вольт: Можно считать силу или давление приложенного электричества. В Северной Америке это установлено на 120 В для большинства устройств и 240 В для устройств с повышенным энергопотреблением, таких как стиральные машины и сушилки. (Доступны более высокие напряжения, но они применимы к более тяжелым промышленным ситуациям и не относятся к портативным устройствам). генераторы).
• Ампер: Если Вольт — это давление электричества, то Ампер будет потоком. Каждому электрическому устройству нужно определенное давление (вольт) и определенное количество ампер для работы. Вольт постоянные (120 В или 240 В), а амперы равны. переменная в зависимости от устройства. Например, компьютерный монитор обычно менее 1 ампер, а в качестве тостера нужно 9 ампер.
• Вт: — базовая единица мощности. Для электричества это рассчитывается как амперы, умноженные на вольты.Все генераторы рассчитаны в ваттах, потому что, если вы знаете ватты, и поскольку напряжение составляет либо 120 В, либо 240 В. (четко обозначено на розетках), тогда амперы можно легко определить

Практически все генераторы рекламируются мощностью в ваттах. Это требует дальнейшего изучения, потому что — это максимальная / пиковая мощность и номинальная мощность в рабочем / непрерывном режиме. Макс. Ватт — это всегда более высокий рейтинг, который может достигается за несколько секунд и может справиться с потребностями в энергии запуска, которые есть у некоторых устройств.Беговые ватты это то, что машина может производить в стабильном темпе в течение всего дня.

Как генератор вырабатывает электричество? Статья о том, как работают генераторы

Генераторы

— это полезные устройства, которые подают электроэнергию во время отключения электроэнергии и предотвращают прерывание повседневной деятельности или прерывание бизнес-операций. Генераторы доступны в различных электрических и физических конфигурациях для использования в различных приложениях. В следующих разделах мы рассмотрим, как работает генератор, основные компоненты генератора и как генератор работает в качестве вторичного источника электроэнергии в жилых и промышленных помещениях.

Как работает генератор?

Электрический генератор — это устройство, которое преобразует механическую энергию, полученную от внешнего источника, в электрическую энергию на выходе.

Важно понимать, что генератор на самом деле не «создает» электрическую энергию. Вместо этого он использует подводимую к нему механическую энергию, чтобы заставить движение электрических зарядов, присутствующих в проводе его обмоток, через внешнюю электрическую цепь.Этот поток электрических зарядов составляет выходной электрический ток, подаваемый генератором. Этот механизм можно понять, рассматривая генератор как аналог водяного насоса, который вызывает поток воды, но фактически не «создает» воду, текущую через него.

Современный генератор работает на принципе электромагнитной индукции, открытом Майклом Фарадеем в 1831-32 гг. Фарадей обнаружил, что вышеупомянутый поток электрических зарядов может быть вызван перемещением электрического проводника, такого как провод, содержащий электрические заряды, в магнитном поле.Это движение создает разность напряжений между двумя концами провода или электрического проводника, что, в свою очередь, вызывает протекание электрических зарядов, генерируя электрический ток.

Основные компоненты генератора

Основные компоненты электрогенератора можно в общих чертах классифицировать следующим образом:

• Двигатель
• Генератор
• Топливная система
• Регулятор напряжения
• Системы охлаждения и выхлопа
• Система смазки
• Зарядное устройство
• Панель управления
• Основная сборка / рама

Описание основных компонентов генератора приведено ниже.

Двигатель

Двигатель является источником подводимой механической энергии к генератору. Размер двигателя прямо пропорционален максимальной выходной мощности, которую может выдать генератор. При оценке двигателя вашего генератора необходимо учитывать несколько факторов. Для получения полных рабочих характеристик двигателя и графиков технического обслуживания необходимо проконсультироваться с производителем двигателя.

(a) Тип используемого топлива — двигатели генераторов работают на различных видах топлива, таких как дизельное топливо, бензин, пропан (в сжиженном или газообразном состоянии) или природный газ. Меньшие двигатели обычно работают на бензине, а большие двигатели работают на дизельном топливе, жидком пропане, пропане или природном газе. Некоторые двигатели также могут работать на двойной подаче дизельного и газового топлива в двухтопливном режиме.

(b) Двигатели с верхним расположением клапанов (OHV) по сравнению с двигателями без OHV — двигатели с верхним расположением клапанов отличаются от других двигателей тем, что впускные и выпускные клапаны двигателя расположены в головке цилиндра двигателя, а не на двигателе. блокировать.Двигатели OHV имеют ряд преимуществ перед другими двигателями, такими как:

• Компактная конструкция
• Более простой рабочий механизм
• Прочность
• Удобство в эксплуатации
• Низкий уровень шума при работе
• Низкий уровень выбросов

Однако OHV-двигатели также дороже других двигателей.

(c) Чугунная гильза (CIS) в цилиндре двигателя — CIS — это накладка в цилиндре двигателя.Это снижает износ и обеспечивает долговечность двигателя. Большинство двигателей OHV оснащены системой CIS, но очень важно проверить наличие этой особенности в двигателе генератора. CIS — это не дорогая функция, но она играет важную роль в долговечности двигателя, особенно если вам нужно использовать генератор часто или в течение длительного времени.

Генератор

Генератор переменного тока, также известный как «генератор», представляет собой часть генератора, которая вырабатывает электрическую мощность за счет механического входа, подаваемого двигателем.Он содержит набор неподвижных и подвижных частей, заключенных в корпус. Компоненты работают вместе, вызывая относительное движение между магнитным и электрическим полями, которое, в свою очередь, генерирует электричество.

(а) Статор — это стационарный компонент. Он содержит набор электрических проводников, намотанных катушками на железный сердечник.

(b) Ротор / Якорь — это движущийся компонент, который создает вращающееся магнитное поле одним из следующих трех способов:

(i) Индукционным способом — они известны как бесщеточные генераторы переменного тока и обычно используются в больших генераторах.
(ii) Постоянными магнитами — это обычное дело в небольших генераторах переменного тока.
(iii) Использование возбудителя. Возбудитель представляет собой небольшой источник постоянного тока (DC), который питает ротор через совокупность токопроводящих контактных колец и щеток.

Ротор создает движущееся магнитное поле вокруг статора, которое вызывает разность напряжений между обмотками статора. Это производит переменный ток (AC) на выходе генератора.

При оценке генератора переменного тока необходимо учитывать следующие факторы:

(a) Металлический корпус по сравнению с пластиковым корпусом — цельнометаллическая конструкция обеспечивает долговечность генератора.Пластиковые корпуса со временем деформируются, что приводит к обнажению движущихся частей генератора. Это увеличивает износ и, что более важно, опасно для пользователя.

(b) Шариковые подшипники по сравнению с игольчатыми подшипниками. Шариковые подшипники предпочтительнее и служат дольше.

(c) Бесщеточная конструкция — генератор, в котором не используются щетки, требует меньшего обслуживания, а также производит более чистую мощность.

Топливная система

Топливный бак обычно имеет достаточную емкость, чтобы генератор работал в среднем от 6 до 8 часов.В случае малых блоков генератора, топливный бак является частью занос базы генератора или смонтирован на верхней части корпуса генератора. Для коммерческого использования может потребоваться монтаж и установка внешнего топливного бака. Все подобные установки должны быть одобрены Управлением городского планирования. Щелкните следующую ссылку для получения дополнительных сведений о топливных баках для генераторов.

Общие характеристики топливной системы включают следующее:

(a) Трубопровод от топливного бака к двигателю — линия подачи направляет топливо из бака в двигатель, а обратная линия направляет топливо от двигателя в бак.

(b) Вентиляционная труба для топливного бака — Топливный бак имеет вентиляционную трубу для предотвращения повышения давления или вакуума во время заправки и опорожнения бака. При заправке топливного бака убедитесь, что металл-металл соприкасается с заправочной форсункой и топливным баком, чтобы избежать искр.

(c) Переливное соединение от топливного бака к сливной трубе — это необходимо для того, чтобы любой перелив во время заправки бака не вызывал разлив жидкости на генераторную установку.

(d) Топливный насос — перекачивает топливо из основного накопительного бака в дневной.Топливный насос обычно работает от электричества.

(e) Топливный водоотделитель / топливный фильтр — он отделяет воду и посторонние вещества от жидкого топлива для защиты других компонентов генератора от коррозии и загрязнения.

(f) Топливная форсунка — распыляет жидкое топливо и распыляет необходимое количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Регулятор напряжения
Как следует из названия, этот компонент регулирует выходное напряжение генератора.Механизм описан ниже для каждого компонента, который участвует в циклическом процессе регулирования напряжения.

(1) Регулятор напряжения: преобразование переменного напряжения в постоянный ток — регулятор напряжения принимает небольшую часть выходного переменного напряжения генератора и преобразует его в постоянный ток. Затем регулятор напряжения подает этот постоянный ток на набор вторичных обмоток статора, известных как обмотки возбудителя.

(2) Обмотки возбудителя: преобразование постоянного тока в переменный — теперь обмотки возбудителя работают аналогично первичным обмоткам статора и генерируют небольшой переменный ток.Обмотки возбудителя подключены к блокам, известным как вращающиеся выпрямители.

(3) Вращающиеся выпрямители: преобразование переменного тока в постоянный — они выпрямляют переменный ток, генерируемый обмотками возбудителя, и преобразуют его в постоянный ток. Этот постоянный ток подается на ротор / якорь для создания электромагнитного поля в дополнение к вращающемуся магнитному полю ротора / якоря.

(4) Ротор / якорь: преобразование постоянного тока в переменное напряжение — ротор / якорь теперь индуцирует большее переменное напряжение на обмотках статора, которое генератор теперь производит как большее выходное переменное напряжение.

Этот цикл продолжается до тех пор, пока генератор не начнет выдавать выходное напряжение, эквивалентное его полной рабочей мощности. По мере увеличения выходной мощности генератора регулятор напряжения вырабатывает меньше постоянного тока. Когда генератор достигает полной рабочей мощности, регулятор напряжения достигает состояния равновесия и вырабатывает постоянный ток, достаточный для поддержания выходной мощности генератора на полном рабочем уровне.

