Дизельные электрогенераторы, работающие на основе системы жидкостного охлаждения, представляют собой устройства совершенно другого уровня. Они имеют возможность функционировать непрерывно в течение многих часов и широко используются на различных предприятиях в качестве источников резервного электроэнергии.
Генератор переменного тока
В 1832 году неизвестный изобретатель совершил большой шаг вперёд, создав первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Однако в первых электронных устройствах на начальном этапе использовался преимущественно постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не находил подходящего практического применения. Вскоре было установлено, что гораздо эффективнее применять не постоянный, а именно переменный ток, который периодически изменяет своё значение и направление. Преимущества использования переменного тока заключаются в том, что его значительно легче и дешевле производить на электростанциях, а также что генераторы переменного тока отличаются экономичностью и простотой в обслуживании по сравнению с аналогичными устройствами, работающими на постоянном токе. Таким образом, были разработаны надёжные электрические двигатели переменного тока, которые быстро получили широкое применение в промышленности и различных бытовых областях. Следует подчеркнуть, что именно благодаря переменному току и его уникальным физическим свойствам возникли такие инновации, как радио, магнитофоны и другие устройства в области автоматики и электротехники, без которых современная жизнь просто не представляется.
Генератор переменного тока — это устройство, которое осуществляет преобразование механической энергии в электрическую.
Основу этого генератора составляют неподвижная часть, именуемая статором или якорем, и вращающаяся часть — ротор или индуктор. В этом устройстве ротор выполняет функцию электромагнита, создавая магнитное поле, которое передаётся на статор. Внутренние поверхности статора имеют специальные осевые впадины, известные как пазы, в которые помещена обмотка переменного тока (проводник). Изготавливают статор генератора из спрессованных стальных листов толщиной 0.35 мм, которые изолированы специальной лаковой пленкой. Эти стальные листы фиксируются в корпусе устройства. Ротор устанавливается внутри статора и вращается благодаря движению от двигателя. Вал устройства служит для передачи крутящего момента, возникающего под действием расположенных на нём опор. На одном валу с генератором располагается так называемый возбудитель постоянного тока, который подаёт постоянный ток в обмотки ротора. Аккумулятор в генераторе переменного тока действует как стартерная батарея и способен накапливать и хранить электрическую энергию во время отсутствия работы двигателя или при недостаточной мощности, вырабатываемой генератором.
Применение генераторов переменного тока в жизни
За последние несколько лет, использование электростанций и генераторов переменного тока значительно увеличилось. Они находят своё применение как в промышленных, так и в бытовых областях. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для работы в производственных условиях, больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес-центрах, а также на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех местах, где электричество недоступно. Бытовые генераторы, как правило, более компактные и удобные в использовании, идеально подходят для дач и загородных домов. Генераторы переменного тока становятся все более распространёнными в различных областях, поскольку они способны решать множество важных вопросов, связанных с ненадёжностью электроснабжения или его полным отсутствием.
Обслуживание
Практически любое дизельное электрическое устройство, независимо от его мощности (например, 500 кВт) и производителя, состоит из двух главных элементов: генератора переменного тока и двигателя внутреннего сгорания. Поддержание обоих узлов в исправном рабочем состоянии требует определённого списка обязательных технических работ. К сожалению, большинство владельцев считают достаточным лишь периодически заменять масло и фильтр, полагая, что техническое обслуживание можно выполнить самостоятельно. Чаще всего это приводит к поломке оборудования. Это дает основание утверждать, что идеальным вариантом будет доверить обслуживание устройства профессионалам, которые, благодаря своему опыту и знаниям, смогут продлить срок службы дизельной генераторной установки (ДГУ) и сократить затраты в случае аварийных ситуаций.
Конструкция генератора переменного тока
Устройство генератора зависит от его применения, из-за чего возможно создание различных модификаций. Однако главными элементами являются:
- Ротор — подвижный элемент, изготовленный из цельного железа, который генерирует электродвижущую силу.
- Статор — неподвижный элемент, собирающийся из изолированных железных листов. Внутри статора размещены пазы, в которых находится проволочная обмотка.
Для достижения максимальной магнитной индукции, расстояние между ротором и статором должно быть минимальным. Обмотка возбуждения, расположенная на роторе, питается через систему щёток.
Существуют два основных типа конструкции:
- с вращающимся якорем и неподвижным магнитным полем;
- с неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.
Наиболее распространены устройства с подвижными магнитными полюсами. Намного удобнее получать электричество от статора, чем от ротора. В целом конструкция генератора аналогична структуре электродвигателя.
