Ihmiset käyttävät sähkövirran energiaa lähes kaikilla elämänsä osa-alueilla. Nykyään on vaikea kuvitella elämää ilman sähköä, joka muunnetaan mekaanisesta energiasta erityislaitteiden avulla. Katsotaanpa tarkemmin, miten tämä prosessi toimii ja miten nykyaikaiset generaattorit on rakennettu.
Sisältö
Mekaanisen energian muuntaminen sähköenergiaksi
Jokainen generaattori toimii magneettisen induktion periaatteella. Yksinkertaisinta vaihtovirtageneraattoria voidaan pitää kääminä, joka pyörii magneettikentässä. On myös muunnos, jossa kela pysyy paikallaan, mutta magneettikenttä vain ylittää sen. Tämän liikkeen aikana syntyy vaihtovirta. Suuri määrä generaattoreita ympäri maailmaa toimii tällä periaatteella, ja ne on liitetty sähkönjakelujärjestelmään.
Vaihtovirtageneraattorin suunnittelu ja rakentaminen
Vakiokäyttöisessä generaattorissa on seuraavat osat:
- Kehys, johon staattori, jossa on sähkömagneettiset navat, on kiinnitetty. Se on valmistettu metallista, ja se on tarkoitettu suorittamaan koneen kaikkien osien suojaustehtävä.
- Staattori, johon käämi on kiinnitetty. Se on valmistettu ferromagneettisesta teräksestä.
- Roottori on liikkuva elementti, jonka ytimeen on asennettu sähkövirtaa tuottava käämi.
- Kytkentäyksikkö, joka ottaa sähköä roottorista. Se koostuu siirrettävien johtavien renkaiden järjestelmästä.
Sovelluksesta riippuen generaattorilla on tiettyjä rakenneominaisuuksia, mutta kaikilla mekaanista energiaa sähköksi muuttavilla laitteilla on kaksi komponenttia:
- Roottori on liikkuva yksiosainen rautakappale;
- Staattori on kiinteä elementti, joka on valmistettu rautalevyistä. Siinä on aukkoja, joiden sisälle asetetaan lankakäämi.
Suuremman magneettisen induktion aikaansaamiseksi näiden elementtien välillä on oltava pieni etäisyys. Generaattorit on suunniteltu seuraavasti:
- Liikkuva ankkuri ja staattinen magneettikenttä.
- Paikallaan oleva ankkuri ja pyörivä magneettikenttä.
Nykyään koneet, joissa on pyörivä magneettikenttä, ovat yleisempiä, koska sähkövirta on paljon helpompi ottaa staattorista kuin roottorista. Vaihtovirtageneraattorin rakenne muistuttaa paljon sähkömoottorin rakennetta.
Vaihtovirtageneraattorin kaavio
Vaihtovirtageneraattorin toiminta: Kun puolet käämistä on yhdellä navalla ja puolet vastakkaisella navalla, virta kulkee virtapiirissä minimistä maksimiin ja takaisin.
Generaattorien luokittelu ja tyypit
Kaikki sähkögeneraattorit voidaan luokitella niiden suorituskykyperusteiden ja polttoainetyypin mukaan, josta sähköä tuotetaan. Kaikki generaattorit jaetaan yksivaiheisiin (lähtöjännite 220 volttia, taajuus 50 Hz) ja kolmivaiheisiin (380 volttia, taajuus 50 Hz) sekä toimintaperiaatteen ja sähköksi muunnettavan polttoaineen tyypin mukaan. Generaattoreita voidaan myös käyttää eri aloilla, mikä määrittää niiden tekniset ominaisuudet.
Toimintaperiaatteen mukaan
Asynkroniset ja synkroniset generaattorit erotetaan toisistaan.
Asynkroninen
Asynkronisten vaihtovirtageneraattoreiden välillä ei ole tarkkaa suhdetta. EMF roottorin nopeuteen, mutta on olemassa termi "luisto S". Se määrittää tämän eron. Luiston arvo lasketaan, joten generaattorin elementit vaikuttavat edelleen jonkin verran asynkronimoottorin sähkömekaaniseen prosessiin.
Synkroninen
Tällaisella generaattorilla on fyysinen yhteys roottorin pyörimisliikkeen ja tuotettavan sähkötehon taajuuden välillä. Tämäntyyppisessä laitteessa roottori on sähkömagneetti, joka koostuu ytimistä, käämeistä ja navoista. Staattori on käämit, jotka on kytketty tähtikytkentään ja joilla on yhteinen nollapiste. Näissä syntyy sähkövirta.