Когда вы добавляете нагрузку к генератору, его выходное напряжение немного падает.Это вызывает действие регулятора напряжения, и начинается вышеуказанный цикл. Цикл продолжается до тех пор, пока выходная мощность генератора не достигнет своей первоначальной полной рабочей мощности.

Система охлаждения и выпуска
(а) Система охлаждения
Продолжительное использование генератора вызывает нагрев различных его компонентов. Очень важно иметь систему охлаждения и вентиляции для отвода тепла, выделяемого в процессе.

Неочищенная / пресная вода иногда используется в качестве охлаждающей жидкости для генераторов, но в основном это ограничивается конкретными ситуациями, такими как небольшие генераторы в городских условиях или очень большие агрегаты мощностью более 2250 кВт и выше.Водород иногда используется в качестве хладагента для обмоток статора больших генераторных установок, поскольку он более эффективно поглощает тепло, чем другие хладагенты. Водород отводит тепло от генератора и передает его через теплообменник во вторичный контур охлаждения, который содержит деминерализованную воду в качестве хладагента. Вот почему очень большие генераторы и малые электростанции часто имеют рядом с собой большие градирни. Для всех других распространенных применений, как жилых, так и промышленных, стандартный радиатор и вентилятор устанавливаются на генераторе и работают как основная система охлаждения.

Необходимо ежедневно проверять уровень охлаждающей жидкости в генераторе. Систему охлаждения и насос неочищенной воды следует промывать через каждые 600 часов, а теплообменник следует очищать через каждые 2400 часов работы генератора. Генератор следует размещать на открытом и вентилируемом месте с достаточным притоком свежего воздуха. Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует, чтобы со всех сторон генератора оставалось минимум 3 фута, чтобы обеспечить свободный поток охлаждающего воздуха.

(б) Выхлопная система
Выхлопные газы, выделяемые генератором, такие же, как выхлопные газы любого другого дизельного или газового двигателя, и содержат высокотоксичные химические вещества, с которыми необходимо обращаться должным образом. Следовательно, важно установить соответствующую выхлопную систему для удаления выхлопных газов. Этот момент нельзя переоценить, поскольку отравление угарным газом остается одной из наиболее частых причин смерти в пострадавших от урагана районах, потому что люди, как правило, даже не думают об этом, пока не становится слишком поздно.

Выхлопные трубы обычно изготавливаются из чугуна, кованого железа или стали. Они должны быть отдельно стоящими и не должны поддерживаться двигателем генератора. Выхлопные трубы обычно прикрепляются к двигателю с помощью гибких соединителей, чтобы минимизировать вибрации и предотвратить повреждение выхлопной системы генератора. Выхлопная труба заканчивается снаружи и ведет от дверей, окон и других отверстий в дом или здание. Вы должны убедиться, что выхлопная система вашего генератора не подключена к выхлопной системе любого другого оборудования.Вам также следует проконсультироваться с местными городскими постановлениями, чтобы определить, нужно ли для эксплуатации вашего генератора получать разрешение от местных властей, чтобы убедиться, что вы соблюдаете местное законодательство и защитите себя от штрафов и других санкций.

Смазочная система
Поскольку генератор содержит движущиеся части в своем двигателе, он требует смазки для обеспечения долговечности и бесперебойной работы в течение длительного периода времени. Двигатель генератора смазывается маслом, хранящимся в насосе.Уровень смазочного масла следует проверять каждые 8 ​​часов работы генератора. Вы также должны проверять отсутствие утечек смазки и менять смазочное масло каждые 500 часов работы генератора.

Зарядное устройство
ST e art Функция генератора работает от батареи. Зарядное устройство поддерживает заряд аккумуляторной батареи генератора, подавая на нее точное «плавающее» напряжение. Если напряжение холостого хода очень низкое, аккумулятор останется недозаряженным.Если напряжение холостого хода очень высокое, это сократит срок службы батареи. Зарядные устройства для аккумуляторов обычно изготавливаются из нержавеющей стали для предотвращения коррозии. Они также полностью автоматические и не требуют каких-либо регулировок или изменений каких-либо настроек. Выходное напряжение постоянного тока зарядного устройства устанавливается на уровне 2,33 В на элемент, что является точным значением напряжения холостого хода для свинцово-кислотных аккумуляторов. Зарядное устройство аккумулятора имеет изолированный выход постоянного напряжения, который мешает нормальному функционированию генератора.

Панель управления
Это пользовательский интерфейс генератора, в котором находятся электрические розетки и элементы управления. В следующей статье представлены дополнительные сведения о панели управления генератором. Различные производители предлагают различные функции в панелях управления своих устройств. Некоторые из них упомянуты ниже.

(a) Электрический запуск и отключение — панели управления автоматическим запуском автоматически запускают ваш генератор при отключении электроэнергии, контролируют генератор во время работы и автоматически отключают агрегат, когда он больше не нужен.

(b) Манометры двигателя. Различные датчики показывают важные параметры, такие как давление масла, температура охлаждающей жидкости, напряжение аккумуляторной батареи, скорость вращения двигателя и продолжительность работы. Постоянное измерение и мониторинг этих параметров позволяет автоматически отключать генератор, когда любой из них превышает соответствующие пороговые уровни.

(c) Датчики генератора. На панели управления также есть счетчики для измерения выходного тока и напряжения, а также рабочей частоты.

(d) Другие элементы управления — переключатель выбора фазы, переключатель частоты и переключатель управления двигателем (ручной режим, автоматический режим) среди прочего.

Основная сборка / рама

Все генераторы, переносные или стационарные, имеют индивидуальные корпуса, которые обеспечивают структурную опору основания. Рама также позволяет заземлить генерируемые элементы в целях безопасности.

Генераторы и динамо

Развитие и история компонента, который первым сделал электричество коммерчески осуществимо

Динамо Генераторы преобразуют механическое вращение в электрическую энергию.

Динамо — устройство, вырабатывающее постоянного тока электроэнергии с помощью электромагнетизма. Он также известен как генератор, однако термин «генератор» обычно относится к «генератору переменного тока», который вырабатывает мощность переменного тока.

Генератор — обычно этот термин используется для описания генератора , который создает мощность переменного тока, используя электромагнетизм.

Генераторы, Динамо и Батарейки — три инструмента, необходимые для создания / хранения значительное количество электроэнергии для использования людьми.Аккумуляторы возможно, был обнаружен еще в 248 году до нашей эры. Они просто используют химические реакция на производство и хранение электричества. Ученые экспериментировали с батарея, чтобы изобрести первые лампы накаливания, электродвигатели и поезда и научные испытания. Однако батареи не были надежными или рентабельно для любого обычного электрического использования, именно динамо-машина радикально изменил электричество из диковинного в выгодное, надежное технология.

1. Как это работает
2. Краткая история динамо-машин и генераторов
3. Видео генераторов

1.) Как Это работает:

Базовый:

Сначала вам понадобится механический источник энергии, такой как турбина (приводимая в действие падающей водой), ветряная турбина, газовая турбина или паровая турбина. Вал от одного из этих устройств подключен к генератору для выработки энергии.

Динамо и генераторы работают используя дикие сложные явления электромагнетизма . Понимание поведение электромагнетизма, его полей и его эффектов очень велико. предмет исследования. Есть причина, по которой прошло 60 лет ПОСЛЕ Вольты первая батарея, чтобы заработала хорошая мощная динамо-машина. Мы будет проще, чтобы познакомить вас с интересным предметом выработки электроэнергии.

В самом общем смысле Генератор / динамо-машина — это один вращающийся магнит, находящийся внутри воздействия магнитного поля другого магнита. Вы не видите магнитное поле, но это часто иллюстрируется линиями потока. На иллюстрации над линиями магнитного потока будут следовать линии, созданные железом документы.

Генератор / динамо-машина произведена сборка неподвижных магнитов (статора), создающих мощное магнитное поле, и вращающийся магнит (ротор), который искажает и разрезает магнитный магнитные линии статора.Когда ротор прорезает линии магнитного поток делает электричество.

Но почему?

Согласно закону индукции Фарадея если вы возьмете провод и будете двигать его вперед и назад в магнитном поле, поле давит на электроны в металле. Медь имеет 27 электронов, последние два на орбите легко переносятся на следующий атом. Это движение электронов — это электрический поток.

Смотрите видео ниже показано, как ток индуцируется в проводе:

Если взять много провода например, в катушке и перемещая ее в поле, вы создаете более мощный «поток» электронов.Мощность вашего генератора зависит по телефону:

«л» — длина проводник в магнитном поле
«v» — скорость проводника (скорость ротора)
«B» — сила электромагнитного поля

Вы можете производить расчеты, используя эта формула: e = B x l x v

Смотрите видео для демонстрации всего этого:

О магнитах:

Вверху: простой электромагнит называется соленоидом.Термин «соленоид» на самом деле описывает трубчатая форма, созданная витой проволокой.

Магниты обычно не из природного магнетита или постоянного магнит (если это не маленький генератор), но они медные или алюминиевый провод, намотанный на железный сердечник. Каждая катушка должна быть под напряжением с некоторой силой, чтобы превратить его в магнит. Эта спираль вокруг железа называется соленоид. Соленоиды используются вместо природного магнетита, потому что соленоид НАМНОГО мощнее.Небольшой соленоид может создать очень сильное магнитное поле.

Выше: Катушки с проволокой в ​​генераторах должны быть изолированы. Отказ генератора вызвано слишком высоким повышением температуры, что приводит к поломке изоляции и короткое замыкание между параллельными проводами. Подробнее о проводах>

Термины : Электромагнетизм — изучение сил, которые происходит между электрически заряженными частицами Ротор — часть генератора динамо, которая вращается Якорь — такой же, как ротор Поток — силовые линии в магнитном поле, это измеряется в плотности, единица СИ Вебера Статор — магниты в генераторе / динамо-машине, которые не двигаются, они устанавливают стационарное магнитное поле Соленоид — магнит, созданный проволочной катушкой вокруг утюга / ферриса сердечник (соленоид технически означает форму этого магнита, но инженеры называют соленоид и электромагнит как синонимы. Коммутатор — Узнайте больше о них здесь Крутящий момент — сила во вращательном движении

Динамо

Динамо это старый термин, используемый для описания генератора, вырабатывающего постоянный ток мощность . Мощность постоянного тока отправляет электроны только в одном направлении. Проблема с простым генератором заключается в том, что когда ротор вращается, он в конечном итоге полностью поворачивается, меняя направление тока.Ранние изобретатели не знать, что делать с этим переменным током, переменный ток более сложные в управлении и проектировании двигателей и фонарей. Ранние изобретатели пришлось придумать способ улавливать только положительную энергию генератора, поэтому они изобрели коммутатор. Коммутатор — это переключатель, позволяющий ток течет только в одном направлении.

