Ģeneratori

Ģeneratori ir ierīces, kas pārveido citus enerģijas veidus elektriskajā enerģijā. 1832. gadā francūzis Bixi izgudroja ģeneratoru.

Ģenerators sastāv no rotora un statora. Rotors atrodas statora centrālajā dobumā. Uz tā ir magnētiskie poli, kas ģenerē magnētisko lauku. Kad galvenais dzinējs darbina rotoru, tiek pārnesta mehāniskā enerģija. Rotora magnētiskie poli griežas lielā ātrumā kopā ar rotoru, izraisot magnētiskā lauka mijiedarbību ar statora tinumu. Šī mijiedarbība izraisa magnētiskā lauka šķelšanos pāri statora tinuma vadītājiem, radot inducētu elektromotorisko spēku un tādējādi pārveidojot mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā. Ģeneratori tiek iedalīti līdzstrāvas ģeneratoros un maiņstrāvas ģeneratoros, kurus plaši izmanto rūpnieciskajā un lauksaimnieciskajā ražošanā, valsts aizsardzībā, zinātnē un tehnoloģijās, kā arī ikdienas dzīvē.

Strukturālie parametri

Ģeneratori parasti sastāv no statora, rotora, gala vāciņiem un gultņiem.

Stators sastāv no statora kodola, stiepļu tinumiem, rāmja un citām konstrukcijas daļām, kas nostiprina šīs daļas.

Rotors sastāv no rotora serdes (vai magnētiskā pola, magnētiskā droseles) tinuma, aizsarggredzena, centra gredzena, slīdgredzena, ventilatora un rotora vārpstas un citām sastāvdaļām.

Ģeneratora stators un rotors ir savienoti un salikti kopā ar gultņiem un gala vāciņiem, lai rotors varētu griezties statorā un veikt kustību, pārgriežot magnētiskās spēka līnijas, tādējādi radot inducēto elektrisko potenciālu, kas tiek izvadīts caur spailēm un savienots ar ķēdi, un pēc tam tiek ģenerēta elektriskā strāva.

Funkcionālās īpašības

Sinhronā ģeneratora darbību galvenokārt raksturo tukšgaitas un slodzes darbības raksturlielumi. Šie raksturlielumi ir svarīgs pamats lietotājiem ģeneratoru izvēlē.

Bezslodzes raksturojums:Kad ģenerators darbojas bez slodzes, armatūras strāva ir nulle, un šo stāvokli sauc par atvērtas ķēdes darbību. Šajā laikā motora statora trīsfāžu tinumam ir tikai tukšgaitas elektrodzinējspēks E0 (trīsfāžu simetrija), ko inducē ierosmes strāva If, un tā lielums palielinās, palielinoties If. Tomēr abi nav proporcionāli, jo motora magnētiskās ķēdes kodols ir piesātināts. Līkne, kas atspoguļo tukšgaitas elektrodzinējspēka E0 un ierosmes strāvas If attiecību, tiek saukta par sinhronā ģeneratora tukšgaitas raksturlīkni.

Armatūras reakcija:Kad ģenerators ir pievienots simetriskai slodzei, trīsfāžu strāva armatūras tinumā ģenerē vēl vienu rotējošu magnētisko lauku, ko sauc par armatūras reakcijas lauku. Tā ātrums ir vienāds ar rotora ātrumu, un abi rotē sinhroni.

Gan sinhrono ģeneratoru armatūras reaktīvo lauku, gan rotora ierosmes lauku var tuvināti raksturot kā sadalītus saskaņā ar sinusoidālu likumu. To telpiskā fāžu starpība ir atkarīga no laika fāžu starpības starp tukšgaitas elektromotora spēku E0 un armatūras strāvu I. Turklāt armatūras reakcijas lauks ir saistīts arī ar slodzes apstākļiem. Ja ģeneratora slodze ir induktīva, armatūras reakcijas laukam ir demagnetizējošs efekts, kas noved pie ģeneratora sprieguma samazināšanās. Un otrādi, ja slodze ir kapacitatīva, armatūras reakcijas laukam ir magnetizējošs efekts, kas palielina ģeneratora izejas spriegumu.

Slodzes darbības raksturlielumi:Tas galvenokārt attiecas uz ārējām raksturlielumiem un regulēšanas raksturlielumiem. Ārējais raksturlielums apraksta attiecību starp ģeneratora spaiļu spriegumu U un slodzes strāvu I, ja nominālais ātrums, ierosmes strāva un slodzes jaudas koeficients ir nemainīgs. Regulēšanas raksturlielums apraksta attiecību starp ierosmes strāvu If un slodzes strāvu I, ja nominālais ātrums, spaiļu spriegums un slodzes jaudas koeficients ir nemainīgs.

Sinhrono ģeneratoru sprieguma svārstību ātrums ir aptuveni 20–40 %. Tipiskām rūpnieciskām un mājsaimniecības slodzēm ir nepieciešams relatīvi nemainīgs spriegums. Tāpēc ierosmes strāva ir jāpielāgo atbilstoši, palielinoties slodzes strāvai. Lai gan regulēšanas raksturlīknes izmaiņu tendence ir pretēja ārējai raksturlīknei, tā palielinās induktīvo un tīri rezistīvo slodžu gadījumā, savukārt kapacitatīvo slodžu gadījumā tā parasti samazinās.

Darbības princips

Dīzeļģenerators

Dīzeļdzinējs darbina ģeneratoru, pārveidojot dīzeļdegvielas enerģiju elektriskajā enerģijā. Dīzeļdzinēja cilindra iekšpusē tīrs gaiss, ko filtrē gaisa filtrs, rūpīgi sajaucas ar augstspiediena atomizētu dīzeļdegvielu, ko iesmidzina degvielas iesmidzinātājs. Virzulis virzās uz augšu, saspiežot maisījumu, tā tilpums samazinās un temperatūra strauji paaugstinās, līdz tā sasniedz dīzeļdegvielas aizdegšanās punktu. Tas aizdedzina dīzeļdegvielu, izraisot maisījuma spēcīgu degšanu. Pēc tam straujā gāzu izplešanās spiež virzuli uz leju, un šis process ir pazīstams kā "darbs".

Benzīna ģenerators

Benzīna dzinējs darbina ģeneratoru, kas pārveido benzīna ķīmisko enerģiju elektriskajā enerģijā. Benzīna dzinēja cilindrā degvielas un gaisa maisījums strauji sadeg, kā rezultātā strauji izplešas tilpums, kas spiež virzuli uz leju un veic darbu.

Gan dīzeļdegvielas, gan benzīna ģeneratoros katrs cilindrs darbojas secīgi noteiktā secībā. Spēks, kas iedarbojas uz virzuli, ar savienojošo stieni tiek pārveidots rotācijas spēkā, kas darbina kloķvārpstu. Bezkontaktu sinhronais maiņstrāvas ģenerators, kas koaksiāli uzstādīts ar dzinēja kloķvārpstu, ļauj dzinēja rotācijai darbināt ģeneratora rotoru. Pamatojoties uz elektromagnētiskās indukcijas principu, ģenerators pēc tam rada inducētu elektromotorisko spēku, ģenerējot strāvu caur slēgtu slodzes ķēdi.