Классификация и виды агрегатов
Генераторы, предназначенные для преобразования механической энергии в электрическую, имеют схожую конструкцию, однако они отличаются по принципу действия генератора и конфигурации обмотки возбуждения:
- независимое возбуждение от аккумулятора;
- возбуждение от генератора постоянного тока;
- возбуждение от того же вала, что и основной генератор;
- самовозбуждение с использованием выпрямленного тока;
- возбуждение от постоянных магнитов.
По конструкции могут выделить:
- явно выраженные полюса;
- не выраженные полюса.
В зависимости от соединения обмоток:
- система Тесла;
- звезда;
- треугольник;
- славянская схема.
С точки зрения количества фаз:
- однофазные;
- двухфазные;
- трехфазные.
Агрегаты постоянного тока имеют конструкцию механизма, который выделяет энергию через два изолированных полукольца, на каждое из которых подается заряд определенного потенциала. На выходе выходит пульсирующий ток однонаправленного характера.
Синхронные генераторы имеют якорь с обмоткой, на который подается постоянный ток. Регулируя величину этого тока, можно варьировать силу магнитного поля и контролировать выходное напряжение. Асинхронные генераторы не содержат обмотки, вместо этого они работают на принципе намагничивания.
Конспект урока «Генератор переменного тока. Трансформатор»
На одном из предыдущих уроков мы ознакомились с концепцией переменного электрического тока и его основными характеристиками. Мы узнали, что основная часть электроэнергии в мире вырабатывается с помощью электромеханических индукционных генераторов переменного тока, создающих синусоидальное напряжение.
Индукционный генератор переменного тока — это устройство, используемое для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.
Основные компоненты индукционного генератора переменного тока:
индуктор — это постоянный магнит или электромагнит, создающий магнитное поле;
якорь — это обмотка, в которой индуцируется переменная электродвижущая сила;
коллектор — контактные кольца и скользящие по ним контактные пластины (щётки), с помощью которых ток подводится к вращающимся элементам или снимается с них.
Вращающаяся часть индукционного генератора известна как ротор, а неподвижная часть — статор.
Электрический ток вырабатывается на различных электростанциях. Вся энергия, произведенная на них, передаётся потребителям с использованием линий электропередач (ЛЭП). Это кажется простым, но на деле скрывается множество нюансов. Потребители электричества присутствуют повсюду, однако производство электроэнергии сосредоточено в сравнительно немногих местах, обычно вблизи источников топливных и водных ресурсов. Основная проблема заключается в том, что электрическую энергию невозможно хранить в больших количествах, поэтому её нужно потреблять сразу же после производства. Это означает необходимость передачи электроэнергии на значительные расстояния. Но при этом неизбежны потери энергии, так как ток во время прохождения через провода линий нагревает их. Таким образом, энергия, которая идёт на нагрев провода, теряется.
Для того чтобы передача электрической энергии была экономически выгодной, нужно минимизировать потери на нагрев проводов. Но как это можно сделать? Закон Джоуля-Ленца предлагает два различных подхода к решению этой задачи. Первый — уменьшить сопротивление проводов линии передачи. Это можно добиться использованием проводов с большим сечением. Посмотрим на практическом примере, насколько это реально.
Допустим, на электростанции установлен генератор постоянного тока мощностью 200 кВт, производящий напряжение 120 В. Нам нужно передать производимую генератором энергию на расстояние 10 км от места установки. Какова должна быть площадь сечения медных проводов, чтобы потери в линии передачи не превысили 10% от передаваемой мощности?
На практике это делает передачу энергии невозможной.
Второй способ, позволяющий снизить потери электричества в линии, заключается в уменьшении тока. Однако для достижения этого с упражнением постоянной мощности необходимо увеличить напряжение. Если мы возьмём предыдущий пример: мощность 200 кВт передаётся при напряжении 12 кВ, тогда электрический ток в линии электропередачи будет примерно равен 16,67 А (что в сто раз меньше по сравнению с первым случаем). Так как сила тока уменьшилась в 100 раз, то при тех же потерях мощности в ЛЭП сопротивление линии будет увеличиваться в 100² раз, что составляет 10 000. Это также означает, что площадь сечения проводов уменьшится в 10 000 раз, и составит примерно 4.86 мм². Следовательно, и вес меди, используемой для изготовления проводов, уменьшится также на 10 000 раз. Это позволяет сделать энергетическую передачу практически осуществимой.
Таким образом, для передачи электроэнергии на большие расстояния следует использовать высокое напряжение. Чем длиннее линия электропередачи, тем больше напряжение должно использоваться.
