Генератор тока или, говоря иначе, машина для превращения механической энергии в электрическую, крайне полезен на электростанциях, стройках, промышленных сооружениях и т.д. С его помощью можно обеспечить аварийное автономное питание больниц, школ, торговых объектов.
Чтобы лучше понимать, что собой представляют генераторы, стоит разобраться, каким они обладают устройством, принципом действия и по какому принципу классифицируются.
Что такое генератор переменного тока и кто его изобрел?
Генератор переменного того – это установка, призванная преобразовывать энергию механического характера в электричество (переменный ток). Основу данного преобразования составляет состоящая из проволоки катушка, которая совершает обороты, находясь непосредственно в магнитном поле.
Для информации! Большинство машин для превращения механической энергии в электрическую, производимых в настоящее время, используют для этого вращение самого магнитного поля, а не катушки, как это было ранее. Как показала практика, подобный механизм действия более эффективен.
Изобретателем данной электрической установки принято считать ученого и изобретателя Николу Теслу. Первый однофазный синхронный генератор был представлен научному сообществу аж в 1832 г. Устройство могло генерировать исключительно постоянный ток, однако использовалось оно недолго, поскольку инженеры быстро поняли, что с практической точки зрения переменный ток намного лучше.
Для информации! Машины для превращения механической энергии именно в переменный ток было намного легче обслуживать. Плюс, выработать переменный ток намного проще, нежели постоянный.
Можно сказать, что именно благодаря переменному току стало возможным последующее создание столь значимых для человечества устройств, как магнитофон и радиоприемник.
Превращение механической энергии в электрическую
В основе работы абсолютно любого генератора лежит принцип магнитной индукции. Если говорить о конструкции простейшего генератора, вырабатывающего переменный ток, то ее допустимо представить как катушку, совершающую непрерывные вращения в магнитном поле.
Как уже говорилось ранее, в настоящее время популярен вариант конструкции, при котором сама катушка не двигается, а поле ее пересекает – в этот момент и происходит вырабатывание тока. Именно этот принцип выработки переменного тока объединяет сейчас большую часть генераторных установок.
Базовые принципы
Машины для превращения кинетической энергии в электрическую используют для этого вращение магнитного поля. Ниже представлены несколько важных положений, призванных дать более четкое понимание принципов вышеуказанного процесса:
• Функционирует установка за счет движения поля катушки, состоящего из токопроводящего материала. В качестве такого материала в большинстве случаев выступает медная проволока.
• За счет образования явления, которое принято называть электромагнитной индукцией, непосредственно в самой катушке происходит возникновение ЭДС (электродвижущей силы).
• Начало формирования токов происходит в период, когда проводники пересекают магнитные линии поля. Максимальная величина электродвижущей силы формируется в момент, когда проводники пересекают полюса.
• Чтобы иметь более четкое представление о происходящих процессах в системе, стоит ознакомиться с правилом «правой руки». Согласно ему нужно расположить руку так, чтобы мысленно силовые линии проходили через ладонь. При этом большой палец, расположенный от ладони под углом в 90 градусов, будет играть роль указателя, по которому понятно направления движения проводника. Оставшиеся 4 пальца также будут играть роль указателя – по ним станет ясно, в каком направлении происходит движение ЭДС.
В целом, система преобразования энергии достаточно проста, нужно лишь визуализировать весь процесс и все сразу станет ясно.
Устройство и конструкция генератора
Чтобы визуализировать процессы, происходящие в аппаратах, призванных заниматься преобразованием одного вида энергии в другой, не помешает также ознакомиться с тем, из каких компонентов они состоят. Список основных составляющих генератора:
• защитная рама – служит основанием для размещения статора. Также рама выполняет защитную функцию, ограждая все элементы системы от негативного влияния внешних факторов;
• стальной статор, именно к нему крепится обмотка;
• ротор – основной движимый элемент системы, к его сердечнику производится крепление обмотки;
• элемент коммутаций – необходим для «вывода» электрической энергии из системы после ее формирования внутри нее.
Поскольку генераторы бывают разных типов, каждый из них обладает индивидуальными конструктивными особенностями. Но при этом, имеет 2 элемента, которыми гарантированно будет снабжена любая машина для превращения одного вида энергии в другую:
• ротор – осуществляет вращательные движения, формирует электрический ток;
• статор – неподвижный системный элемент, изготавливается из множества железных пластин со специальными пазами по всему периметру. Именно в этих пазах устанавливается обмотка, имеющая вид проволоки. Статор также напрямую участвует в формировании тока.
