Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος σε όλους σχεδόν τους τομείς της ζωής τους. Είναι πλέον δύσκολο να φανταστούμε τη ζωή χωρίς ηλεκτρική ενέργεια, η οποία μετατρέπεται από μηχανική ενέργεια με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία και πώς κατασκευάζονται οι σύγχρονες γεννήτριες.
Περιεχόμενα
Μετατροπή μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια
Κάθε γεννήτρια λειτουργεί με βάση την αρχή της μαγνητικής επαγωγής. Ο απλούστερος εναλλάκτης μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πηνίο που περιστρέφεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Υπάρχει επίσης μια παραλλαγή στην οποία το πηνίο παραμένει ακίνητο, αλλά το μαγνητικό πεδίο το διασχίζει μόνο. Κατά τη διάρκεια αυτής της κίνησης παράγεται εναλλασσόμενο ρεύμα. Ένας μεγάλος αριθμός γεννητριών σε όλο τον κόσμο λειτουργεί με αυτή την αρχή και ενσωματώνεται σε ένα σύστημα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας.
Σχεδιασμός και κατασκευή ενός εναλλάκτη
Η τυπική γεννήτρια διαθέτει τα ακόλουθα εξαρτήματα:
- Ένα πλαίσιο στο οποίο είναι προσαρτημένος ο στάτης με τους ηλεκτρομαγνητικούς πόλους. Είναι κατασκευασμένο από μέταλλο και προορίζεται να εκτελεί την προστατευτική λειτουργία όλων των εξαρτημάτων του μηχανήματος.
- Ο στάτης στον οποίο είναι προσαρτημένη η περιέλιξη. Είναι κατασκευασμένο από σιδηρομαγνητικό χάλυβα.
- Ο δρομέας είναι το κινητό στοιχείο στον πυρήνα του οποίου είναι τοποθετημένο το τύλιγμα που παράγει το ηλεκτρικό ρεύμα.
- Η μονάδα μεταγωγής που αποσύρει την ηλεκτρική ενέργεια από το ρότορα. Αποτελείται από ένα σύστημα κινητών αγώγιμων δακτυλίων.
Ανάλογα με την εφαρμογή, μια γεννήτρια έχει ορισμένα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά, αλλά υπάρχουν δύο στοιχεία που έχει κάθε συσκευή που μετατρέπει μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική:
- Ο ρότορας είναι ένα κινούμενο μονοκόμματο κομμάτι σιδήρου,
- Ο στάτης είναι ένα σταθερό στοιχείο, το οποίο είναι κατασκευασμένο από φύλλα σιδήρου. Διαθέτει υποδοχές μέσα στις οποίες τοποθετείται μια περιέλιξη σύρματος.
Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη μαγνητική επαγωγή, πρέπει να υπάρχει μικρή απόσταση μεταξύ αυτών των στοιχείων. Οι γεννήτριες σχεδιάζονται ως εξής:
- Με κινούμενο οπλισμό και στατικό μαγνητικό πεδίο.
- Με ακίνητο οπλισμό και περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο.
Σήμερα, οι μηχανές με περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία είναι πιο συνηθισμένες, καθώς είναι πολύ πιο βολικό να αντλείται το ηλεκτρικό ρεύμα από τον στάτη παρά από τον δρομέα. Η κατασκευή ενός εναλλάκτη έχει πολλές ομοιότητες με εκείνη ενός ηλεκτροκινητήρα.
Διάγραμμα ενός εναλλάκτη
Πώς λειτουργεί μια γεννήτρια: Με το μισό τύλιγμα στον ένα πόλο και το άλλο μισό στον αντίθετο πόλο, το ρεύμα ρέει σε ένα κύκλωμα από το ελάχιστο στο μέγιστο και πάλι πίσω.
Ταξινόμηση και τύποι γεννητριών
Όλες οι ηλεκτρικές γεννήτριες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με το κριτήριο απόδοσής τους και το είδος του καυσίμου από το οποίο παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια. Όλες οι γεννήτριες διακρίνονται σε μονοφασικές (τάση εξόδου 220 βολτ, συχνότητα 50 Hz) και τριφασικές (380 βολτ, συχνότητα 50 Hz), καθώς και με βάση την αρχή λειτουργίας και τον τύπο του καυσίμου που μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι γεννήτριες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε διάφορους τομείς, γεγονός που καθορίζει τις τεχνικές προδιαγραφές τους.
Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας
Γίνεται διάκριση μεταξύ ασύγχρονων και σύγχρονων εναλλακτών.
Ασύγχρονη
Οι ασύγχρονες γεννήτριες δεν έχουν ακριβή εξάρτηση από το EMF στην ταχύτητα του δρομέα, αλλά υπάρχει ένας όρος όπως "ολίσθηση S". Καθορίζει αυτή τη διαφορά. Η τιμή της ολίσθησης υπολογίζεται, οπότε εξακολουθεί να υπάρχει κάποια επιρροή των στοιχείων της γεννήτριας στην ηλεκτρομηχανική διαδικασία ενός ασύγχρονου κινητήρα.
Σύγχρονη
Ένας τέτοιος εναλλάκτης έχει φυσική σχέση από την περιστροφική κίνηση του δρομέα με τη συχνότητα της ηλεκτρικής ισχύος που πρόκειται να παραχθεί. Σε αυτόν τον τύπο συσκευής, ο δρομέας είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης που αποτελείται από πυρήνες, περιελίξεις και πόλους. Ο στάτης είναι τα πηνία, τα οποία είναι συνδεδεμένα σε αστέρα και έχουν κοινό σημείο μηδέν. Σε αυτά παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα.
