Elektrik akımı jeneratörü, elektriksel olmayan enerji türlerini (kimyasal, mekanik, termal) elektrik enerjisine dönüştürmek için tasarlanmış bir cihazdır. Ayrıca tasarımı, elektromanyetik indüksiyon ilkesinin kullanımına dayanmaktadır.
En basit alternatörün çalışma prensibi ve cihazı
Elektromanyetik indüksiyon, 1831'de İngiliz fizikçi Michael Faraday (1791-1867) tarafından keşfedilen ve zamanla değişen bir manyetik akı kapalı bir iletken devreden geçtiğinde, ikincisinde bir elektrik akımı üretildiğini keşfeden bir olgudur. Herhangi bir jeneratörün altında yatan bu ilkedir.
Pratikte, elektromanyetik indüksiyon prensibi şu şekilde uygulanır: jeneratörün amacına ve tasarımına bağlı olarak, kalıcı mıknatıslar veya özel tarafından oluşturulan dönen bir manyetik alan tarafından geçtiğinde kapalı bir çerçevede (rotor) bir elektrik akımı ortaya çıkar. uyarma sargıları. Çerçeveyi döndürdüğünüzde, manyetik akının büyüklüğü değişir. Ne kadar hızlı dönerse, çıkış voltajı o kadar yüksek olur.
1827'de Macar fizikçi Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) bu etkiyi keşfetti ve bunu bir elektrik akımı jeneratörünün orijinal bir modelini oluşturmak için kullandı. Ancak, ünlü olduğuna inanan bilim adamı, keşfinin patentini almadı ve ilk dinamonun yaratıldığını ancak 1850'de duyurdu.
Elektrik akımını boşaltmak için çerçeve, onu kapalı bir döngüye dönüştüren ve dönen çerçevenin jeneratörün sabit elemanları ile sürekli temasını sağlayan bir akım toplayıcı ile donatılmıştır. Yaylı fırçalar kollektör halkalarına bastırılır ve böylece jeneratörün çıkış terminallerine elektrik akımı verilir.
Dönerken, çerçevenin yarıları sırayla mıknatısın kutuplarının yakınından geçer. Bu durumda, ortaya çıkan akımın hareket yönünde döngüsel bir değişiklik meydana gelir - her kutupta akım bir yönde hareket eder.
Kollektörün tasarımına bağlı olarak, jeneratör hem doğru hem de alternatif akım üretebilir.
- DC jeneratörlerde, kollektör düzeneğindeki sargının her bir yarısı için birbirinden izole edilmiş yarım halkalar vardır. Bu yarım halkaların fırçalarla sürekli değişmesi nedeniyle akım yönünü değiştirmez, sadece titreşir.
- Alternatörlerde çerçevenin uçları slip ringlere bağlıdır ve bu yapı kendi ekseni etrafında dönmektedir. Çerçeve döndüğünde, her biri kendi halkasına sıkıca bitişik olan fırçalar, güvenilir bir iniş iletkeni sağlar. Bu durumda fırçaların pozisyonunda döngüsel bir değişiklik olmaz.
Jeneratörün dönen kısmına rotor, sabit olan kısmına stator denir.
Alternatif ve doğru akım jeneratörlerinin çalışma prensibi aynıdır. Dönen rotor üzerinde bulunan kayma halkalarının tasarımında ve sargıların konfigürasyonunda birbirlerinden farklıdırlar.
Alternatörlerde, EMF'nin bir iletkende yalnızca bir manyetik alanda döndüğünde değil, aynı zamanda manyetik alanın kendisi sabit bir iletkene göre döndüğünde meydana geldiği gerçeğine dayanan orijinal bir teknik çözüm sıklıkla kullanılır.
Bu etki, dönen bir rotora elektrik veya kalıcı mıknatıslar yerleştiren geliştiriciler tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durumda, voltaj sabit kurulu sargıdan çıkarılır, bu da akım toplama ünitelerinin karmaşık tasarımlarından kurtulmayı mümkün kılar.
Alternatif akım jeneratörleri
Çok çeşitli alternatif akım jeneratörleri üretilmektedir. Aşağıdaki parametrelere göre sınıflandırılabilirler:
- yapıcı performans;
- heyecan yöntemi;
- faz sayısı.
Uyarma yöntemine göre, tüketici birimlerle karşılaşabilir:
- bağımsız uyarma ile - uyarma sargısı, bağımsız bir güç kaynağından gelen doğru akımla beslenir;
- kendi kendine uyarma ile - uyarma sargısına jeneratörün kendisinden doğrultulmuş bir akım verilir;
- kalıcı mıknatıslardan uyarma ile - uyarma sargısı yoktur;
- uyarıcıdan uyarma ile - servis verilen jeneratörle aynı şaft üzerinde "oturan" düşük güçlü bir doğru akım jeneratörü.