Чтобы в принципе было возможным при вращении ротора внутри статора формирование магнитной индукции, требуется наличие между данными системными составляющими хотя бы небольшой дистанции. Конструктивно генераторы подразделяются на те, что имеют:
• подвижный якорь;
• неподвижный якорь.
Для первого типа генератора является характерным наличие магнитного поля, носящего статический характер. Для второго же характерно магнитное поле, совершающее в процессе работы вращательные движения.
Принцип работы генератора
Закон Фарадея об ЭДС является определяющим для машин, преобразующих кинетическую энергию. Именно этому ученому удалось отрыть природу возникновения тока в металлическом контуре. Опытным путем Фарадей доказал, что ток возникает во время того, как происходят вращательные движения магнитов вокруг контуров.
Генераторы работают ровно по этому же принципу. Металлические рамки вращаются между 2-мя разно полюсными магнитами. Чтобы иметь возможность вследствие работы механизма получать электрический заряд и далее пускать его по проводникам, на осях рамок устанавливаются токосъемные кольца.
При перемещении проводника в магнитном поле получается ситуация, при которой силовые линии начинают пересекать проводник. Это приводит к тому, что в нем инициируется движение электронов. Как следствие, можно наблюдать формирование электродвижущей силы. Если дополнительно присоединить к проводникам нагрузку, то в них появится ток, который далее можно реализовывать в нужных направлениях.
Назначение генератора
Машины для превращения механической энергии в переменный ток эксплуатируются человеком достаточно давно. Подобные аппараты широко применяются на промышленных предприятиях и при реализации бытовых нужд населения.
На производствах аппараты являются наиболее дешевым вариантом получения электроэнергии. Благодаря им можно быстро возводить здания (поднимать тяжелые предметы и людей на большую высоту) в тех местах, куда нет возможности провести централизованное электричество.
Для информации! Генераторы особенно полезны в местах, где в силу ряда причин регулярно случаются перебои в подаче электроэнергии. Благодаря этим машинам можно не бояться, что во время важной медицинской операции оборудование перестанет работать или в торговом центре из-за отключения холодильников испортятся тонны мяса и молока.
С целью получения автономного источника энергии генераторы нередко приобретают владельцы загородных дач и коттеджей. Ввиду того, что отдельные модели электроустановок могут иметь очень компактные размеры, они легко помещаются в автомобиль, что позволяет даже брать их в походы и экспедиции.
Классификация и виды
Ввиду большого количества сфер применения, различают множество видов машин для превращения энергии из одного типа в другой. Ниже представлена классификация генераторов по принципу действия, режиму функционирования, схеме подключения и по виду используемого топлива. На каждом виде стоит остановиться подробнее.
Классификация по принципу работы
По принципу работу генераторы разделяются на синхронные и асинхронные. Синхронный генератор состоит из двух частей – статичной (статор) и подвижной (ротор). При работе подвижной части происходит индуцирование ЭДС. Возбуждение магнитного потока изначально происходит от стороннего возбудителя, как правило, соединенного с рабочим механизмом цепью или ремнем.
Для синхронных генераторов характерно запитывание обмотки выпрямленным током. Основная электрическая цепь состоит из двух взаимосвязанных элементов – регулировочного реостата и обмотки возбуждения.
Важно! Основополагающей особенностью таких установок является то, что частота тока, который они формируют, находится в прямой зависимости от того, насколько активно работает подвижная часть – иными словами, насколько быстро вращается ротор.
Асинхронные генераторы работают иначе, их режим работы принято называть «тормозящим». Подобный механизм работы предполагает вращение ротора лишь в одну сторону – ту, которая будет совпадать с направлением движения магнитного поля. Однако скорость вращения ротора будет немного выше.
Главное достоинство подобных устройств заключается в том, что они практически не подвержены коротким замыканиям и надежно защищены от негативного влияния множества внешних факторов.
Классификация по режимам работы
По режимам работы генераторы классифицируются на основные и резервные. Первые предназначены для функционирования в постоянном режиме. Такие установки требуются в местах, где необходимо снабжать объект электричеством круглосуточно (к таким местам можно отнести промышленные установки).