См. видео ниже, чтобы увидеть, как работает коммутатор:

Динамо состоит из 3 основных компонентов : статора, якоря и коммутатор.

Кисти входят в состав коммутатора, щетки должны проводить электричество, поскольку контакт с вращающимся якорем. Первые кисти были актуальны проволочные «щетки» из мелкой проволоки. Они легко изнашивались и они разработали графические блоки для выполнения той же работы.

статор представляет собой неподвижную конструкцию, которая делает магнитные поле, вы можете сделать это в небольшой динамо-машине с помощью постоянного магнита.Для больших динамо требуется электромагнит. Якорь изготовлен из витых медных обмоток, которые вращаются внутри магнитного поля, создаваемого статором. Когда обмотки движутся, они прорезают силовые линии магнитного поля. Этот создает импульсы электроэнергии. Коммутатор необходим для получения постоянного тока. В потоках мощности постоянного тока только в одном направлении через провод, проблема в том, что вращающийся якорь в динамо-машине меняет направление тока каждые пол-оборота, поэтому коммутатор — это поворотный переключатель, который отключает питание в течение обратной текущей части цикла.

Самовозбуждение:

Так как магниты в динамо-машине являются соленоидами, для работы они должны быть запитаны. Так что помимо кистей какая мощность крана выйти на главную цепь, есть другой набор щеток для получения энергии от якоря для питания статора магниты. Это нормально, если динамо-машина работает, но как начать динамо-машина, если у вас нет мощности для запуска?

Иногда арматура сохраняет некоторый магнетизм в железном сердечнике, и когда он начинает вращаться, он делает небольшая мощность, достаточная для возбуждения соленоидов статора.Затем напряжение начинает расти, пока динамо-машина не наберет полную мощность.

Если нет магнетизма оставлен в железе якоря, чем часто используется батарея для возбуждения соленоиды в динамо-машине, чтобы начать. Это называется «поле» мигает ».

Ниже в обсуждении проводя динамо, вы заметите, как мощность проходит через соленоиды по-другому.

Есть два способа проводка динамо: серия рана и шунт ранить.См. Диаграммы, чтобы узнать разницу.

Ниже видео небольшого простая динамо-машина, похожая на схемы выше (построена в 1890-х годах):

Генератор

Генератор отличается от динамо-машина в том смысле, что она производит переменного тока . Электроны входят в в обоих направлениях в сети переменного тока. Только в 1890-х годах инженеры придумали, как проектировать мощные двигатели, трансформаторы и другие устройства, которые могут использовать мощность переменного тока таким образом, чтобы конкурировать с постоянным током мощность.

Пока генератор использует коммутаторах, генератор использует контактное кольцо со щетками для постукивания по выключение ротора. К контактному кольцу прикреплены графит или углерод. «щетки», которые подпружинены, чтобы прижимать щетку звенеть. Это поддерживает постоянный поток энергии. Кисти изнашиваются время и нуждаются в замене.

Ниже, видео контактных колец и щеток, множество примеров от старого к новому:

Со времен Грамма в 1860-х годах было выяснено, что лучший способ построить динамо-генератор было расположить магнитные катушки по широкому кругу, с широким вращением арматура.Это выглядит иначе, чем простые маленькие примеры динамо-машин. вы видите, как они используются в обучении работе устройств.

На фото ниже вы будете хорошо видна одна катушка на якоре (остальные были сняты для обслуживания) и другие катушки, встроенные в статор.

С 1890-х до наших дней Трехфазное питание переменного тока было стандартной формой питания. Три фазы сделано за счет конструкции генератора.

Изготовить трехфазный генератор вы должны разместить определенное количество магнитов на статоре и якоре, все с правильным интервалом. Электромагнетизм так же сложен, как и волны и вода, поэтому вам нужно знать, как контролировать поле через ваш дизайн. Проблемы включают неравномерное притяжение вашего магнита к железному сердечнику, неправильные расчеты искажения магнитного поле (чем быстрее вращается, тем сильнее искажается поле), ложный сопротивление в катушках якоря и множество других потенциальных проблем.

Почему 3 фазы? если ты хочешь Чтобы узнать больше о фазах и почему мы используем 3 фазы, посмотрите наше видео с пионером трансмиссии Лайонелом Бартольдом.

2.) Краткая история динамо и генераторов:

Генератор возникла из работ Майкла Фарадея и Джозефа Генрих в 1820-х гг. Как только эти два изобретателя обнаружили и задокументировали явления электромагнитной индукции, это приводит к экспериментам другими как в Европе, так и в Северной Америке.

1832 — Ипполит Пикси (Франция) построил первую динамо-машину с помощью коммутатора, его модель создавала электрические импульсы, разделенные отсутствием тока. Он также случайно создали первый генератор переменного тока. Он не знал, что чтобы сделать с изменяющимся током, он сосредоточился на попытке устранить переменный ток для получения постоянного тока, это привело его к созданию коммутатор.

1830s-1860s — Аккумулятор по-прежнему остается самым мощным источником питания электричество для различных экспериментов, происходивших в этот период.Электричество по-прежнему было коммерчески невыгодным. Электрический аккумулятор с питанием от аккумулятора поезд из Вашингтона в Балтимор провалился, что привело к серьезному затруднению в новую область электричества. После миллионов долларов потраченного впустую пара по-прежнему оказался лучшим источником энергии. Электричество все еще необходимо для оказались надежными и коммерчески выгодными.

1860 — Антонио Пачинотти — Создал динамо-машину, Источник питания постоянного тока

1867 — Вернер фон Сименс и Чарльз Уитстон создают более мощная, более полезная динамо-машина, в которой использовался электромагнит с автономным питанием в статоре вместо слабого постоянного магнита.

1871 — Зеноб Грамм зажег коммерческая революция электроэнергии. Он заполнил магнитное поле железный сердечник, который лучше пропускал магнитный поток. Это увеличило мощность динамо-машины до такой степени, что ее можно было использовать для многих коммерческих Приложения.

1870-е годы — Произошел взрыв новых конструкций динамо-машин, конструкций варьировал дикий ассортимент, лишь немногие выделялись как превосходящие эффективность.

1876 — Чарльз Ф. Браш (Огайо) разработала самую эффективную и надежную конструкцию динамо-машины из когда-либо существовавших. к этому моменту. Его изобретения продавались через Telegraph Supply. Компания.

1877 — Франклин Институт (Филадельфия) проводит испытания динамо-машин со всего мира. Публичность этого события стимулирует развитие других людей, таких как Элиху. Томсон, лорд Кельвин и Томас Эдисон.

Выше: Длинноногая Мэри Эдисона, коммерчески успешная динамо-машина для его системы постоянного тока 1884

1878 — The Компания Ganz начинает использовать генераторы переменного тока в небольших коммерческих инсталляции в Будапеште. 1880 — Чарльз F. Brush использовало более 5000 дуговых ламп , что составляет 80 процентов всех ламп в мире. Экономическая сила электрического возраст начался. 1880–1886 — Системы переменного тока разрабатываются в Европе совместно с Siemens, Сабастиан Ферранти, Люсьен Голар и другие. Царство динамо-машин постоянного тока на прибыльном американском рынке многие скептически относятся к инвестировать в AC.Генераторы переменного тока были мощными, однако генератор само по себе не было самой большой проблемой. Системы контроля и распределения мощности переменного тока необходимо было улучшить, прежде чем она сможет конкурировать с DC на рынке. 1886 — дюйм изобретатели Североамериканского рынка, такие как William Стэнли , Джордж Вестингауз, Никола Тесла и Элиху Thomson разрабатывает собственный кондиционер системы и конструкции генераторов.Большинство из них использовали Siemens и генераторы Ферранти в качестве основы для изучения. Уильям Стэнли быстро смог изобрести генератор получше, будучи неудовлетворенным с генератором Сименса, который он использовал в своем первом эксперимент.

Выше: Генераторы переменного тока Siemens, используемые в Лондоне в 1885 году, в США Эдисон не хотел перейти в область питания переменного тока, в то время как в Европе технология развивалась быстро.

1886-1891 — Полифазный Генераторы переменного тока разработаны К.С. Брэдли (США), Августом Хазелвандером. (Германия), Михаил Доливо-Добровский (Германия / Россия), Галилео Феррарис (Италия) и др. Системы переменного тока, которые включают улучшенный контроль и мощные электродвигатели позволяют AC конкурировать.

1891 — трехфазный Электроэнергия переменного тока оказалась лучшей системой для выработки электроэнергии и распространение на Международном Электротехническая выставка во Франкфурте. Трехфазный генератор конструкции Михаила Доливо-Добровского, использованный на выставке видно слева. 1892 — Чарльз П. Стейнмец представляет свой доклад AIEE по гистерезису. Понимание Штейнмеца математики мощности переменного тока опубликована и помогает произвести революцию Проектирование систем питания переменного тока, включая большие генераторы переменного тока. 1890-е — Генератор дизайн быстро улучшается благодаря коммерческим продажам и имеющиеся деньги на исследования.Westinghouse, Siemens, Oerlikon, и General Electric разрабатывают самые мощные генераторы в мире. Некоторые генераторы все еще работают 115 лет спустя. (Механиквилл, Нью-Йорк)

Выше: 1894 Элиу Томсон разработал много Генераторы переменного тока для General Electric

Более поздний генератор Westinghouse мощностью 2000 кВт на 270 В от после 1900

3.Видео

Mechanicville Генераторы с объяснением истории (1897), разработанные вдохновителем переменного тока Чарльз П. Стейнмец

Генератор Вестингауза сконструирован и испытан (1905 г.), спроектирован Оливером Шалленбергером, Tesla и другие в Westinghouse.