Какое явление используется при устройстве генератора переменного тока?
Независимо от конструкции, принцип действия генератора базируется на процессе электромагнитной индукции, который представляет собой появление электрического тока в замкнутом контуре под воздействием изменяющегося магнитного потока.
Генератор условно делится на две основные части: индукцию и якорь.
Индуктор — это та часть устройства, где создаётся магнитное поле, а якорь – это часть, где генерируется электродвижущая сила (ЭДС) или электрический ток.
Электродвижущая сила образуется в обмотке под воздействием магнитного поля, что и является основой для функционирования генератора. Однако, для того чтобы приобрести мощный переменный ток, такой примитивной конструкции недостаточно. Для этого требуется значительный магнитный поток.
Перед тем как проверить генератор на работоспособность, важно отсоединить статор, чтобы контакты обмотки не соприкасались. Измерения сопротивления следует выполнять с использованием мультиметра.
Подробности подключения генератора к домашней электросети можно найти в специализированных статьях.
Для этого в проволочную обмотку добавляют два стальных сердечника, которые определяют назначение и устройство генератора переменного тока. Один из них — это статор, или индуктор, который остаётся неподвижным и питается постоянным током. Статор может быть как двухполюсным, так и многополюсным.
Генератор имеет прочный металлический корпус с несколькими выходами, которые определяются целевым назначением устройства. Количество катушек с обмоткой может варьироваться в зависимости от модели.
Разбираемся в особенностях функционирования агрегата
Принцип работы генераторов переменного тока весьма прост и понятен. При условии равномерной скорости вращения ротора электрический ток будет вырабатываться единой нитью.
Вращение ротора приводит к изменениям в магнитном потоке, а это, в свою очередь, создает электрическое поле, вызывающее появление электрического тока. Ток проходит через контакты кольца на выходе ротора и попадает в электрическую цепь устройства. Кольца обеспечивают хорошее скольжение и активно контактируют с щетками, которые представляют собой постоянные неподвижные проводники между электрической цепью и обмоткой ротора, выполненной из меди.
Существуют релейные и полупроводниковые схемы управления для двухпроводного подключения люстры. Решение с использованием транзисторов более популярно из-за длительного срока эксплуатации и высокой частоты переключения.
Вопросы, касающиеся определения уровня освещённости в помещении, можно изучить здесь, а о методах поиска скрытой проводки в доме или квартире — в другой статье.
При сборке генератора переменного тока крайне важно соблюдать пропорции деталей, размеры, величины зазоров и толщину проволочных жил.
Создать генератор переменного тока возможно, если в наличии имеются все необходимые компоненты и достаточное количество медной проволоки. Изготовить небольшой агрегат вполне реально. Также существует подробная инструкция для использования асинхронного двигателя в качестве генератора.
Опции и возможности бытовых электрогенераторов
Для повышенной удобства эксплуатации производители оснащают свою продукцию несколькими полезными функциями, к числу которых относятся:
- устройство автоматического запуска генератора при отключении электроэнергии;
- наличие встроенного устройства защитного отключения (УЗО), которое отключает устройство от электросети при обнаружении пробоя изоляции или появлении тока утечки;
- мониторинг параметров с их отображением на экране;
- защита от перегрузок.
Если к электрогенератору подключить нагрузку, величина которой ниже паспортной, агрегат начнёт сжигать часть топлива в пустую, не используя таким образом все свои возможности.
Не будет лишним также наличие в комплекте специального шумогасительного кожуха, топливного бака увеличенного объёма, защитного кожуха от низких температур и прочих важных аксессуаров.
Особенности установки
Перед покупкой генератора переменного тока потенциальный владелец должен заранее подготовить место для его установки. Неважно, планируется ли установка агрегата в помещении или на улице, для него потребуется ровная и прочная площадка. Установка электрогенератора на неровном основании может повысить уровень вибрации, что приведёт к ускоренному износу деталей и, в конечном итоге, может спровоцировать выход дорогостоящего оборудования из строя.
При установке генератора в помещении крайне важно предусмотреть наличие вытяжной вентиляции. Более того, во время работы агрегата желательно оставлять дверь открытой, что также требует установки решётки в дверном проёме, чтобы обеспечить безопасность детей, ограничивая их доступ в опасную зону.
Подключение электрогенератора к электросистеме необходимо осуществлять строго в соответствии с инструкциями, которые прилагаются к устройству. При этом электрический кабель следует подключать после вводного автомата и электросчётчика.
