Az emberek az élet szinte minden területén használják az elektromos áram energiáját. Ma már nehéz elképzelni az életet elektromosság nélkül, amelyet mechanikus energiából alakítanak át speciális berendezések segítségével. Nézzük meg közelebbről, hogyan működik ez a folyamat, és hogyan épülnek a modern generátorok.
Tartalomjegyzék
A mechanikai energia átalakítása elektromos energiává
Minden generátor a mágneses indukció elvén működik. A legegyszerűbb generátor egy mágneses mezőben forgó tekercsnek tekinthető. Létezik egy olyan változat is, amelyben a tekercs mozdulatlan marad, de a mágneses mező csak keresztezi azt. Ez a mozgás során váltakozó áram keletkezik. Világszerte számos generátor működik ezen az elven, és van beépítve egy áramellátó rendszerbe.
Egy generátor tervezése és felépítése
A standard áramfejlesztő a következő alkatrészekkel rendelkezik:
- Egy keret, amelyhez az elektromágneses pólusokat tartalmazó állórész csatlakozik. Fémből készül, és a gép összes alkatrészének védőfunkcióját hivatott ellátni.
- Az állórész, amelyhez a tekercselés csatlakozik. Ferromágneses acélból készül.
- A forgórész az a mozgó elem, amelynek magján az elektromos áramot termelő tekercs található.
- A kapcsolóegység, amely a villamos energiát kivonja a rotorból. Mozgatható vezetőgyűrűk rendszeréből áll.
A generátornak az alkalmazástól függően vannak bizonyos tervezési jellemzői, de két olyan összetevője van, amely minden mechanikus energiát villamos energiává alakító eszköznek megvan:
- A rotor egy mozgó, egy darabból álló vasdarab;
- Az állórész egy álló elem, amely vaslemezekből készül. Résekkel rendelkezik, amelyekben egy huzal tekercselés van elhelyezve.
A nagyobb mágneses indukció elérése érdekében kis távolságnak kell lennie ezen elemek között. A generátorokat a következőképpen tervezték:
- Mozgó armatúrával és statikus mágneses mezővel.
- Álló armatúrával és forgó mágneses mezővel.
Napjainkban a forgó mágneses mezővel rendelkező gépek elterjedtebbek, mivel sokkal kényelmesebb az elektromos áramot az állórészből, mint a forgórészből kivonni. A generátor felépítése sok hasonlóságot mutat az elektromos motoréval.
Egy generátor diagramja
A generátor működése: A tekercs egyik fele az egyik póluson, a másik fele pedig az ellenkező póluson van, így az áram egy áramkörben a minimumtól a maximumig és vissza áramlik.
A generátorok osztályozása és típusai
Minden elektromos áramfejlesztő kategorizálható teljesítménykritériumuk és a villamos energia előállításához használt tüzelőanyag típusa szerint. Minden generátor egyfázisú (kimeneti feszültség 220 volt, frekvencia 50 Hz) és háromfázisú (380 volt, frekvencia 50 Hz), valamint a működési elv és a villamos energiává alakított üzemanyag típusa szerint oszlik meg. A generátorok különböző területeken is használhatók, ami meghatározza műszaki jellemzőiket.
A működési elv szerint
Megkülönböztetünk aszinkron és szinkron generátorokat.
Aszinkron
Az aszinkron generátorok nem függenek pontosan a következőktől EMF a rotor fordulatszámához, de létezik egy olyan kifejezés is, mint a "csúszás S". Ez határozza meg ezt a különbséget. A csúszás értékét kiszámítják, így az aszinkronmotor elektromechanikai folyamatában még mindig van némi hatása a generátorelemeknek.
Szinkron
Egy ilyen generátor a forgórész forgómozgása és a termelendő villamos energia frekvenciája között fizikai kapcsolat áll fenn. Ebben a készüléktípusban a rotor egy elektromágnes, amely magokból, tekercsekből és pólusokból áll. Az állórész a tekercsekből áll, amelyek csillagszerűen vannak összekötve, és közös nullpontjuk van. Ezekben keletkezik az elektromos áram.