1895 Первые мощные генераторы используется в Фолсоме, Калифорния (разработан Элиу Томпсон, доктором.Луи Белл и другие в GE)

1891 Генератор производства Oerlikon для Международной электротехнической выставки (дизайн Добровольского в Германии)

Связанные темы:

Источники:
-The История General Electric — Зал истории , Скенектади, штат Нью-Йорк, 1989 г. Второе издание
— Википедия (Генераторы, Чарльз Браш)
— Википедия (Коммутатор)
— Принципы электричества — от General Electric
— История переменного тока — Технический центр Эдисона
— Руководство по электричеству Хокинса

Фото / Видео:
-Copyright 2011 Технический центр Эдисона.Снято в Немецком музее, Мюнхен,
— Некоторые генераторы сфотографированы в Техническом центре Эдисона, Скенектади, NY

Ручной переключатель резерва | Удлинитель

Оригинальный комплект блокировки: доступный, надежный, продано более 50 000 комплектов!

Без дорогостоящего безобрывного переключателя невозможно безопасно подключить генератор к электрической панели дома. Поэтому при отключении электроэнергии ваши домашние системы и устройства не будут получать энергию от генератора через электрическую систему вашего дома.Это почти сводит на нет цель иметь генератор.

Вместо этого вам понадобятся удлинители для подключения домашних устройств к генератору; Проведение этих шнуров по дому создает опасность споткнуться, упасть и даже вызвать пожар. Другие машины, такие как печь или водонагреватель, нельзя подключить шнуром; эти устройства просто не будут работать, пока не будет восстановлено питание.

К счастью, есть решение — способ подключить генератор к панели без переключателя: блокировочный комплект.Комплект блокировки — менее дорогая альтернатива автоматическим выключателям и субпанелям генератора. Электрик может легко установить комплект на имеющуюся электрическую панель. После установки комплекта вы сможете безопасно и удобно подавать питание на бытовые системы и устройства через свою электрическую систему.

Комплект блокировки прост и гениален; он обеспечивает механическую блокировку, которая действует как ручной переключатель, поэтому автоматические выключатели электросети и генератора не могут быть включены одновременно.Комплект изолирует две системы, так что мощность от генератора никогда не будет подаваться обратно в электрические сети, и наоборот. Это безопаснее для вашего генератора, вашей электросистемы и коммунальных служб, которые могут получить электрошок при ремонте соседней линии.

Мы предлагаем комплекты для замены ручных переключателей для большинства марок электрических панелей, включая:

• Сименс
• ITE
• Мюррей
• Вестингауз
• Thomas & Betts
• Режущий молоток
• Челленджер
• Квадрат D
• Брайант
• Крауз Хиндс
• General Electric (GE)
• Проходные панели

Вы можете доверять качеству, безопасности и эффективности наших комплектов блокировки.Наши комплекты соответствуют строгим требованиям Национального электротехнического кодекса (NEC) и Национального кодекса противопожарной защиты; они также прошли испытания и сертифицированы MET Laboratories — ведущей независимой лабораторией электрических испытаний и сертификации. Еще лучше: наши комплекты сделаны в США из высококачественной нержавеющей стали; они не ломаются и не сгибаются, и они прослужат долгие годы.

Если вы хотите более эффективно использовать свой генератор — за меньшую цену, чем покупка и установка безобрывного переключателя — свяжитесь с нами по поводу наших комплектов блокировки.Позвоните по телефону 804.726.2448, чтобы разместить заказ или узнать больше!

Определение: Электрический генератор | Информация об открытой энергии

Устройство для преобразования механической энергии в электрическую. Примечание: EIA определяет «электрический генератор» как объект, а не как устройство; согласно определению EIA, примеры включают электроэнергетические компании и независимых производителей энергии. ^{[1] [2]}

Определение Википедии

При производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи.Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электроэнергии, и часто можно использовать ручные генераторы.В производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи. Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего.Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электроэнергии, и часто можно использовать ручные генераторы. Все, что я должен сказать, это скучно! Неудачники HAHA, если вы действительно находите эти интересные шутки на вас, (Эта статья о генерации электромагнитной энергии. Для электростатических генераторов, таких как машина Ван де Граафа, см. Электростатический генератор. Для устройств для преобразования фотонов в электричество см. Фотоэлектрическую панель.) В электричестве. Генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи.Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электроэнергии, и часто можно использовать ручные генераторы., Прежде чем читать подробно, почему бы и нет; Посмотрите на пример хорошо зарекомендовавшей себя британской компании, предоставляющей дизельные генераторы или генераторы в аренду, продажу, запчасти и обслуживание. Ведущий пример поставщика и экспертной фирмы: (Эта статья посвящена производству электромагнитной энергии. Для электростатических генераторов, таких как машина Ван де Граафа, см. Электростатический генератор. Информацию об устройствах для преобразования фотонов в электричество см. В фотоэлектрической панели.)

В электричестве Генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи.Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электроэнергии, и часто можно использовать ручные генераторы., https://en.m.wikipedia.org/wiki/Electric_generator# Отличный пример, приведенный выше, новых и старых генераторов. (Эта статья посвящена производству электромагнитной энергии. Для электростатических генераторов, таких как машина Ван де Граафа, см. Электростатический генератор. устройства для преобразования фотонов в электричество, см. фотоэлектрическую панель.) В производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую энергию для использования во внешней цепи. Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы.Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электричества и часто делают приемлемые ручные генераторы. При производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи.Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. являются примером гендерного поставщика услуг аренды и продаж, базирующегося в Великобритании, с подразделениями, обслуживающими многие секторы бизнеса по всей Великобритании. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего.Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электричества и часто делают приемлемые ручные генераторы. При производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи. Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем.Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут приводиться в действие механически для выработки электричества и часто делают приемлемые ручные генераторы. Идея, использованная в этом устройстве — теорема «левой руки Флеминга». При производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую. мощность для использования во внешней цепи.Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут приводиться в действие механическим способом для выработки электроэнергии, и чаще всего они представляют собой приемлемые ручные генераторы.В производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи. Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего.Многие двигатели могут приводиться в действие механическим способом для выработки электричества, часто они делают приемлемые ручные генераторы. При производстве электроэнергии генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую для использования во внешней цепи. Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем.Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут иметь механический привод для выработки электроэнергии; часто они делают приемлемые ручные генераторы., Краткое описание Устройство, которое преобразует другую энергию в электрическую энергию Электростатические генераторы, такие как машина Ван де Граафа, генерирующие электромагнитную энергию и электромагнитный генератор — устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую энергию для использования во внешней электрической цепи.Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы (механизмы). Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут иметь механический привод для выработки электроэнергии; часто они делают приемлемые ручные генераторы., Устройство, которое преобразует другую энергию в электрическую энергию. Об электростатических генераторах электромагнитной энергии, таких как машина Ван де Граафа, Устройства электростатического генератора для преобразования фотонов в электричество. Фотоэлектрическая панель. движущая сила (механическая энергия) в электрическую мощность для использования во внешней электрической цепи. Источники механической энергии включают паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные кривошипы (механизмы).Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность электрических сетей. Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем, а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут иметь механический привод для выработки электроэнергии; часто они делают приемлемые ручные генераторы.

Также известен как

Генератор

Связанные термины

Электроэнергия, Энергия

Ссылки

1. ↑ http: // www1.eere.energy.gov/site_administration/glossary.html
2. ↑ http://205.254.135.24/tools/glossary/index.cfm?id=E

Безопасность генератора

| Советы по безопасности генератора

Безопасность генератора | Советы по безопасности генератора | красный Крест Меню

Следующая информация была разработана Американским Красным Крестом при технической поддержке Центров по контролю и профилактике заболеваний, Национальной ассоциации противопожарной защиты (издатель National Electric Code®) и U.S. Комиссия по безопасности потребительских товаров.

Генератор какого размера мне понадобится?

Сложите требования к электропитанию тех приборов и устройств, которые вы хотите использовать.(Проверьте оборотную сторону и боковые стороны на этикетку с этой информацией.)

Сложите мощность всех лампочек, которые вы хотите использовать.

Найдите общий ток, который вам нужен, разделив ватты на вольты.

Выберите генератор, который вырабатывает больше ампер, чем вам нужно, потому что некоторые машины потребляют в 3 раза больше энергии при запуске, а другие со временем теряют эффективность.Оптимальный вариант — стационарный стационарный генератор.

Большинство бытовых устройств работают от 120 вольт.

Для большинства крупных бытовых приборов с вилкой, которая выглядит вот так, требуется 240 вольт.

• Если ваши потребности в электроэнергии сложно или трудно определить, подумайте о том, чтобы попросить помощи у электрика.

• Если вы хотите постоянно подключить генератор к домашней электропроводке, попросите электрика установить переключатель передачи мощности в соответствии с Национальными электротехническими правилами® (NEC), опубликованными Национальной ассоциацией противопожарной защиты, а также все применимые государственные и местные электротехнические нормы.

Основными опасностями, которых следует избегать при использовании генератора, являются отравление угарным газом (CO) из-за токсичных выхлопных газов двигателя, поражение электрическим током или поражение электрическим током, а также пожар. Следуйте инструкциям, прилагаемым к генератору.

• Во избежание поражения электрическим током держите генератор в сухом состоянии и не используйте его под дождем или во влажных условиях.Используйте его на сухой поверхности под открытым навесом, например, под брезентом, закрепленным на столбах. Не прикасайтесь к генератору мокрыми руками.

• Обязательно выключите генератор и дайте ему остыть перед заправкой. Бензин, пролитый на горячие детали двигателя, может воспламениться.

• Храните топливо для генератора в одобренном контейнере для хранения. Используйте тип топлива, рекомендованный в инструкции или на этикетке на генераторе.

Местные законы могут ограничивать количество топлива, которое вы можете хранить, или место хранения.Спросите в местной пожарной службе.