Faz sayısına göre, elektrik jeneratörleri:
- Tek aşama;
- bifazik;
- üç faz.
Uygulamada, üç fazlı alternatörler en yaygın olanlarıdır. Bu, bu tür agregaların karakteristik bir takım avantajlarından kaynaklanmaktadır:
- elektriğin uzun mesafelerde iletilmesi için sistemlerin geliştirilmesinde ekonomik bir etki elde etmek - transformatör cihazlarının ve güç kablolarının malzeme tüketimini azaltmak; Bu, dairesel bir manyetik alanın varlığı ile kolaylaştırılır;
- sistemin dengesini sağlayan artan hizmet ömrü;
- hat ve faz voltajının eşzamanlı kullanımı.
Yapısal olarak, üç fazlı bir elektrik jeneratörü, statorda birbirine göre 120 ° ofset olan bir daire içinde bulunan üç bağımsız sargıya sahiptir. Bu durumda, her sargı, tüketici R'ye alternatif bir voltaj sağlayabilen tek fazlı bir jeneratördür. Böyle bir tek sargıya "faz" denir. Faz sargıları "delta" veya "yıldız" ile birbirine bağlanabilir.
Sargıları bağlamak için başka şemalar da vardır, örneğin, altı telli Tesla sistemi veya Slavyanka bağlantısı (bir "yıldız" ve bir "üçgen" şeklinde altı sargının bir kombinasyonu), ancak yaygın olarak kullanılmadılar.
Çerçevenin alternatif akım üreten cihazlarda rolü, dönerken sargılarda indüklenen alternatif EMF'yi birbirine göre bir döngünün üçte biri kadar değiştiren bir elektromıknatıs tarafından oynanır.
Birçok alternatör arasında iki ana tasarım türü vardır: senkron ve asenkron. Son zamanlarda, mikroişlemciler tarafından kontrol edilen çok sayıda karmaşık elektronik cihaz göz önüne alındığında, yeni bir tür elektrik jeneratörü ortaya çıktı - invertör.
Senkron güç jeneratörleri
Senkron bir alternatör yapısal olarak iki parçadan oluşur - hareketli bir rotor ve sabit bir stator.
Bir fırça mekanizması kullanılarak harici bir güç kaynağına bağlı bir çekirdeğe ve bir uyarma sargısına sahip bir elektromıknatıs olan rotor döndüğünde, jeneratör çıkış terminallerine beslenen stator sargısında bir EMF indüklenir. Bu tasarım, ünitenin tasarımını büyük ölçüde basitleştiren kayar kontak ihtiyacını ortadan kaldırır. İlk olarak, manyetik akı, ortak bir şafta bağlı olan ve bir kaplin kullanılarak sisteme bağlanan üçüncü taraf bir uyarıcıdan uyarılır.
Düşük güçlü senkron elektrik jeneratörlerinde, uyarma sargısı doğrultulmuş akımla çalıştırılır. Bu durumda yük devresinde yer alan trafoların devreye girmesi ile elektrik devresi oluşur. Orada bir yarı iletken doğrultucu da bulunur. Ana elektrik devresi şunları içerir:
- uyarma sargısı;
- reosta ayarlama.
Senkron jeneratörün ana özelliği, üretilen elektrik akımının frekansının rotor hızıyla orantılı olmasıdır.
Asenkron güç jeneratörleri
Asenkron bir alternatör, rotor hızı ve indüklenen EMF arasında katı bir bağlantının olmamasıyla senkron olandan farklıdır. Bu parametreler arasındaki farka "slip" denir. Asenkron jeneratörün rotoru ile statoru arasında bir hava boşluğu var. Bu durumda üretilen EMF'nin frekansı, yük bağlandığında oluşan frenleme torkundan etkilenir ve rotorun dönmesini engeller. Bu nedenle, asenkron elektrik jeneratörlerinde elektrik gücü, rotorun artan dönüş hızında üretilir.
Asenkron jeneratörlerin tasarımı basittir, ancak aynı zamanda senkron ünitelere kıyasla en kötü teknik özelliklere sahiptir - frekanstaki hata% 4'e ve voltaj açısından -% 10'a kadar çıkabilir. Ek olarak, asenkron jeneratörler, başlangıç akımı için kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, bunların stabilizatörlerle birlikte çalıştırılması önerilir ve bazı durumlarda, örneğin bir elektrik motorunun yumuşak bir şekilde çalıştırılması için bir frekans dönüştürücü gerekebilir.
inverter jeneratörler
Bir invertör elektrik jeneratörü, çıkışında ek bir çıkış parametreleri dengeleyicisinin kurulu olduğu geleneksel bir asenkron jeneratördür.
