Generátory

Generátory sú zariadenia, ktoré premieňajú iné formy energie na elektrickú energiu. V roku 1832 vynašiel generátor Francúz Bixi.

Generátor sa skladá z rotora a statora. Rotor sa nachádza v strednej dutine statora. Na rotore sú umiestnené magnetické póly, ktoré vytvárajú magnetické pole. Keď hlavná hnacia sila poháňa rotor do rotácie, prenáša sa mechanická energia. Magnetické póly rotora sa otáčajú spolu s rotorom vysokou rýchlosťou, čo spôsobuje interakciu magnetického poľa so statorovým vinutím. Táto interakcia spôsobuje, že magnetické pole pretína vodiče statorového vinutia, čím vytvára indukovanú elektromotorickú silu a tým premieňa mechanickú energiu na elektrickú energiu. Generátory sa delia na generátory jednosmerného prúdu a generátory striedavého prúdu, ktoré sa široko používajú v priemyselnej a poľnohospodárskej výrobe, národnej obrane, vede a technike a v každodennom živote.

Štrukturálne parametre

Generátory sa zvyčajne skladajú zo statora, rotora, koncových krytov a ložísk.

Stator sa skladá zo statorového jadra, vinutí drôtov, rámu a ďalších konštrukčných častí, ktoré tieto časti upevňujú.

Rotor sa skladá z vinutia jadra rotora (alebo magnetického pólu, magnetickej tlmivky), ochranného krúžku, stredového krúžku, zberného krúžku, ventilátora a hriadeľa rotora a ďalších komponentov.

Stator a rotor generátora sú spojené a zostavené ložiskami a koncovými krytmi, takže rotor sa môže otáčať v statore a vykonávať pohyb rezania magnetických siločiar, čím generuje indukovaný elektrický potenciál, ktorý je vedený cez svorky a pripojený k obvodu, a tým sa generuje elektrický prúd.

Funkčné vlastnosti

Výkon synchrónneho generátora je charakterizovaný najmä charakteristikami prevádzky naprázdno a pod záťažou. Tieto charakteristiky sú dôležitým základom pre výber generátorov používateľmi.

Charakteristika bez záťaže:Keď generátor pracuje bez záťaže, prúd kotvy je nulový, čo je stav známy ako prevádzka naprázdno. V tomto čase má trojfázové vinutie statora motora iba elektromotorickú silu bez záťaže E0 (trojfázová symetria) indukovanú budícím prúdom If a jej veľkosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa If. Tieto dve sily však nie sú úmerné, pretože jadro magnetického obvodu motora je nasýtené. Krivka zobrazujúca vzťah medzi elektromotorickou silou E0 bez záťaže a budícím prúdom If sa nazýva charakteristika bez záťaže synchrónneho generátora.

Reakcia kotvy:Keď je generátor pripojený k symetrickej záťaži, trojfázový prúd vo vinutí kotvy generuje ďalšie rotujúce magnetické pole, ktoré sa nazýva reakčné pole kotvy. Jeho rýchlosť sa rovná rýchlosti rotora a obe sa otáčajú synchrónne.

Reaktívne pole kotvy aj budiace pole rotora synchrónnych generátorov možno aproximovať ako rozložené podľa sínusového zákona. Ich priestorový fázový rozdiel závisí od časového fázového rozdielu medzi elektromotorickou silou E0 bez záťaže a prúdom kotvy I. Okrem toho reakčné pole kotvy súvisí aj s podmienkami zaťaženia. Keď je záťaž generátora indukčná, reakčné pole kotvy má demagnetizačný účinok, čo vedie k zníženiu napätia generátora. Naopak, keď je záťaž kapacitná, reakčné pole kotvy má magnetizačný účinok, ktorý zvyšuje výstupné napätie generátora.

Charakteristiky prevádzky pri zaťažení:Vzťahuje sa to najmä na vonkajšie charakteristiky a nastavovacie charakteristiky. Vonkajšia charakteristika opisuje vzťah medzi napätím na svorkách generátora U a prúdom záťaže I pri konštantných menovitých otáčkach, budiacom prúde a účinníku záťaže. Nastavovacia charakteristika opisuje vzťah medzi budiacim prúdom If a prúdom záťaže I pri konštantných menovitých otáčkach, napätí na svorkách a účinníku záťaže.

Miera zmeny napätia synchrónnych generátorov je približne 20 – 40 %. Typické priemyselné a domáce záťaže vyžadujú relatívne konštantné napätie. Preto sa musí budiaci prúd zodpovedajúcim spôsobom upravovať so zvyšujúcim sa záťažovým prúdom. Hoci trend zmien regulačnej charakteristiky je opačný ako vonkajšia charakteristika, zvyšuje sa pri induktívnych a čisto odporových záťažiach, zatiaľ čo pri kapacitných záťažiach sa vo všeobecnosti znižuje.

Princíp fungovania

Dieselový generátor

Dieselový motor poháňa generátor, ktorý premieňa energiu z nafty na elektrickú energiu. Vo vnútri valca dieselového motora sa čistý vzduch, filtrovaný vzduchovým filtrom, dôkladne mieša s vysokotlakovou atomizovanou naftou vstrekovanou vstrekovačom paliva. Keď sa piest pohybuje nahor a stláča zmes, jeho objem sa znižuje a teplota rýchlo stúpa, až kým nedosiahne bod vznietenia nafty. Tým sa nafta zapáli, čo spôsobí prudké spaľovanie zmesi. Rýchla expanzia plynov potom tlačí piest smerom nadol, čo je proces známy ako „práca“.

Benzínový generátor

Benzínový motor poháňa generátor, ktorý premieňa chemickú energiu benzínu na elektrickú energiu. Vo vnútri valca benzínového motora sa zmes paliva a vzduchu rýchlo spaľuje, čo vedie k rýchlemu zväčšeniu objemu, ktoré tlačí piest smerom nadol a vykonáva prácu.

V dieselových aj benzínových generátoroch pracuje každý valec postupne v špecifickom poradí. Sila pôsobiaca na piest je ojnicou transformovaná na rotačnú silu, ktorá poháňa kľukový hriadeľ. Bezkefkový synchrónny generátor striedavého prúdu, súosovo namontovaný s kľukovým hriadeľom hnacieho motora, umožňuje, aby rotácia motora poháňala rotor generátora. Na základe princípu elektromagnetickej indukcie generátor potom vytvára indukovanú elektromotorickú silu, ktorá generuje prúd cez uzavretý záťažový obvod.