Ο ρότορας κινείται με εξωγενή δύναμη από κινούμενα στοιχεία (στρόβιλοι), τα οποία κινούνται συγχρονισμένα. Η διέγερση μιας τέτοιας γεννήτριας μπορεί να είναι είτε με επαφή είτε χωρίς επαφή.
Ανά τύπο καυσίμου κινητήρα
Η απομάκρυνση από το ηλεκτρικό δίκτυο με την έλευση των γεννητριών δεν αποτελεί πλέον εμπόδιο για τη χρήση ηλεκτρικών συσκευών.
Γεννήτρια αερίου
Αυτή η γεννήτρια χρησιμοποιεί αέριο ως καύσιμο. Η διαδικασία καύσης παράγει μηχανική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια αντικαθίσταται από ηλεκτρικό ρεύμα. Τα πλεονεκτήματα της χρήσης γεννήτριας αερίου:
- Ασφαλές για το περιβάλλον, καθώς το αέριο δεν εκπέμπει επιβλαβή στοιχεία, αιθάλη ή τοξικά προϊόντα αποσύνθεσης όταν καίγεται,
- Είναι οικονομικά πολύ συμφέρουσα η καύση φθηνού φυσικού αερίου. Σε σύγκριση με τη βενζίνη, είναι σημαντικά φθηνότερο,
- Το καύσιμο τροφοδοτείται αυτόματα. Η βενζίνη και το ντίζελ πρέπει να ανεφοδιάζονται ανάλογα με τις ανάγκες, ενώ η γεννήτρια αερίου είναι συνήθως συνδεδεμένη με την παροχή αερίου,
- Η αυτόματη λειτουργία κάνει τη μονάδα να λειτουργεί μόνη της, αλλά πρέπει να τοποθετηθεί σε ένα ζεστό δωμάτιο για να γίνει αυτό.
Γεννήτρια ντίζελ
Αυτή η κατηγορία αποτελείται κυρίως από μονοφασικές μονάδες ισχύος 5 kW. Τα 220 βολτ και η συχνότητα των 50 Hz είναι το πρότυπο για τις οικιακές συσκευές, οπότε η μονάδα ντίζελ θα αντεπεξέλθει αρκετά καλά στο τυπικό φορτίο. Όπως μπορείτε να μαντέψετε, απαιτείται καύσιμο ντίζελ. Γιατί να επιλέξετε μια γεννήτρια ντίζελ:
- Σχετική φτήνια των καυσίμων,
- Αυτόματα που επιτρέπουν στην γεννήτρια να εκκινεί αυτόματα σε περίπτωση διακοπής ρεύματος,
- Υψηλό επίπεδο πυρασφάλειας,
- Η πετρελαιοκίνητη μονάδα είναι σε θέση να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς βλάβη,
- Εντυπωσιακή ανθεκτικότητα - ορισμένα μοντέλα μπορούν να λειτουργήσουν συνολικά 4 χρόνια συνεχούς λειτουργίας.
Γεννήτρια βενζίνης
Τέτοιες μονάδες έχουν μεγάλη ζήτηση ως οικιακός εξοπλισμός. Παρά το γεγονός ότι η βενζίνη είναι ακριβότερη από το φυσικό αέριο και το ντίζελ, οι γεννήτριες αυτές έχουν πολλά πλεονεκτήματα:
- Μικρές διαστάσεις με υψηλή ισχύ,
- Φιλική προς το χρήστη: τα περισσότερα μοντέλα μπορούν να εκκινηθούν χειροκίνητα, ενώ οι πιο ισχυρές γεννήτριες είναι εξοπλισμένες με μίζα. Η τάση ρυθμίζεται για ένα συγκεκριμένο φορτίο μέσω μιας ειδικής βίδας,
- Αυτόματη προστασία σε περίπτωση υπερφόρτωσης,
- Συντηρείται και επισκευάζεται εύκολα,
- Δεν κάνουν πολύ θόρυβο κατά τη λειτουργία,
- Μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε εσωτερικούς όσο και σε εξωτερικούς χώρους, αλλά θα πρέπει να προστατεύεται από την υγρασία.
Κύριες εφαρμογές
Ανάλογα με το πού χρησιμοποιείται ο εναλλάκτης, καθορίζονται οι προδιαγραφές του. Οι γεννήτριες ουσιαστικά κατηγοριοποιούνται ανάλογα με τον τομέα χρήσης τους και έτσι καθορίζεται η απόδοσή τους. Χωρίζουν τις γεννήτριες στις ακόλουθες κατηγορίες ανάλογα με τη χρήση τους:
- Νοικοκυριό. Διαθέτουν ισχύ από 0,7 έως 25 kW. Συνήθως, η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει γεννήτριες βενζίνης και ντίζελ. Χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία οικιακών συσκευών και μικρού εξοπλισμού ισχύος, πολύ συχνά σε εργοτάξια. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως φορητή πηγή ενέργειας όταν ταξιδεύετε σε εξωτερικούς χώρους,
- Επαγγελματίας. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μόνιμη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας σε δημοτικά ιδρύματα και μικρές βιομηχανικές μονάδες. Η ισχύς του δεν υπερβαίνει τα 100 kW,
- Βιομηχανική. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλα εργοστάσια και εγκαταστάσεις, όπου απαιτείται εξοπλισμός υψηλής ισχύος. Τέτοιες μονάδες έχουν ισχύ άνω των 100 kW, έχουν μεγάλες διαστάσεις και είναι δύσκολο να συντηρηθούν από μη εκπαιδευμένο άτομο.