Roottoria pyörittää synkronoidusti liikkuvien elementtien (turbiinien) ulkoinen voima. Tällaisen vaihtovirtageneraattorin heräte voi olla joko kosketus- tai kosketukseton.
Moottorin polttoainetyypin mukaan
Generaattoreiden käyttöönoton myötä sähköverkon etäisyys ei enää ole este sähkölaitteiden käytölle.
Kaasukäyttöinen generaattori
Tässä generaattorissa käytetään polttoaineena kaasua. Palamisprosessi tuottaa mekaanista energiaa, joka korvataan sähkövirralla. Kaasugeneraattorin käytön edut:
- Turvallinen ympäristölle, koska kaasu ei tuota poltettaessa haitallisia aineita, nokea tai myrkyllisiä hajoamistuotteita;
- Halvan kaasun polttaminen on taloudellisesti erittäin edullista. Bensiiniin verrattuna se on huomattavasti halvempaa;
- Polttoaine syötetään automaattisesti. Bensiiniä ja dieseliä on täytettävä tarpeen mukaan, kun taas kaasugeneraattori on yleensä kytketty kaasuverkkoon;
- Automaattiset toiminnot saavat laitteen toimimaan itsestään, mutta se on asetettava lämpimään huoneeseen.
Dieselgeneraattori
Tähän luokkaan kuuluvat pääasiassa yksivaiheiset yksiköt, joiden teho on 5 kW. 220 voltin jännite ja 50 Hz:n taajuus ovat kotitalouslaitteiden vakiovirta, joten diesel-yksikkö selviytyy melko hyvin vakiokuormituksesta. Kuten arvata saattaa, se vaatii dieselpolttoainetta. Miksi valita dieselgeneraattori:
- Polttoaineen suhteellinen edullisuus;
- Automaattiset toiminnot, joiden avulla generaattori käynnistyy automaattisesti sähkökatkoksen sattuessa;
- Korkea paloturvallisuuden taso;
- Dieselmoottorilla toimiva yksikkö pystyy toimimaan pitkään ilman vikoja;
- Vaikuttava kestävyys - jotkin mallit pystyvät toimimaan yhteensä 4 vuotta yhtäjaksoisesti.
Bensiinigeneraattori
Tällaiset yksiköt ovat varsin kysyttyjä kotitalouslaitteita. Huolimatta siitä, että bensiini on kalliimpaa kuin kaasu ja diesel, näillä generaattoreilla on monia vahvuuksia:
- Pienet mitat ja suuri teho;
- Käyttäjäystävällinen: useimmat mallit voidaan käynnistää käsin, ja tehokkaammat generaattorit on varustettu käynnistimellä. Jännite säädetään tiettyä kuormaa varten erityisellä ruuvilla;
- Automaattinen suojaus ylikuormitustapauksessa;
- Helppo huoltaa ja korjata;
- Ne eivät aiheuta paljon melua käytön aikana;
- Voidaan käyttää sekä sisällä että ulkona, mutta on suojattava kosteudelta.
Tärkeimmät sovellukset
Vaihtovirtageneraattorin käyttöpaikan mukaan määräytyvät sen tekniset ominaisuudet. Generaattorit luokitellaan pääasiassa niiden käyttöalueen mukaan, mikä määrittää niiden suorituskyvyn. Generaattorit jaetaan käyttötarkoituksen mukaan seuraaviin luokkiin:
- Kotitalous. Niiden teho on 0,7-25 kW. Yleensä tähän luokkaan kuuluvat bensiini- ja dieselgeneraattorit. Käytetään kodinkoneiden ja pienten sähkölaitteiden virransyöttöön, hyvin usein rakennustyömailla. Niitä voidaan käyttää myös kannettavana virtalähteenä, kun matkustat ulkona;
- Ammattilainen. Voidaan käyttää pysyvänä sähkönlähteenä kunnallisissa laitoksissa ja pienissä teollisuuslaitoksissa. Sen kapasiteetti on enintään 100 kW;
- Teollinen. Voidaan käyttää suurissa tehtaissa ja laitoksissa, joissa tarvitaan suuritehoisia laitteita. Tällaisten yksiköiden teho on yli 100 kW, ne ovat suurikokoisia ja niitä on vaikea huoltaa kouluttamattomien henkilöiden toimesta.