Резервные же агрегаты включаются в случае, когда на какой-либо объект перестало подаваться электричество, подаваемое централизованными электросетями. Такие аппараты чаще всего начинают работать автоматически при срабатывании реле, регистрирующих отсутствие в сети электричества (именно такие устанавливаются в медицинских учреждениях).
Классификация по схемам подключения
Существует три варианта включения генераторов:
1. Ручное. Человек при необходимости производит самостоятельных запуск генератора.
2. Автоматическое. Чтобы было возможно автоматическое включение генератора, требуется установить специальный блок. В случае отключение электричества блок без участия человека запустит генератор и будет контролировать стабильность показателей его работы.
3. Синхронная работа. Подобная схема включения, как правило, используется инженерами только на крупных энергетических предприятиях (станциях), в которых все генераторные установки функционируют в рамках единой сети. В данной сети на всех генерирующих аппаратах установлены единые настройки функционирования.
Каждый из указанных выше видов включения применяется для разных ситуаций и в разных местах.
Классификация по типу топлива
В качестве силы, заставляющей ротор вращаться, может выступать энергия, вырабатываемая вследствие сгорания топлива. В связи с этим сегодня популярны генераторы, работающие на газе, дизельном топливе и бензине.
К преимуществам первых можно отнести безопасность для окружающей среды и экономичность. К преимуществам вторых – стабильность работы и долговечность. Бензиновые же генераторы отличаются малыми габаритами и простотой в обслуживании.
Возможности бытовых электрогенераторов
Чтобы аппаратами было удобно пользоваться, производители наделяют их множеством полезных функций и обеспечивают:
• защитой от перегрузок, временами случающимися в сетях из-за каких-либо сбоев в цепи или подачи тока слишком высокого напряжения;
• возможностью обеспечивать контроль параметров работы установки, в которой имеется генератор (осуществляется это за счет внедрения дисплеев, демонстрирующих параметры системы в реальном времени);
• возможностью произведения автоматического запуска аппарата в случае отключения электроэнергии;
• внедрением защитных установок, призванных отключать устройство от сети в случае нарушения целостности изоляции.
Если к генератору подключить нагрузку, величина которой будет существенно уступать той, что прописана в паспорте, то установка станет забирать существенную часть топлива впустую, никак не используя его ресурс.
Особенности установки
Перед тем, как приобрести машину для превращения кинетической энергии в электрическую, ее будущий владелец должен озаботиться подготовкой места под установку.
Вне зависимости от того, где планируется размещать генератор (на улице или внутри помещения), стоять он должен на ровной, очищенной от любых загрязнений поверхности. Неровная площадка послужит причиной преждевременного износа ключевых деталей аппарата, ввиду чего ему довольно скоро потребуется ремонт.
Помимо этого при работе генератора в помещении необходимо наличие вентиляции. Также желательно, чтобы в это помещение вела дверь открытого типа (в виде решетки).
Внимание! Производить соединение аппарата с электрической сетью надлежит четко по инструкции, помещенной производителем в коробку с генератором и в соответствии со всеми мерами безопасности. В противном случае можно в лучшем случае, повредить агрегат, а в худшем – нанести вред собственному здоровью.
Применение генераторов на практике
Генераторы переменного тока активно используются практически во всех сферах жизни человека, в которых требуется наличие электроэнергии. Принципы, по которым производится ее добыча, в общем виде отличаются лишь тем, каким образом вал производится в движение. Электрогенераторы применяются на тепловых станциях, гидростанциях и даже на атомных станциях.
Автомобильный генератор – ярчайший пример преобразовательной машины. Ротор внутри него приводится в действие работающим двигателем, а уже от генератора происходит запитывание всей электрической части автомобиля. Подобный механизм позволяет сильно экономить энергию, не сажая каждый раз аккумуляторную батарею.
Безусловно, многие могут сказать, что автомобильный генератор дает постоянный ток. Однако становится он таковым лишь за счет наличия в конструкции механизма выпрямителя.
Как видно, сейчас существует множество машин, призванных вырабатывать переменный ток. Многие из них оснащаются разными видами защиты от коротких замыканий, перегрузок и прочего. Аппараты, превращающие механическую энергию в электрическую, нашли широкое применение во всем мире.
Оставить комментарий: