Die Menschen nutzen die Energie des elektrischen Stroms in fast allen Bereichen ihres Lebens. Elektrizität, die mit Hilfe spezieller Geräte aus mechanischer Energie umgewandelt wird, ist aus dem Leben nicht mehr wegzudenken. Schauen wir uns einmal genauer an, wie dieser Prozess funktioniert und wie moderne Generatoren aufgebaut sind.
Inhalt
Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie
Jeder Generator arbeitet nach dem Prinzip der magnetischen Induktion. Den einfachsten Generator kann man sich als eine Spule vorstellen, die sich in einem Magnetfeld dreht. Es gibt auch eine Variante, bei der die Spule stationär bleibt, aber das Magnetfeld sie nur kreuzt. Bei dieser Bewegung wird der Wechselstrom erzeugt. Zahlreiche Generatoren auf der ganzen Welt arbeiten nach diesem Prinzip und sind in ein Stromversorgungssystem eingebunden.
Entwurf und Konstruktion eines Generators
Das Standard-Aggregat besteht aus den folgenden Komponenten:
- Ein Rahmen, an dem der Stator mit den elektromagnetischen Polen befestigt ist. Sie besteht aus Metall und soll die Schutzfunktion aller Komponenten der Maschine übernehmen.
- Der Stator, an dem die Wicklung befestigt ist. Er ist aus ferromagnetischem Stahl gefertigt.
- Der Rotor ist das bewegliche Element, auf dessen Kern die Wicklung, die den elektrischen Strom erzeugt, montiert ist.
- Die Schalteinheit, die den Strom aus dem Rotor entnimmt. Es besteht aus einem System von beweglichen leitenden Ringen.
Je nach Anwendung hat ein Generator bestimmte Konstruktionsmerkmale, aber es gibt zwei Komponenten, die jedes Gerät hat, das mechanische Energie in Elektrizität umwandelt:
- Der Rotor ist ein bewegliches, einteiliges Eisenstück;
- Der Stator ist ein stationäres Element, das aus Eisenblechen hergestellt wird. Er hat Schlitze, in die eine Drahtwicklung eingelegt wird.
Um eine größere magnetische Induktion zu erreichen, muss zwischen diesen Elementen ein geringer Abstand bestehen. Die Generatoren sind wie folgt aufgebaut:
- Mit beweglichem Anker und statischem Magnetfeld.
- Mit einem feststehenden Anker und einem rotierenden Magnetfeld.
Heutzutage sind Maschinen mit rotierendem Magnetfeld häufiger anzutreffen, da es viel bequemer ist, den elektrischen Strom aus dem Stator zu entnehmen als aus dem Rotor. Der Aufbau eines Generators weist viele Ähnlichkeiten mit dem eines Elektromotors auf.
Schema einer Lichtmaschine
Funktionsweise eines Wechselstromgenerators: Wenn die eine Hälfte der Wicklung auf einem Pol und die andere Hälfte auf dem gegenüberliegenden Pol liegt, fließt der Strom in einem Stromkreis von seinem Minimum zum Maximum und wieder zurück.
Klassifizierung und Typen von Stromerzeugern
Alle Stromerzeuger können nach ihrem Leistungskriterium und der Art des Brennstoffs, aus dem der Strom erzeugt wird, eingeteilt werden. Alle Generatoren werden in einphasige (Ausgangsspannung 220 Volt, Frequenz 50 Hz) und dreiphasige (380 Volt, Frequenz 50 Hz) unterteilt sowie nach dem Funktionsprinzip und der Art des Brennstoffs, der in Strom umgewandelt wird. Darüber hinaus können Generatoren in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, was ihre technischen Spezifikationen bestimmt.
Entsprechend dem Funktionsprinzip
Es wird zwischen Asynchron- und Synchrongeneratoren unterschieden.
Asynchron
Bei Asynchrongeneratoren gibt es keine genaue Abhängigkeit von EMF zur Rotordrehzahl, aber es gibt einen Begriff wie "Schlupf S". Sie bestimmt diesen Unterschied. Der Wert des Schlupfes wird berechnet, so dass noch ein gewisser Einfluss der Generatorelemente auf den elektromechanischen Prozess eines Asynchronmotors vorhanden ist.
Synchron
Ein solcher Generator hat eine physikalische Beziehung zwischen der Drehbewegung des Rotors und der Frequenz der zu erzeugenden elektrischen Leistung. Bei diesem Gerätetyp ist der Rotor ein Elektromagnet, der aus Kernen, Wicklungen und Polen besteht. Der Stator besteht aus den Spulen, die sternförmig geschaltet sind und einen gemeinsamen Nullpunkt haben. In diesen wird der elektrische Strom erzeugt.