Храните топливо вне жилых помещений, в запертом сарае или другом защищенном месте. Во избежание случайного возгорания не храните его рядом с приборами, работающими на топливе, такими как водонагреватель, работающий на природном газе, в гараже.

• Подключайте приборы непосредственно к генератору или используйте удлинительный шнур для тяжелых условий эксплуатации, рассчитанный на использование вне помещений, номинальная мощность (в ваттах или амперах) как минимум равна сумме нагрузок подключенных приборов.

Убедитесь, что весь шнур не имеет порезов и разрывов, а вилка имеет все три контакта, особенно заземляющий штифт.

• Никогда не пытайтесь запитать домашнюю проводку, подключив генератор к розетке. Эта практика, известная как «обратное питание», подвергает коммунальных служб, ваших соседей и членов вашей семьи риску поражения электрическим током.

• Помните, что даже правильно подключенный переносной генератор может быть перегружен, что приведет к перегреву или отказу генератора. Обязательно прочтите инструкцию.

• При необходимости измените время работы различного оборудования для предотвращения перегрузок.

• Никогда не используйте генератор, гриль, походную плиту или другие устройства для сжигания бензина, пропана, природного газа или древесного угля в доме, гараже, подвале, подполье или любом частично закрытом помещении.

• Храните эти устройства на открытом воздухе, вдали от дверей, окон и вентиляционных отверстий, через которые угарный газ может попасть внутрь помещения.

• Открытие дверей и окон или использование вентиляторов не предотвратит накопление CO в доме. Хотя угарный газ нельзя увидеть или понюхать, он может быстро привести к полной потере трудоспособности и смерти. Даже если вы не чувствуете запаха выхлопных газов, вы все равно можете подвергаться воздействию угарного газа. Если вы почувствуете тошноту, головокружение или слабость при использовании генератора, НЕМЕДЛЕННО выйдите на свежий воздух — НЕ ЗАНИМАЙТЕСЬ.

• Установите сигнализаторы CO в центральных местах на каждом уровне вашего дома и за пределами спальных зон, чтобы обеспечить раннее предупреждение о накоплении окиси углерода.

Часто проверяйте батареи и заменяйте при необходимости.

• Если сработал сигнал тревоги по угарному газу, быстро выйдите на свежий воздух на улице или к открытому окну или двери.

Вызовите помощь из места, где находится свежий воздух, и оставайтесь там, пока не прибудет аварийный персонал.

Пожертвуйте сейчас программе помощи при стихийных бедствиях

Помогите людям, пострадавшим от больших и малых бедствий.

/ content / redcross / en / get-help / how-to-prepare-for-аварии / типы-аварийные ситуации / отключение электроэнергии / безопасное использование генератора

Высокопроизводительный носимый термоэлектрический генератор с функциями самовосстановления, переработки и реконфигурации, подобного Lego

Abstract

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются отличным кандидатом для питания носимой электроники и «Интернета вещей» благодаря своим возможностям прямого преобразования тепла в электрическую энергию.Здесь мы сообщаем о высокопроизводительном переносном ТЭГ с превосходной растяжимостью, самовосстановлением, возможностью повторного использования и реконфигурируемостью, подобной Lego, за счет объединения модульных термоэлектрических чипов, динамического ковалентного полиимина и текучей жидкометаллической электропроводки в конструкции механической архитектуры « мягкие материнские платы — жесткие подключаемые модули ». Достигается рекордно высокое напряжение холостого хода среди гибких ТЭГ, достигающее 1 В / см ² при разнице температур 95 К. Кроме того, этот ТЭГ интегрирован с селективной по длине волны пленкой из метаматериала на холодной стороне, что приводит к значительно улучшена производительность устройства при солнечном облучении, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха.Представленные здесь оптимальные свойства и концепции конструкции ТЭГ могут проложить путь к созданию высокопроизводительных, адаптируемых, настраиваемых, долговечных, экономичных и экологичных устройств для сбора энергии следующего поколения с широким спектром применения.

ВВЕДЕНИЕ

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) могут напрямую преобразовывать низкопотенциальное тепло в электричество и, таким образом, являются очень многообещающими источниками энергии для носимой электроники и «Интернета вещей» ( 1 ). Однако обычные ТЭГ жесткие и хрупкие ( 2 — 6 ) и, таким образом, не могут быть адаптированы к сложным геометрическим и податливым свойствам материала человеческого тела.В последнее время большое внимание привлекла разработка гибких ТЭГ-систем, в том числе с использованием термоэлектрических (ТЭ) пленок ( 7 , 8 ), термоэлектрических материалов ( 9 , 10 ), термоэлектрических чернил для печати ( 11 — 15 ), термоэлектрические волокна ( 16 , 17 ) и органические термоэлектрические материалы ( 18 , 19 ). Однако в очень немногих исследованиях сообщалось о ТЭГ с хорошей растяжимостью ( 7 , 17 ), что имеет решающее значение для обеспечения конформного контакта со сложной геометрией человеческого тела для оптимальных термоэлектрических характеристик ( 20 — 28 ).Вдохновленная способностью кожи человека к самовосстановлению, самовосстанавливающаяся электроника также продемонстрировала многообещающий потенциал носимой электроники для повышения надежности и долговечности ( 29 — 34 ). Однако в системах ТЭГ эта возможность еще не реализована.

В этой работе мы сообщаем о первой самовосстанавливающейся и перерабатываемой системе ТЭГ с превосходной растяжимостью и термоэлектрическими характеристиками. Достигнуто рекордное среди гибких ТЭГ напряжение холостого хода, достигающее 1 В / см ² при перепаде температур 95 К.Кроме того, эта система ТЭГ обладает возможностью реконфигурирования, подобной Lego, что позволяет пользователям настраивать устройство сбора энергии в соответствии с тепловыми и механическими условиями. Эти свойства реализуются за счет интеграции высокопроизводительных модульных термоэлектрических чипов, динамического ковалентного термореактивного полиимина в качестве подложки и инкапсуляции и текучего жидкого металла в качестве электропроводки с помощью новой конструкции механической архитектуры «мягких модулей материнской платы и жестких подключаемых модулей» (SOM-RIP). Наконец, на холодную сторону ТЭГ вводится селективная по длине волны пленка из метаматериала для улучшения термоэлектрических характеристик при солнечном облучении, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Конструкция и изготовление устройства

ТЭГ состоит из модульных термоэлектрических чипов, жидкого металла в качестве электропроводки и динамического ковалентного термореактивного полиимина в качестве подложки и оболочки для разводки жидкого металла (рис. 1A). Полиимин можно синтезировать путем сшивания трех коммерчески доступных соединений, терефталевого альдегида, 3,3′-диамино- N, -метилдипропиламина и трис (2-аминоэтил) амина (рис. S1) ( 29 , 35 , 36 ).Для изготовления термоэлектрических чипов мы нанесли тонкие пленки халькогенидов Bi и Sb на полиимидные пленки с помощью термического испарителя, который служил ножками n-типа и p-типа соответственно (рис. S2). Размеры ветвей n-типа и ветвей p-типа были определены в процессе оптимизации эффективности преобразования энергии (примечание S1 и таблица S1). Для улучшения кристалличности и производительности мы затем обрабатывали термоэлектрические пленки при 320 ° C в течение 26 минут в атмосфере аргона. Затем с помощью теплового испарителя были нанесены электроды Au-Ge для образования соединений между ветвями n-типа и ветвями p-типа, что завершает изготовление термоэлектрических чипов (рис.S2 и S3A). Процесс сборки модульных термоэлектрических чипов в ТЭГ схематично описан на рис. 1А. Все началось с лазерной резки полииминовой подложки для создания прорезей (рис. S3B), за которой последовала трафаретная печать на жидкометаллических электрических проводках с рисунком (рис. S3C и S4). Затем модульные термоэлектрические чипы вставляли в прорези полииминового субстрата и добавляли небольшое количество раствора полиимина [терефталевый альдегид + 3,3′-диамино- N -метилдипропиламин + трис (2-аминоэтил) амин в метаноле] был применен для соединения термоэлектрических чипов с подложкой и для герметизации жидкометаллических проводов.На вставке к фиг. 1A представлено покомпонентное изображение конструкции устройства, а на фиг. 1B показано оптическое изображение собранного устройства ТЭГ. Подробные процессы изготовления можно найти в дополнительных материалах (примечание S2 и рис. S2 и S5).

Рис. 1 Устройство и изготовление ТЭГ.

( A ) Схематическое изображение конструкции, процесса изготовления и ключевых характеристик, включая самовосстановление, пригодность для вторичного использования и реконфигурируемость, подобную Lego. Оптические изображения ТЭГ, когда он плоский ( B ), изогнутый ( C ), растянутый ( D ) и ношенный на пальце ( E ).Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере.

Благодаря реакциям обмена связями в динамической ковалентной термореактивной полииминовой сети и текучести жидкометаллической электропроводки ( 29 , 36 ) этот ТЭГ является самовосстанавливающимся, пригодным для вторичной переработки и реконфигурируемым в стиле Lego, как схематически проиллюстрировано на фиг. 1A. Кроме того, этот ТЭГ обладает прекрасными механическими свойствами. Его можно сгибать (рис. 1C), растягивать (рис. 1D) и носить на пальце (рис. 1E) во время работы.

