Le persone usano l'energia della corrente elettrica in quasi tutte le sfere della loro vita. Oggi è difficile immaginare la vita senza l'elettricità, che viene convertita dall'energia meccanica con l'aiuto di attrezzature speciali. Diamo un'occhiata più da vicino a come funziona questo processo e a come sono costruiti i generatori moderni.
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Conversione dell'energia meccanica in energia elettrica
Ogni generatore funziona sul principio dell'induzione magnetica. L'alternatore più semplice può essere pensato come una bobina che ruota in un campo magnetico. C'è anche una variante in cui la bobina rimane ferma, ma il campo magnetico la attraversa soltanto. È durante questo movimento che si genera la corrente alternata. Un gran numero di generatori in tutto il mondo funzionano su questo principio e sono incorporati in un sistema di alimentazione.
Progettazione e costruzione di un alternatore
Il gruppo elettrogeno standard ha i seguenti componenti:
- Un telaio al quale è attaccato lo statore con i poli elettromagnetici. È fatto di metallo ed è destinato a svolgere la funzione di protezione di tutti i componenti della macchina.
- Lo statore a cui è attaccato l'avvolgimento. È fatto di acciaio ferromagnetico.
- Il rotore è l'elemento mobile sul cui nucleo è montato l'avvolgimento che genera la corrente elettrica.
- L'unità di commutazione che preleva l'elettricità dal rotore. Consiste in un sistema di anelli conduttori mobili.
A seconda dell'applicazione, un generatore ha determinate caratteristiche di progettazione, ma ci sono due componenti che qualsiasi dispositivo che converte l'energia meccanica in elettricità ha:
- Il rotore è un pezzo unico di ferro in movimento;
- Lo statore è un elemento stazionario, che è fatto di fogli di ferro. Ha delle fessure all'interno delle quali si colloca un avvolgimento di filo.
Per ottenere una maggiore induzione magnetica, ci deve essere una piccola distanza tra questi elementi. I generatori sono progettati come segue:
- Con armatura mobile e campo magnetico statico.
- Con un'armatura stazionaria e un campo magnetico rotante.
Al giorno d'oggi, le macchine con campi magnetici rotanti sono più comuni, poiché è molto più conveniente prelevare la corrente elettrica dallo statore che dal rotore. La costruzione di un alternatore ha molte somiglianze con quella di un motore elettrico.
Schema di un alternatore
Come funziona un alternatore: con una metà dell'avvolgimento su un polo e l'altra metà sul polo opposto, la corrente scorre in un circuito dal minimo al massimo e viceversa.
Classificazione e tipi di generatori
Tutti i generatori elettrici possono essere classificati secondo il loro criterio di rendimento e il tipo di combustibile da cui viene generata l'elettricità. Tutti i generatori si dividono in monofase (tensione di uscita 220 volt, frequenza 50 Hz) e trifase (380 volt, frequenza 50 Hz), così come dal principio di funzionamento e dal tipo di combustibile che viene convertito in elettricità. Inoltre, i generatori possono essere utilizzati in vari campi, il che determina le loro specifiche tecniche.
Secondo il principio di funzionamento
Si fa una distinzione tra alternatori asincroni e sincroni.
Asincrono
Gli alternatori asincroni non hanno una dipendenza esatta da EMF alla velocità del rotore, ma esiste un termine come "slittamento S". Determina questa differenza. Il valore dello scorrimento è calcolato, quindi c'è ancora una certa influenza degli elementi del generatore nel processo elettromeccanico di un motore asincrono.
Sincrono
Un tale alternatore ha una relazione fisica dal movimento rotatorio del rotore alla frequenza della potenza elettrica da generare. In questo tipo di dispositivo, il rotore è un elettromagnete composto da nuclei, avvolgimenti e poli. Lo statore è costituito dalle bobine, che sono collegate a stella e hanno un punto zero comune. È in questi che si genera la corrente elettrica.
Il rotore è azionato da una forza estranea di elementi mobili (turbine), che si muovono in modo sincrono. L'eccitazione di un tale alternatore può essere a contatto o senza contatto.
Per tipo di carburante del motore
La lontananza dalla rete elettrica con l'avvento dei generatori non diventa più una barriera all'uso degli apparecchi elettrici.
Generatore a gas
Questo generatore utilizza il gas come combustibile. Il processo di combustione genera energia meccanica che viene poi sostituita dalla corrente elettrica. I vantaggi di usare un generatore di gas:
- Sicuro per l'ambiente perché il gas non emette elementi nocivi, fuliggine o prodotti di decomposizione tossici quando viene bruciato;
- È economicamente molto vantaggioso bruciare gas a buon mercato. In confronto alla benzina, è considerevolmente più economico;
- Il carburante viene alimentato automaticamente. La benzina e il diesel devono essere riforniti secondo le necessità, mentre il generatore a gas è di solito collegato alla rete del gas;
- Automatica fa funzionare l'unità da sola, ma deve essere messa in una stanza calda per farlo.
Generatore diesel
Questa categoria è composta principalmente da unità monofase con una capacità di 5 kW. 220 volt e una frequenza di 50 Hz sono standard per gli elettrodomestici, quindi l'unità diesel se la caverà abbastanza bene con il carico standard. Come si può intuire, necessita di carburante diesel. Perché optare per un generatore diesel:
- Economicità relativa del carburante;
- Automatico che permette al generatore di avviarsi automaticamente in caso di mancanza di corrente;
- Alto livello di sicurezza antincendio;
- L'unità alimentata a diesel è in grado di funzionare per un lungo periodo di tempo senza guasti;
- Durata impressionante - alcuni modelli sono in grado di lavorare un totale di 4 anni di funzionamento continuo.
Generatore a benzina
Tali unità sono molto richieste come attrezzature domestiche. Nonostante il fatto che la benzina sia più costosa del gas e del diesel, questi generatori hanno molti punti di forza:
- Piccole dimensioni con alta potenza;
- Facile da usare: la maggior parte dei modelli può essere avviata manualmente, e i generatori più potenti sono dotati di uno starter. La tensione è regolata per un carico particolare per mezzo di una vite speciale;
- Protezione automatica in caso di sovraccarico;
- Facile da mantenere e riparare;
- Non fanno molto rumore durante il funzionamento;
- Può essere usato sia all'interno che all'esterno, ma deve essere protetto dall'umidità.
Applicazioni principali
A seconda di dove viene usato l'alternatore, le sue specifiche sono determinate. I generatori sono essenzialmente classificati in base alla loro area di utilizzo e quindi determinano le loro prestazioni. Si dividono i generatori nelle seguenti categorie secondo il loro uso:
- Famiglia. Possiedono la potenza da 0,7 a 25 kW. Di solito, questa categoria include generatori a benzina e diesel. Utilizzato per l'alimentazione di elettrodomestici e piccole apparecchiature elettriche, molto spesso nei cantieri. Possono anche essere usati come fonte di energia portatile quando si viaggia all'aperto;
- Professionale. Può essere usato come fonte permanente di elettricità nelle istituzioni municipali e nei piccoli impianti industriali. La sua capacità non supera i 100 kW;
- Industriale. Può essere utilizzato in grandi fabbriche e impianti, dove sono richieste attrezzature ad alta potenza. Tali unità hanno una potenza superiore a 100 kW, hanno grandi dimensioni e sono difficili da mantenere per persone non addestrate.