Der Rotor wird durch eine äußere Kraft von beweglichen Elementen (Turbinen) angetrieben, die sich synchron bewegen. Die Erregung eines solchen Generators kann entweder kontaktbehaftet oder kontaktlos sein.
Nach Art des Motorkraftstoffs
Die Abgeschiedenheit vom Stromnetz ist mit der Einführung von Generatoren kein Hindernis mehr für die Nutzung von Elektrogeräten.
Gasbetriebener Generator
Bei der Verbrennung wird mechanische Energie erzeugt, die dann durch elektrischen Strom ersetzt wird. Die Vorteile der Verwendung eines Gasgenerators:
- Sicher für die Umwelt, da das Gas bei der Verbrennung keine schädlichen Elemente, Ruß oder giftige Zersetzungsprodukte freisetzt;
- Es ist wirtschaftlich sehr vorteilhaft, billiges Gas zu verbrennen. Im Vergleich zu Benzin ist es wesentlich billiger;
- Der Kraftstoff wird automatisch zugeführt. Benzin und Diesel müssen bei Bedarf nachgefüllt werden, während der Gasgenerator in der Regel an die Gasversorgung angeschlossen wird;
- Die Automatik sorgt dafür, dass das Gerät von selbst läuft, aber es muss dazu in einen warmen Raum gestellt werden.
Dieselgenerator
Diese Kategorie besteht hauptsächlich aus einphasigen Geräten mit einer Leistung von 5 kW. 220 Volt und eine Frequenz von 50 Hz sind Standard für Haushaltsgeräte, so dass das Dieselaggregat mit der Standardlast recht gut zurechtkommt. Wie Sie sich vielleicht denken können, wird dafür Dieselkraftstoff benötigt. Warum sollten Sie sich für einen Dieselgenerator entscheiden?
- Relative Billigkeit des Kraftstoffs;
- Automatik, die es ermöglicht, dass der Generator bei einem Stromausfall automatisch anspringt;
- Hohes Maß an Brandsicherheit;
- Das dieselbetriebene Aggregat ist in der Lage, über einen langen Zeitraum hinweg ohne Ausfall zu arbeiten;
- Beeindruckende Langlebigkeit - einige Modelle sind in der Lage, insgesamt 4 Jahre im Dauerbetrieb zu arbeiten.
Benzin-Generator
Solche Geräte sind als Haushaltsgeräte sehr gefragt. Trotz der Tatsache, dass Benzin teurer ist als Gas und Diesel, haben diese Generatoren viele Vorteile:
- Geringe Abmessungen bei hoher Leistung;
- Benutzerfreundlich: Die meisten Modelle können manuell gestartet werden, leistungsstärkere Generatoren sind mit einem Anlasser ausgestattet. Die Spannung wird mit einer speziellen Schraube für eine bestimmte Last eingestellt;
- Automatischer Schutz im Falle einer Überlastung;
- Leicht zu warten und zu reparieren;
- Sie machen während des Betriebs nicht viel Lärm;
- Kann sowohl in Innenräumen als auch im Freien verwendet werden, sollte aber vor Feuchtigkeit geschützt werden.
Wichtigste Anwendungen
Je nachdem, wo die Lichtmaschine eingesetzt wird, werden ihre Spezifikationen festgelegt. Generatoren werden im Wesentlichen nach ihrem Einsatzbereich eingeteilt und bestimmen damit ihre Leistung. Sie unterteilen die Stromerzeuger je nach Verwendungszweck in die folgenden Kategorien:
- Haushalt. Sie verfügen über eine Leistung von 0,7 bis 25 kW. Zu dieser Kategorie gehören in der Regel Benzin- und Dieselgeneratoren. Wird für die Stromversorgung von Haushaltsgeräten und Geräten mit geringer Leistung verwendet, sehr häufig auf Baustellen. Sie können auch als tragbare Stromquelle verwendet werden, wenn man im Freien unterwegs ist;
- Professionell. Kann als ständige Stromquelle in kommunalen Einrichtungen und kleinen Industrieanlagen eingesetzt werden. Seine Leistung beträgt nicht mehr als 100 kW;
- Industriell. Kann in großen Fabriken und Betrieben eingesetzt werden, wo leistungsstarke Geräte erforderlich sind. Solche Anlagen haben eine Leistung von mehr als 100 kW, sind sehr groß und für Ungeübte schwer zu warten.