Выходная мощность и термоэлектрическая износостойкость

Мощность и выходное напряжение ТЭГ со 112 термоэлектрическими ветвями при различных перепадах температур были испытаны на лабораторной установке (рис. S6). На рис. 2 (от A до C) показаны выработка электроэнергии ( P _из ) и напряжение холостого хода ( В _oc ) на единицу площади при разнице температур (Δ T ) в диапазоне от 6 до 95 К. при фиксированной температуре холодной стороны 20 ° C. Соотношение между выработкой электроэнергии ( P _из ) и выходным напряжением ( В, _{нагрузка} ) при различных перепадах температур приведено на рис.2А. На рисунке 2B показано, что максимальная выработка мощности P _max увеличивается с перепадом температур Δ T и достигает 19 мкВт / см ² при Δ T = 93 К. Напряжение холостого хода на единицу площади В. _oc , как показано на рис. 2C, линейно увеличивается с перепадом температур и достигает 1 В / см ² при Δ T = 95 K, что значительно выше, чем у других гибких ТЭГ, описанных в литературе ( 7 — 19 ).На рисунке 2D представлены результаты испытаний на выносливость этого ТЭГ. Выработка энергии ТЭГ оставалась стабильной в течение 100 часов, когда горячая сторона была зафиксирована на уровне 100 ° C, а холодная сторона подвергалась внутренней естественной конвекции. Результаты указывают на превосходную тепловую и электрическую стойкость этого ТЭГ. На рисунке 2E показано сравнение с гибкими ТЭГ, описанными в литературе, по шести показателям производительности, включая максимальную удельную мощность, максимальное напряжение холостого хода, гибкость (измеренную в радиусе изгиба), растяжимость, самовосстановление и пригодность для вторичной переработки (см. Таблицу S2 и рис. .S7 для подробностей) ( 7 — 19 ). Представленные здесь ТЭГ демонстрируют гибкость и максимальную удельную мощность, сравнимые с другими гибкими ТЭГ, но их растяжимость и максимальное напряжение холостого хода намного лучше. Кроме того, наши ТЭГ являются самовосстанавливающимися, пригодными для вторичной переработки и реконфигурируемыми в стиле Lego (что будет продемонстрировано позже), и эти свойства еще не были продемонстрированы в системах ТЭГ.

Рис. 2 Мощность и ресурс ТЭГ.

( A ) Выработка электроэнергии ( P _из ) как функция выходного напряжения ( V _{нагрузка} ) при различных перепадах температур (Δ T ), с температурой холодной стороны ( T _{холодный} ) выдерживали при 20 ° C.Черные точки — данные измерений. ( B ) Максимальная выработка электроэнергии ( P _макс ) в зависимости от разницы температур. ( C ) Напряжение холостого хода ( В _oc ) в зависимости от разницы температур. Сплошные линии на (A) и (B) — аппроксимирующие кривые с использованием параболических функций. Сплошная линия на (C) — это линейная аппроксимирующая кривая. ( D ) Столетнее испытание на долговечность при температуре горячей стороны ( T _hot ), выдерживаемой при 100 ° C.Холодная сторона была естественной конвекцией, а комнатная температура ( T _{, комната} ) была около 26 ° C. ( E ) Сравнение характеристик этого ТЭГ и других гибких ТЭГ, приведенных в литературе (подробности см. В дополнительных материалах). Под гибкостью понимается минимальный радиус изгиба ТЭГ, экспериментально продемонстрированный в литературе.

Носимый ТЭГ и механические свойства

Этот ТЭГ обладает превосходной механической гибкостью, поэтому его можно носить на теле человека для сбора энергии.На рис. 3А показан ТЭГ, прикрепленный к предплечью при комнатной температуре 25 ° C, а на вставке показано инфракрасное измерение распределения температуры по устройству. На рисунке 3В показано, что это устройство ТЭГ может генерировать среднюю выходную плотность мощности 45 и 83 нВт / см ² и среднее выходное напряжение 25 и 33 мВ / см ² , когда пользователь сидел и шел, соответственно (рис. . S8). Для площади поверхности типичного спортивного браслета (6 см на 25 см) выходная мощность 12.5 мкВт и выходное напряжение 5 В могут генерироваться, когда пользователь идет, чего достаточно для непосредственного управления большинством узлов датчиков с низким энергопотреблением с помощью радиочастотной связи.

Рис. 3 Сбор энергии носимых устройств и механические свойства ТЭГ.

( A ) Оптические и инфракрасные (вставные) изображения ТЭГ, прикрепленного к руке. ( B ) Выработка энергии ( P, _из ) и выходное напряжение ( В, , _{нагрузка,} ) ТЭГ со 112 термоэлектрическими ножками на коже человека, когда пользователь сидел и ходил.Холодная сторона была естественной конвекцией. Метод конечных элементов (МКЭ) моделирует контуры распределения деформации в ветвях ТЭГ и ТЭ (вставка), когда ТЭГ изгибается до радиуса 3,5 мм ( C ) и растягивается на 120% ( D ). ( E ) Изменение относительного электрического сопротивления и стабильность выработки электроэнергии за 1000 циклов изгиба. На вставке показаны оптические изображения ТЭГ в плоском и изогнутом состоянии. Радиус изгиба r = 3,5 мм, R ₀ — исходное сопротивление, а Δ R — изменение сопротивления.( F ) Относительное изменение электрического сопротивления и выработка энергии в зависимости от степени растяжения (Δ L / L ₀ ). Для измерений выходной мощности ( P, _из ) в (E) и (F) температура горячей стороны поддерживалась на уровне 41 ° C, на холодной стороне была естественная конвекция, а температура в помещении составляла около 26 ° C. На вставке в (F) показаны оптические изображения ТЭГ во время испытания на растяжение, который включен последовательно со светоизлучающим диодом (LED) и источником постоянного тока 4 В для визуальной демонстрации (рис.S11). Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере.

Для носимых устройств первостепенное значение имеют механические свойства. Чтобы улучшить механическую гибкость и растяжимость ТЭГ, мы представляем инновационную конструкцию SOM-RIP. Эта конструкция может эффективно отделить жесткие и хрупкие чипы ТЭГ от деформаций в мягкой полииминовой подложке во время механической деформации. Результаты моделирования методом конечных элементов (FEM), показанные на рис. 3 (C и D), доказывают эффективность этой конструкции SOM-RIP в улучшении механических свойств ТЭГ.На рис. 3С показан контур максимального распределения основной деформации в ТЭГ, когда он изогнут до радиуса 3,5 мм. На вставке максимальное напряжение в ветвях TE составляет 0,0003%. На рисунке 3D показан контур распределения максимальной основной деформации в ТЭГ при растяжении на 120%. На вставке видно, что максимальная деформация в термоэлектрических ветвях составляет всего 0,1%, что ниже деформации разрушения (≈0,15%) ( 37 ) ТЭ материалов. Эта конструкция SOM-RIP обеспечивает коэффициент уменьшения деформации в 1200 раз.Контуры распределения деформаций в полиимиде и Au-Ge от изгиба и растяжения представлены на рис. S9.

Для обеспечения механической прочности мы провели испытание на циклический изгиб с радиусом изгиба 3,5 мм. Как показано на фиг. 3E и фиг. S10, электрическое сопротивление остается постоянным, а выходная мощность не показывает очевидных изменений. На рис. 3F показано относительное изменение сопротивления и выходная мощность в зависимости от механической деформации растяжения. Как сопротивление, так и выходная мощность не показывают заметных изменений, когда устройство ТЭГ растягивается до 120%.Это также демонстрирует вставка, так как яркость светодиода (LED) при его растяжении на 120% сравнима с яркостью, когда ТЭГ не растянут (рис. S11).

Следует отметить, что гибкость и растяжимость этого ТЭГ ограничены в направлении, параллельном термоэлектрическим кристаллам. Однако ТЭГ со сверхвысокой гибкостью и растяжимостью в одном направлении хорошо подходят для цилиндрических источников тепла, таких как руки, ноги и пальцы, для носимых устройств и промышленных трубопроводов для сбора отработанного тепла.

Самовосстановление, переработка и реконфигурация в стиле Lego

В этом ТЭГ текучесть жидкометаллических проводов и реакции обмена связями в полииминовой сети обеспечивают отличную способность устройства к самовосстановлению ( 29 ). На рисунке 4A схематично показан процесс и механизм самовосстановления. После того, как жидкометаллическая проводка и полииминовая подложка разорваны (рис. 4A, вверху), разорванные границы раздела могут быть возвращены в контакт. Жидкометаллическая проводка сразу же восстанавливает электрическую проводимость благодаря своему жидкому поведению.Реакции обмена связями способствуют образованию новых ковалентных связей на границе раздела, что приводит к излеченному устройству ТЭГ, обладающему как механической прочностью, так и электрическими функциональными возможностями (рис. 4A, внизу). На рис. 4В и видеоролике S1 экспериментально демонстрируется этот процесс с использованием ТЭГ-устройства с двумя термоэлектрическими модулями. Когда жидкометаллическая проводка и полииминовая подложка разрываются, светодиод гаснет (вверху в центре). Возврат интерфейсов в контакт приводит к немедленному восстановлению электропроводности в проводке жидкий металл, и снова загорается светодиод (внизу посередине).После 1,5-часового заживления при комнатной температуре на границе раздела образуется достаточное количество ковалентных связей, что приводит к механически прочному самовосстанавливающемуся ТЭГ, который можно сгибать, не влияя на выходную мощность (рис. 4B, справа). Изображения с оптического микроскопа на рис. S12 демонстрирует процесс заживления пореза полиимина с течением времени. Самовосстанавливающийся ТЭГ демонстрирует растяжимость, сравнимую с исходным устройством, поскольку его можно растянуть на 120%, не влияя на электрическое сопротивление (рис. 4C).

Инжир.4 Самовосстановление, переработка и реконфигурация в стиле Лего.

( A ) Схематическое изображение механизма самовосстановления. ( B ) Оптические изображения ТЭГ в тесте самовосстановления. Оригинальный ТЭГ является гибким и соединен последовательно со светодиодом и источником постоянного тока 4 В (слева). Когда жидкометаллическая электропроводка и полииминовая подложка обрываются, светодиод гаснет (вверху в середине). Когда две поверхности в месте повреждения соприкасаются, жидкометаллическая электропроводка сразу же заживает, что приводит к включению светодиода (внизу посередине).Через 1,5 часа полииминовый субстрат полностью заживает и приобретает механическую прочность (справа). ( C ) Изменение относительного электрического сопротивления (Δ R / R ₀ ) самовосстанавливающегося ТЭГ в зависимости от степени растяжения. На вставке показаны оптические изображения самовосстанавливающегося ТЭГ во время испытания на растяжение. ( D ) Оптические изображения ТЭГ на разных этапах переработки. Новый ТЭГ соединен последовательно со светодиодом и источником постоянного тока 4 В (внизу слева). ( E ) Сравнение выработки электроэнергии старым ТЭГ и переработанным новым ТЭГ.( F ) Лего-подобная реконфигурация двух отдельных ТЭГ (устройства I и II) в новый функциональный ТЭГ (устройство III). Новый ТЭГ (устройство III) включен последовательно со светодиодом и источником постоянного тока 4 В (справа). ( G ) Сравнение выработки электроэнергии между ТЭГ I, II и III. Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере.