A forgórészt a szinkronban mozgó mozgó elemek (turbinák) külső ereje hajtja. Az ilyen generátor gerjesztése lehet érintkező vagy érintkezés nélküli.
A motor üzemanyagtípusa szerint
A generátorok megjelenésével az elektromos hálózattól való távoli elhelyezkedés már nem akadálya az elektromos készülékek használatának.
Gáztüzelésű generátor
Ez a generátor üzemanyagként gázt használ. Az égési folyamat mechanikus energiát termel, amelyet aztán elektromos áram vált fel. A gázgenerátor használatának előnyei:
- Biztonságos a környezetre nézve, mivel a gáz égésekor nem bocsát ki káros elemeket, kormot vagy mérgező bomlástermékeket;
- Gazdaságilag nagyon előnyös az olcsó gáz elégetése. A benzinhez képest lényegesen olcsóbb;
- Az üzemanyagot automatikusan adagolják. A benzint és a gázolajat szükség szerint kell feltölteni, míg a gázgenerátor általában a gázellátáshoz van csatlakoztatva;
- Az automatika önmagát működteti a készüléket, de ehhez meleg helyiségben kell elhelyezni.
Diesel generátor
Ebbe a kategóriába elsősorban az 5 kW teljesítményű egyfázisú egységek tartoznak. A 220 voltos feszültség és az 50 Hz-es frekvencia a háztartási készülékeknél szabványos, így a dízel egység elég jól megbirkózik a szabványos terheléssel. Mint sejthető, ehhez dízelüzemanyagra van szükség. Miért válasszon dízelgenerátort:
- Az üzemanyag relatív olcsósága;
- Automatika, amely lehetővé teszi, hogy a generátor automatikusan elinduljon áramkimaradás esetén;
- Magas szintű tűzbiztonság;
- A dízelüzemű egység hosszú ideig képes meghibásodás nélkül működni;
- Lenyűgöző tartósság - egyes modellek összesen 4 évig képesek folyamatosan működni.
Benzin generátor
Az ilyen egységek háztartási berendezésként igen keresettek. Annak ellenére, hogy a benzin drágább, mint a gáz és a dízel, ezek a generátorok számos erősséggel rendelkeznek:
- Kis méretek nagy teljesítmény mellett;
- Felhasználóbarát: a legtöbb modell kézzel indítható, a nagyobb teljesítményű generátorok pedig indítóval vannak felszerelve. A feszültséget egy speciális csavarral lehet beállítani az adott terheléshez;
- Automatikus védelem túlterhelés esetén;
- Könnyen karbantartható és javítható;
- Működés közben nem csapnak nagy zajt;
- Beltéren és kültéren egyaránt használható, de védeni kell a nedvességtől.
Főbb alkalmazások
A generátor felhasználási helyétől függően határozzák meg a generátor specifikációit. A generátorokat alapvetően a felhasználási területük szerint osztályozzák, és így határozzák meg teljesítményüket. A generátorokat felhasználásuk szerint a következő kategóriákba sorolják:
- Háztartás. Teljesítményük 0,7 és 25 kW között van. Általában ebbe a kategóriába tartoznak a benzin- és dízelüzemű generátorok. Háztartási készülékek és kisebb erőgépek áramellátására használják, nagyon gyakran építkezéseken. A szabadban való utazáskor hordozható áramforrásként is használhatóak;
- Szakember. Állandó áramforrásként használható önkormányzati intézményekben és kis ipari üzemekben. Teljesítménye nem haladja meg a 100 kW-ot;
- Ipari. Nagy gyárakban és üzemekben használható, ahol nagy teljesítményű berendezésekre van szükség. Az ilyen egységek teljesítménye meghaladja a 100 kW-ot, nagyok a méreteik, és képzetlen személy számára nehéz karbantartani őket.
