Generaatorid

Generaatorid on seadmed, mis muudavad muud energiavormid elektrienergiaks. 1832. aastal leiutas prantslane Bixi generaatori.

Generaator koosneb rootorist ja staatorist. Rootor asub staatori keskmises õõnsuses. Rootoril on magnetpoolused, mis tekitavad magnetvälja. Kui jõuallikas paneb rootori pöörlema, kandub mehaaniline energia üle. Rootori magnetpoolused pöörlevad koos rootoriga suurel kiirusel, põhjustades magnetvälja interaktsiooni staatori mähisega. See interaktsioon põhjustab magnetvälja läbilõikamist staatori mähise juhtidel, tekitades indutseeritud elektromotoorjõu ja muutes seeläbi mehaanilise energia elektrienergiaks. Generaatorid jagunevad alalisvoolugeneraatoriteks ja vahelduvvoolugeneraatoriteks, mida kasutatakse laialdaselt tööstus- ja põllumajandustootmises, riigikaitses, teaduses ja tehnoloogias ning igapäevaelus.

Struktuurilised parameetrid

Generaatorid koosnevad tavaliselt staatorist, rootorist, otsakorkidest ja laagritest.

Staator koosneb staatori südamikust, traatmähistest, raamist ja muudest konstruktsiooniosadest, mis neid osi kinnitavad.

Rootor koosneb rootori südamikust (või magnetpoolusest, magnetdrosselist) mähisest, kaitserõngast, keskrõngast, libisemisrõngast, ventilaatorist ja rootori võllist ning muudest komponentidest.

Generaatori staator ja rootor on laagrite ja otsakorkide abil ühendatud ja kokku pandud, nii et rootor saab staatoris pöörelda ja teha liikumist, mis lõikab magnetilisi jõujooni, tekitades seeläbi indutseeritud elektrilise potentsiaali, mis juhitakse klemmide kaudu välja ja ühendatakse vooluringiga ning seejärel tekib elektrivool.

Funktsionaalsed omadused

Sünkroongeneraatori jõudlust iseloomustavad peamiselt koormuseta ja koormusega töötamise karakteristikud. Need karakteristikud on kasutajatele generaatorite valikul olulised alused.

Koormuseta iseloomustus:Kui generaator töötab koormuseta, on armatuurivool null, seda seisundit nimetatakse avatud ahelaga tööks. Sel ajal on mootori staatori kolmefaasilisel mähisel ainult ergastusvoolu If poolt indutseeritud koormuseta elektromotoorne jõud E0 (kolmefaasiline sümmeetria) ja selle suurus suureneb koos If suurenemisega. Need kaks ei ole aga proportsionaalsed, kuna mootori magnetahela südamik on küllastunud. Kõverat, mis peegeldab koormuseta elektromotoorse jõu E0 ja ergastusvoolu If vahelist seost, nimetatakse sünkroongeneraatori koormuseta karakteristikuks.

Armatuuri reaktsioon:Kui generaator on ühendatud sümmeetrilise koormusega, tekitab armatuurimähises olev kolmefaasiline vool teise pöörleva magnetvälja, mida nimetatakse armatuuri reaktsiooniväljaks. Selle kiirus on võrdne rootori kiirusega ja need kaks pöörlevad sünkroonselt.

Nii sünkroongeneraatorite armatuuri reaktiivvälja kui ka rootori ergutusvälja saab lähendada siinusjaotuse järgi jaotununa. Nende ruumiline faaside vahe sõltub koormuseta elektromotoorjõu E0 ja armatuurivoolu I vahelisest ajafaaside vahest. Lisaks on armatuuri reaktsiooniväli seotud ka koormustingimustega. Induktiivse koormuse korral on armatuuri reaktsiooniväljal demagnetiseeriv efekt, mis viib generaatori pinge languseni. Seevastu mahtuvusliku koormuse korral on armatuuri reaktsiooniväljal magnetiseeriv efekt, mis suurendab generaatori väljundpinget.

Koormuse tööomadused:See viitab peamiselt välistele karakteristikutele ja reguleerimiskarakteristikutele. Väline karakteristik kirjeldab generaatori klemmipinge U ja koormusvoolu I vahelist seost konstantse nimikiiruse, ergastusvoolu ja koormusvõimsusteguri korral. Reguleerimiskarakteristik kirjeldab ergastusvoolu If ja koormusvoolu I vahelist seost konstantse nimikiiruse, klemmipinge ja koormusvõimsusteguri korral.

Sünkroongeneraatorite pinge kõikumise määr on ligikaudu 20–40%. Tüüpilised tööstus- ja kodukoormused vajavad suhteliselt konstantset pinget. Seetõttu tuleb ergutusvoolu vastavalt reguleerida koormusvoolu suurenemisega. Kuigi regulatsioonikarakteristiku muutumistrend on vastupidine välisele karakteristikule, suureneb see induktiivsete ja puhttakistiivsete koormuste korral, samas kui mahtuvuslike koormuste korral see üldiselt väheneb.

Tööpõhimõte

Diiselgeneraator

Diiselmootor paneb tööle generaatori, mis muundab diiselkütuse energia elektrienergiaks. Diiselmootori silindris seguneb õhufiltri abil filtreeritud puhas õhk põhjalikult kütusepihusti sissepritsitava kõrgsurve pihustatud diiselkütusega. Kolvi liikudes ülespoole, segu kokku surudes, selle maht väheneb ja temperatuur tõuseb kiiresti, kuni see jõuab diiselkütuse süttimispunkti. See süütab diiselkütuse, põhjustades segu ägeda põlemise. Gaaside kiire paisumine surub seejärel kolvi allapoole, seda protsessi nimetatakse tööks.

Bensiinigeneraator

Bensiinimootor paneb tööle generaatori, mis muundab bensiini keemilise energia elektrienergiaks. Bensiinimootori silindris toimub kütuse ja õhu segu kiire põlemine, mille tulemuseks on mahu kiire paisumine, mis sunnib kolbi allapoole ja teeb tööd.

Nii diisel- kui ka bensiinigeneraatorites töötab iga silinder järjestikku kindlas järjekorras. Ühendusvarras muundab kolvile avaldatava jõu pöörlemisjõuks, mis paneb tööle väntvõlli. Harjadeta sünkroonne vahelduvvoolugeneraator, mis on koaksiaalselt paigaldatud jõumootori väntvõlliga, võimaldab mootori pöörlemisel panna generaatori rootorit tööle. Elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel tekitab generaator seejärel indutseeritud elektromotoorse jõu, mis genereerib voolu läbi suletud koormusahela.