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Tipi di generatori elettrici e principi del loro lavoro
Un generatore elettrico è una macchina o installazione progettata per convertire energia non elettrica in energia elettrica: energia meccanica in energia elettrica, energia chimica in energia elettrica, energia termica in energia elettrica, ecc. Oggi, fondamentalmente, quando usiamo la parola "generatore", intendiamo un convertitore meccanico energia in energia elettrica.
Può essere un generatore portatile diesel o benzina, un generatore di centrale nucleare, un generatore di auto, un generatore fatto in casa da un motore elettrico asincrono o un generatore a bassa velocità per una turbina eolica a bassa potenza. Alla fine dell'articolo, considereremo come esempio i due generatori più comuni, ma prima parliamo dei principi del loro lavoro.
In un modo o nell'altro, da un punto di vista fisico, il principio di funzionamento di ciascuno dei generatori meccanici è lo stesso: fenomeno di induzione elettromagneticaquando, quando le linee attraversano il campo magnetico del conduttore, si verifica l'induzione EMF in questo conduttore. Le fonti della forza che porta al movimento reciproco del conduttore e del campo magnetico possono essere vari processi, tuttavia, di conseguenza, l'emf e la corrente devono sempre essere ottenuti dal generatore per alimentare il carico.
Il principio di funzionamento del generatore elettrico - Legge di Faraday
Il principio del generatore elettrico fu scoperto nel 1831 dal fisico inglese Michael Faraday. Più tardi, questo principio fu chiamato la legge di Faraday. Sta nel fatto che quando il conduttore attraversa perpendicolare al campo magnetico, si verifica una differenza di potenziale alle estremità di questo conduttore.
Il primo generatore fu costruito dallo stesso Faraday secondo il principio che scoprì, era un "disco di Faraday" - un generatore unipolare in cui un disco di rame ruotava tra i poli di un magnete a ferro di cavallo. Il dispositivo ha prodotto una corrente significativa con una leggera tensione.
Successivamente è stato scoperto che i singoli conduttori isolati nei generatori sono molto più efficienti dal punto di vista pratico rispetto a un solido disco conduttivo. E nei generatori moderni, ora sono utilizzati gli avvolgimenti del filo dello statore (nel caso più semplice, una bobina di filo).
alternatore
La stragrande maggioranza dei generatori moderni sono alternatori sincroni. Hanno un avvolgimento di ancoraggio sullo statore, dal quale viene deviata l'energia elettrica generata. Un avvolgimento di eccitazione è situato sul rotore, al quale viene fornita una corrente costante attraverso una coppia di anelli di contatto al fine di ottenere un campo magnetico rotante da un rotore rotante.
A causa del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, quando il rotore ruota da un azionamento esterno (ad esempio, da un motore a combustione interna), il suo flusso magnetico interseca a turno ciascuna delle fasi dell'avvolgimento dello statore e quindi induce un emf in esse.
Molto spesso ci sono tre fasi, sono fisicamente spostate all'ancora l'una rispetto all'altra di 120 gradi, quindi si ottiene una corrente sinusoidale trifase. Le fasi possono essere collegate in un modello a "stella" o "triangolo" per ottenere tensione di rete standard.
La frequenza dell'EMF sinusoidale è proporzionale alla velocità del rotore: f = np / 60, dove - p è il numero di coppie di plus magnetici del rotore, n è il numero di giri del rotore al minuto. In genere, la velocità massima del rotore è di 3000 rpm. Se si collega un raddrizzatore trifase agli avvolgimenti dello statore di un tale generatore sincrono, si otterrà un generatore di corrente continua (questo è, a proposito, tutti i generatori di automobili funzionano).
Generatore sincrono a tre macchine
Naturalmente, il classico generatore sincrono ha un aspetto negativo: sul rotore ci sono anelli di contatto e spazzole adiacenti. Le spazzole si accendono e si consumano a causa dell'attrito e dell'erosione elettrica. In un'atmosfera esplosiva ciò non è consentito. Pertanto, nell'aviazione e nei generatori diesel, i generatori sincroni senza contatto, in particolare quelli a tre macchine, sono più comuni.
Tre macchine hanno tre macchine in un unico alloggiamento: un pre-eccitatore, un eccitatore e un generatore - su un albero comune. Il pre-eccitatore è un generatore sincrono, è eccitato da magneti permanenti sull'albero, la tensione che genera viene fornita all'avvolgimento dello statore dell'eccitatore.
Lo statore dell'agente patogeno agisce sull'avvolgimento sul rotore collegato ad un raddrizzatore trifase fissato ad esso, dal quale viene alimentato l'avvolgimento di eccitazione principale del generatore. Il generatore genera corrente nel suo statore.
Generatori portatili a gas, diesel e benzina
Oggi molto comune nelle famiglie generatori diesel, gas e benzinache usano ICE come motore a combustione interna - un motore a combustione interna che trasmette la rotazione meccanica al rotore del generatore.
I generatori di carburante liquido hanno serbatoi di carburante, per i generatori di gas: è necessario alimentare il carburante attraverso la tubazione, in modo che il gas venga immesso nel carburatore, dove diventerà parte integrante della miscela di carburante.
In tutti i casi, la miscela di carburante viene bruciata nel sistema a pistoni, causando la rotazione dell'albero motore. Questo è simile a un motore di un'auto. L'albero a gomiti ruota il rotore di un generatore sincrono senza contatto (alternatore).
Il migliore generatori di inverter di centrali elettriche domestiche hanno una batteria integrata per compensare le differenze e un doppio sistema di conversione, in tali dispositivi la tensione alternata è più stabile.
Generatori di auto
Un altro esempio di alternatore - il tipo più comune di generatore al mondo - generatore di auto. Questo generatore contiene tradizionalmente un avvolgimento di eccitazione con anelli di scorrimento sul rotore e un avvolgimento di statore trifase con un raddrizzatore.
Il regolatore elettronico incorporato mantiene la tensione entro l'intervallo accettabile per una batteria per auto. Un generatore di auto è un generatore ad alta velocità, le sue velocità possono raggiungere i 9000 al minuto.
Sebbene inizialmente la corrente sia ottenuta alternando (le punte polari del rotore alternativamente e in diversa polarità intersecano le tre fasi dell'avvolgimento dello statore con i loro flussi magnetici), viene rettificata dai diodi e si trasforma in una costante adatta per caricare la batteria.
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