Избыток аминовых мономеров может вызвать деполимеризацию полииминовых сеток в мономеры и олигомеры, растворимые в органических растворителях, что приводит к превосходной возможности повторного использования устройств на основе полиимина ( 29 ).На рис. 4D показан процесс рециркуляции ТЭГ-устройства. Старый ТЭГ пропитывают рециркулирующим раствором [3,3′-диамино- N -метилдипропиламин и трис (2-аминоэтил) амин в метаноле] (вверху слева). Через 6 часов при комнатной температуре полииминовый субстрат полностью деполимеризуется на олигомеры и мономеры, растворимые в метаноле (вверху справа). Затем другие компоненты, включая термоэлектрические модули, проводники и жидкий металл, могут быть отделены от химического раствора (внизу справа).Рециркулированный раствор можно полностью повторно использовать для синтеза новой полииминовой пленки путем пропорционального добавления терефталевого альдегида и метанола. Новый функциональный ТЭГ может быть изготовлен с использованием всех компонентов, переработанных из старого ТЭГ (внизу слева). Как показано на рис. 4E, выходная мощность нового ТЭГ сравнима со старым ТЭГ.

Это устройство ТЭГ не только самовосстанавливающееся и перерабатываемое, но и реконфигурируемое в стиле Lego благодаря конструкции SOM-RIP, сочетающей в себе динамический ковалентный термореактивный полиимин и проводку из жидкого металла.Рисунок 4F демонстрирует реконфигурацию двух отдельных устройств ТЭГ (устройства I и II) в новое устройство ТЭГ (устройство III). Подобный Lego процесс реконфигурации начинается с отключения одной клеммы устройств I и II, чтобы обнажить жидкометаллическую проводку (рис. 4F, слева), с последующим приведением открытых клемм двух TEG в физический контакт. Затем нанесение и отверждение небольшого количества раствора полиимина [терефталевый альдегид + 3,3′-диамино- N -метилдипропиламин + трис (2-аминоэтил) амин в метаноле] на стыке двух ТЭГ полностью излечивают поверхность раздела (Рис. .4F, средний). Новый ТЭГ полностью работоспособен (рис. 4F, справа). Этот процесс подробно схематично проиллюстрирован на рис. S13. Как показано на рис. 4G, выходная мощность устройства III равна сумме устройств I и II, что указывает на то, что процесс реконфигурации, подобный Lego, эффективен без снижения производительности. Обратите внимание, что во время этого процесса реконфигурации нет необходимости применять раствор полиимина, но требуется больше времени для образования достаточного количества ковалентных связей на стыке стыков.Возможность реконфигурации, подобная Lego, позволяет пользователям настраивать ТЭГ, используя последовательно или параллельно подключенные модули для заданных форм-факторов, конструкции, выходного напряжения и мощности в зависимости от конкретных тепловых условий и выходной мощности термоэлектрических микросхем (рис. S14). Подобный Lego реконфигурируемый ТЭГ также может быть интегрирован в сенсорную систему на основе аналогичной самовосстанавливающейся подложки, чтобы сформировать автономную сенсорную систему с автономным питанием.

Улучшение характеристик ТЭГ на открытом воздухе с помощью пленки из метаматериала

Солнечное излучение, внешнее излучение и безызлучательный теплообмен могут влиять на характеристики носимого ТЭГ во время активного отдыха (рис.5А, вверху). Энергетический баланс холодной стороны ТЭГ, которая подвергается воздействию окружающей среды, можно выразить как ( 38 ) Qsurf = Pnonrad + Prad − Pabs = hc (Tc − Tamb) + κBε¯emit (Tc4 − Ts4) −Psolarε¯abs (1) где Q _surf — полный тепловой поток на поверхности с холодной стороны на единицу площади, P _nonrad и P _rad — безызлучательная теплопередача и теплообмен на единицу площади. между поверхностью холодной стороны и окружающей средой, соответственно, P _abs — поглощенная мощность солнечного излучения на единицу площади, P _solar — мощность солнечного излучения на единицу площади, а ε¯emit и ε¯ abs — соответственно эффективная излучательная способность и эффективная поглощающая способность поверхности.Излучательная способность и поглощательная способность могут использоваться для оценки теплового излучения поверхности с холодной стороны и поглощения ею солнечного излучения, как показано в формуле. 1. На рис. 5В показаны измеренные зависящие от длины волны коэффициенты излучения / поглощения поверхности ТЭГ (голая поверхность). Голая поверхность ТЭГ имеет сильное поглощение (> 0,87) в солнечном спектре (от 0,3 до 2,5 мкм), что указывает на то, что поверхность может быть нагрета солнечным излучением, что значительно ограничивает ее тепловыделение. Чтобы улучшить характеристики ТЭГ на открытом воздухе, необходимо изменить поверхность с холодной стороны так, чтобы она была селективной по длине волны для более эффективного рассеивания тепла.Эта поверхность должна иметь две характеристики: (i) низкую поглощающую способность в солнечном спектре и (ii) высокую излучательную способность в инфракрасном диапазоне, особенно в окне пропускания атмосферы (от 8 до 13 мкм), что позволяет холодной стороне испускать инфракрасное излучение до Вселенная через атмосферу, а именно радиационное охлаждение неба ( 38 — 40 ). Поэтому в качестве покрытия на холодной стороне ТЭГ выбирается пленка из гибридного метаматериала из стеклополимера, которая может обеспечить обе характеристики (рис.5A, внизу), что дает эффективную поверхность с избирательной длиной волны. Как показано на рис. 5B, измеренная излучательная способность / поглощательная способность в зависимости от длины волны поверхности с избирательной длиной волны показывает гораздо более низкое поглощение, чем голая поверхность, в солнечном спектре (от 0,3 до 2,5 мкм) и сравнимую излучательную способность в окне пропускания атмосферы (от 8 до 2,5 мкм). 13 мкм). Детальный дизайн и изготовление метаматериала можно найти в нашей предыдущей работе ( 40 ).

Рис. 5 Улучшение характеристик на открытом воздухе с помощью селективных по длине волны пленок из метаматериалов.

( A ) Схематическое изображение процессов теплопередачи ТЭГ с оголенной поверхностью (вверху) и селективной по длине волны поверхностью (внизу) в дневное и ночное время. P _solar и P _атм — мощность солнечного излучения и мощность атмосферного излучения на поверхности, соответственно, P _рад — мощность теплового излучения от поверхности и P _nonrad — безызлучательный теплообмен (конвекция и теплопроводность) между поверхностью и окружающей средой.( B ) Измеренная поглощающая способность / коэффициент излучения голой поверхности и поверхности с избирательной длиной волны от 300 нм до 25 мкм. Коэффициент поглощения / излучения атмосферы (серый блок) и плотность мощности спектрального солнечного излучения [желтый блок; воздушная масса (AM), 1,5]. И голая поверхность, и поверхность с избирательной длиной волны имеют сильное излучение от 8 до 13 мкм (атмосферное окно пропускания), что указывает на превосходные характеристики радиационного охлаждения. Голая поверхность имеет сильное поглощение во всем солнечном спектре (> 0.87) и других инфракрасных диапазонах (> 0,96), в то время как избирательная по длине волны поверхность имеет гораздо более слабое поглощение в солнечном спектре, чем в инфракрасном диапазоне. ( C ) Солнечное излучение, температура наружного воздуха и скорость ветра, измеренные метеостанцией с 13:00 до 18:00 (9 ноября 2019 г., Боулдер, Колорадо, США). Общий поверхностный теплообмен ( D ), выходное напряжение ( E ) и выработка энергии ( F ) ТЭГ с оголенной поверхностью и селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне с 13:00 до 18:00.

Чтобы количественно изучить влияние солнечного излучения и радиационного охлаждения на термоэлектрические характеристики, мы протестировали ТЭГ на открытом воздухе как с оголенной поверхностью, так и с селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне в солнечный день, используя лабораторную установку (рис. S15). Измеренные солнечная освещенность, температура наружного воздуха и скорость ветра с 13:00 до 18:00 представлены на рис. 5C. Внезапное падение измеренной солнечной освещенности в 15:18 связано с тем, что метеостанция была затенена соседним зданием, а устройства TEG были затенены зданием в 15:45.Теплообмен на двух типах поверхностей можно рассчитать на основе измеренных данных (примечание S3 и рис. S16). Как показано на рис. 5D, ТЭГ с оголенной поверхностью на холодной стороне имеет отрицательный теплообмен между 13:00 и 15:45, поскольку поглощение солнечной энергии на оголенной поверхности больше, чем полное рассеивание тепла за счет радиационной и безызлучательной теплопередачи. . Это приводит к тому, что выходное напряжение ТЭГ с оголенной поверхностью колеблется около нуля (рис. 5E), а выработка электроэнергии составляет всего лишь 1 нВт / см ² (рис.5F) до 15:45. Для ТЭГ с селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне теплообмен остается стабильным как до, так и после того, как ТЭГ был затенен зданием, как показано на рис. 5D. Это приводит к значительному улучшению характеристик ТЭГ с выходным напряжением ~ 40 мВ / см ² (рис. 5E) и выходной мощностью ~ 10 нВт / см ² (рис. 5F) до 15:45 по сравнению с с ТЭГ с оголенной поверхностью на холодной стороне. После того, как устройства ТЭГ были затенены зданием в 15:45, два ТЭГ с оголенной поверхностью и селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне имеют одинаковые общие теплообменные и термоэлектрические характеристики благодаря их одинаковому высокому коэффициенту излучения в окне пропускания атмосферы и отсутствие солнечного излучения.