Aşağıdaki gibi çalışır: asenkron jeneratör tarafından üretilen voltaj, önce doğrultulduğu invertöre girer ve daha sonra elde edilen sabit voltajdan belirli bir frekans ve görev döngüsü darbeleri oluşturulur. Cihazın çıkışında bu darbeler, neredeyse ideal teknik özelliklere sahip sinüzoidal bir gerilime dönüştürülür.
Alternatör sürücüsü
Ev ortamında, jeneratör rotoru, benzin veya dizel gibi yakıtlarla çalışan içten yanmalı motorlar (ICE'ler) tarafından çalıştırılır. Aynı zamanda, iki zamanlı içten yanmalı motorlarla donatılmış benzinli jeneratörlerin hizmet ömrü yılda yaklaşık 500 saattir (günde 4 saatten fazla değil); dört zamanlı ICE yılda 5000 saate ulaşır.
Kısa süreli elektrik kesintileri ve/veya şehir dışına çıkmak için benzinli jeneratörlerin kullanılması tavsiye edilir.
Dizel jeneratörler, benzinli jeneratörlerden daha güçlü ve daha dayanıklıdır. Bunlar arasında hava ve sıvı soğutmalı modeller var. Elektriğin sıklıkla uzun süre kesildiği yerlerde hava soğutmalı ünitelerin kullanılması tavsiye edilir.
Bu tür ev aletlerini kullanmak son derece basittir - depoya yakıt doldurmanız, motoru çalıştırmak için anahtarı çevirmeniz ve yükü bağlamanız gerekir. Kontrol panelleri, gerekli ve sezgisel tüm etiketler ve sembollerle donatılmıştır.
Sıvı soğutmalı dizel jeneratörler, tamamen farklı bir kategorideki cihazlardır. Gündüz ve gece çalışabilirler ve esas olarak işletmelerde yedek güç kaynağı olarak kullanılırlar.
Alternatif akım üretmek ve bunu yüksek voltajlı güç hatları (PTL) kullanarak uzun mesafelerde tüketicilere sağlamak için tasarlanmış endüstriyel jeneratörler, hidrolik veya buhar türbinlerini harekete geçirerek çalışır. Bu tür ünitelerde rotor mekanizması doğrudan türbin çarkına bağlıdır.
Türbinli jeneratörler, yüksek güç (100.000 kW'a kadar) ile karakterize edilir ve 16 kV'a kadar voltaj ile alternatif akım üretebilir. Bu durumda, rotorlarının uzunluğu ve çapı sırasıyla 6,5 ve 15 metreye ulaşabilir ve ikincisinin dönüş hızı 1500 ... 3000 rpm aralığındadır. Bu tür üniteler, özel olarak hazırlanmış beton temeller üzerinde ayrı odalara kurulur.
Ev Tipi Jeneratör Seçenekleri ve Yetenekleri
Kullanım kolaylığı için üreticiler, ürünlerini bir dizi kullanışlı seçenekle donatır, bunlar arasında şunlar bulunur:
- elektrik kesintisi durumunda ünitenin otomatik olarak başlatılması için cihaz;
- yalıtım arızası ve kaçak akımın ortaya çıkması durumunda cihazı şebekeden ayıran yerleşik bir RCD'nin varlığı;
- parametrelerin kontrolü ve bunların ekranda gösterilmesi;
- aşırı yükleme koruması.
Değeri nominal değerden daha düşük olacak bir elektrik jeneratörüne bir yük bağlandığında, ünite, yeteneklerini tam olarak kullanmadan sıvı yakıtın bir kısmını boşuna "yemeye" başlayacaktır.
Özel bir gürültü önleyici kasaya, büyütülmüş bir yakıt deposuna, üniteyi düşük sıcaklıkların etkilerinden koruyan bir kasaya vb. sahip olmak gereksiz olmayacaktır.
Kurulum özellikleri
Alternatörün potansiyel sahibi, satın almadan önce montajı için yer hazırlamaya özen göstermelidir. Böyle bir ünitenin nereye kurulacağına bakılmaksızın, içeride veya dışarıda, düz ve sağlam bir platforma ihtiyacı olacaktır. Düzgün olmayan bir zemine bir elektrik jeneratörü kurmak, titreşimi artıracak ve bu da parçaların aşınmasını hızlandıracak ve pahalı bir cihazın arızalanmasına neden olabilir.
Jeneratörü iç mekana kurarken, egzoz havalandırmasının sağlanması önemlidir. Ek olarak, ünitenin çalışması sırasında, odanın kapısının açık bırakılması tavsiye edilir, bu da kapı aralığına yabancıların ve en önemlisi çocukların tehlike bölgesine erişimini engelleyen bir ızgara takılmasını gerektirecektir.
Jeneratörü, çalıştırma talimatlarında belirtilen gereksinimlere tam olarak uygun şekilde şebekeye bağlayın. Bu durumda elektrik kablosu tanıtım makinesi ve elektrik sayacından sonra bağlanmalıdır.