ОБСУЖДЕНИЕ

В этой работе описывается высокоэффективный носимый ТЭГ с превосходными возможностями растяжения, самовосстановления, повторного использования и реконфигурации, подобной Lego. Для достижения этих свойств благодаря новой механической архитектуре SOM-RIP интегрированы высокопроизводительные модульные термоэлектрические чипы, динамический ковалентный термореактивный полиимин в качестве подложки и инкапсуляции и текучий жидкий металл в качестве электропроводки. Этот ТЭГ может производить рекордно высокую плотность напряжения холостого хода 1 В / см ² при разнице температур 95 К среди гибких ТЭГ, что многообещающе для сбора низкопотенциального тепла для питания Интернета вещей и носимой электроники.Эти особенности позволяют адаптировать ТЭГ к быстро меняющимся механическим и тепловым условиям и требованиям пользователя. Кроме того, селективная по длине волны пленка из метаматериала интегрирована на холодной стороне ТЭГ, чтобы одновременно максимизировать радиационное охлаждение и минимизировать поглощение солнечного излучения. Следовательно, термоэлектрические характеристики могут быть значительно улучшены под воздействием солнечного излучения, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха. Концепции конструкции, подходы и свойства системы ТЭГ, описанные в этой работе, могут проложить путь к созданию высокопроизводительных, адаптируемых, настраиваемых, надежных, экономичных и экологичных устройств сбора энергии следующего поколения с широким спектром применения.

Отметим также, что общая концепция дизайна этой работы масштабируется и адаптируется к другим термоэлектрическим материалам и методам изготовления, включая физическое осаждение из паровой фазы с рулона на рулон и методы печати ( 41 ). Можно дополнительно улучшить термоэлектрические характеристики переносного ТЭГ, улучшив процесс изготовления термоэлектрических пленок, приняв термоэлектрические пленки с лучшими термоэлектрическими свойствами ( 42 — 45 ) и используя традиционные термоэлектрические ножки с гораздо меньшими размерами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Синтез материалов и изготовление устройств

Тонкопленочные термоэлектрические материалы были нанесены на полиимидную пленку (125 мкм; DuPont) с помощью термического испарителя. Целевыми материалами ветвей p-типа и ветвей n-типа для испарения были Bi _0,5 Sb _1,5 Te ₃ и Bi ₂ Te _2,8 Se _0,3 , соответственно, которые были приготовлены выплавка слитка Bi (99,999%; Alfa Aesar), слитка Sb (99.999%; Alfa Aesar), слиток Te (99,999%; Alfa Aesar) и слиток Se (99,999%; Alfa Aesar) в запаянных кварцевых трубках под вакуумом ниже 10 ^-3 Па с использованием муфельной печи (KSL-1100X-L) при 1073 К. в течение 5 часов. Затем нанесенные термоэлектрические пленки нагревали при 320 ° C в течение 26 мин в атмосфере аргона в трубчатой ​​печи (OTF-1200X). Тонкопленочные электроды Au-Ge наносили с помощью термического испарителя с использованием сплава Au ₈₈ Ge ₁₂ (99,99%; Kurt. J. Lesker) в качестве материала мишени. Полииминовый субстрат полимеризуется с использованием трех коммерческих соединений: терефталевого альдегида, 3,3′-диамино- N -метилдипропиламина и трис (2-аминоэтил) амина.Смесь 3,3′-диамино- N -метилдипропиламина (1,251 г, 8,61 ммоль) и трис (2-аминоэтил) амина (0,252 г, 1,72 ммоль) добавляли в центрифужную пробирку объемом 25 мл с завинчивающейся крышкой. с последующим добавлением метанола (20 мл) и терефталевого альдегида (1,5 г, 11,18 ммоль). Смесь перемешивали до тех пор, пока раствор не становился полупрозрачным и желтым, а затем раствор выливали в чашку Петри, покрытую полидиметилсилоксаном. Раствор отверждали испарительной сушкой в ​​вытяжном шкафу в течение не менее 72 часов при комнатной температуре.Рециркулирующий раствор представляет собой смесь 3,3′-диамино- N -метилдипропиламина (1,251 г, 8,61 ммоль) и трис (2-аминоэтил) амина (0,252 г, 1,72 ммоль) в метаноле. Жидкий металл (смесь 75,5% галлия и 24,5% индия по весу) был смешан с 0,35% по весу частиц SiO ₂ (радиус 40 мкм) для повышения выхода трафаретной печати. Температура плавления жидкого металла составляет 15,3 ° C. В качестве альтернативы, для более холодной окружающей среды можно использовать эвтектический галлий-индий-олово (галинстан) (68% Ga, 22% In и 10% Sn по весу) с температурой плавления -19 ° C.Устройство для лазерной резки (Epilog 36EXT Model 9000) использовали для подготовки всех масок и прорезей в полииминовых подложках. Селективная по длине волны пленка прикреплялась к холодной стороне ТЭГ с помощью чувствительной к давлению ленты.

Характеристики материалов

Толщина термоэлектрических пленок и пленки Au-Ge измерялась с помощью профилометра иглой (Bruker DektakXT). Микрорельеф поверхности и состав анализировались с помощью сканирующего электронного микроскопа (Quanta 200 FEG и Hitachi SU3500), сопровождаемого энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией.Коэффициент Зеебека и удельное электрическое сопротивление были измерены четырехзондовым методом на системе одновременных измерений (ULVAC ZEM-3), а теплопроводность термоэлектрических пленок (рис. S17) была измерена методом термоотражения во временной области ( 46 ) на самодельной системе (таблица S1 и рис. S18 и S19). Изображения процесса самовосстановления в оптическом микроскопе были получены с использованием цифрового микроскопа со сверхглубокой резкостью (KEYENCE VHX-1000E).

Измерение выходной мощности ТЭГ

Характеристики ТЭГ внутри и снаружи помещений были проверены с помощью самодельных установок (рис.S6 и S15). Горячей стороной является нагревательный стол с регулируемой температурой. Холодная сторона представляет собой двухступенчатый охладитель (гидроохлаждение и охладитель Пельтье), который может точно контролировать температуру холодной стороны ТЭГ от 0 ° C до комнатной температуры. Термопары типа Т (диаметр проволоки 0,127 мм; OMEGA TT-T-36) использовались для проверки температур холодной и горячей стороны ТЭГ. Провода термопары закреплялись держателями рядом с тестируемыми позициями, и только оголенные концы термопар близко касались тестируемых позиций из-за эластичности проводов термопар, чтобы избежать дополнительных потерь тепла.Для фиксации термопар не использовались смазка, клей, лента или зажим. Комнатная температура измерялась термопарой типа Т, помещенной на воздухе рядом с ТЭГ. Все данные, включая температуру, напряжение и сопротивление, собирались многофункциональным устройством сбора данных (Keysight 34970A). Инфракрасные изображения были получены с помощью инфракрасной камеры (FLIR T630sc). Солнечное излучение, температура наружного воздуха и скорость ветра были проверены метеостанцией рядом с ТЭГ.

Механические характеристики

Испытания на растяжение проводились на самодельном растягивающем оборудовании.Смоделированные контуры распределения деформации в ТЭГ были получены с использованием коммерческого программного обеспечения Abaqus. Проводящий слой AuGe был смоделирован как скин-слой на поверхности полиимидной пленки и термоэлектрических ветвей, а затем образован четырехузловыми элементами оболочки. Полиимидная пленка, термоэлектрические ветви p-типа и n-типа и полииминовая подложка моделировались с использованием восьмиузловых твердотельных элементов. Модули упругости AuGe, ветвей n-типа, ветвей p-типа, полиимидных пленок и полииминовой подложки составляли 69,2 ГПа, 52 ГПа, 46 ГПа, 2.5 ГПа и 2 МПа соответственно. Коэффициенты Пуассона для них составляли 0,32, 0,25, 0,25, 0,34 и 0,35 соответственно. Для моделирования условий эксперимента к модели отдельно применялись деформация 120% и радиус изгиба 3,5 мм.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

1. ↵

   Д. М. Роу, Модули, системы и приложения в термоэлектриках (CRC Press, 2012).

2. ↵

5. М. Киши, Х. Немото, Т. Хамао, М. Ямамото, С. Судо, М.Мандаи, С. Ямамото, Микро-термоэлектрические модули и их применение в наручных часах в качестве источника энергии, в Восемнадцатая Международная конференция по термоэлектричеству, Материалы, ICT’99 (Каталожный номер 99TH8407) (IEEE, 1999), стр. 301– 307.

6. ↵
7. ↵
8. ↵
9. ↵
10. ↵
11. ↵
15. ↵
16. ↵
17. ↵
18. ↵
19. ↵
20. ↵
21. 12
36. ↵
41. ↵
42. ↵
43. ↵
44. ↵
45. ↵
47. ↵
48. ↵
49. ↵

51. L.M. Goncalves, C. Couto, JH Correia, P. Alpuim, G. Min, DM Rowe, Оптимизация термоэлектрических тонких пленок, нанесенных путем совместного испарения на пластиковые подложки, в материалах 4-й Европейской конференции по термоэлектричеству , Кардифф, Великобритания, 9–11 апреля 2006 г. (2006 г.).

52. ↵
53. ↵

Благодарности: Финансирование: Мы выражаем признательность за финансовую поддержку со стороны NSF, США (CMMI-1762324) и Национальной программы исследований и разработок Китая (2019YFA0705201).Д.З. благодарит за поддержку Фонд естественных наук провинции Цзянсу, Китай (BK20200373). Вклад авторов: W.R., Y.S., D.Z., L.Z., J.X. и R.Y. задумал и спроектировал эксперимент. W.R. и Y.S. изготовили ТЭГ и выполнили механическое испытание и испытание выходной мощности в помещении. W.R., Y.S., D.Z. и A.A. провели испытания ТЭГ на открытом воздухе. W.R., Y.S. и Jie Zhang измерили и охарактеризовали ТЕ-пленки, а также модифицированный жидкий металл и полиимин. С.З. выполнено моделирование методом конечных элементов.Ю.С. и C.S. изготовили полиимин. W.R., Jialun Zhang и H.G. разработали и изготовили мишени из материала TE. W.R., Y.S., D.Z., A.A., L.Z., J.X. и R.Y. проанализировали экспериментальные данные. W.R., Y.S., D.Z., L.Z., J.X. и R.Y. написал газету. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали рукопись. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

• Copyright © 2021 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.