Generatorer

Generatorer er apparater, der omdanner andre former for energi til elektrisk energi. I 1832 opfandt franskmanden Bixi generatoren.

En generator består af en rotor og en stator. Rotoren er placeret i statorens midterhulrum. Den har magnetiske poler på rotoren, der genererer et magnetfelt. Når drivmotoren driver rotoren til at rotere, overføres mekanisk energi. Rotorens magnetiske poler roterer med høj hastighed sammen med rotoren, hvilket får magnetfeltet til at interagere med statorviklingen. Denne interaktion får magnetfeltet til at skære hen over statorviklingens ledere, hvilket genererer en induceret elektromotorisk kraft og derved omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Generatorer er opdelt i DC-generatorer og AC-generatorer, som er meget udbredt i industriel og landbrugsproduktion, nationalt forsvar, videnskab og teknologi samt dagligdagen.

Strukturelle parametre

Generatorer består normalt af en stator, rotor, endestykker og lejer.

Statoren består af en statorkerne, trådviklinger, en ramme og andre strukturelle dele, der fastgør disse dele.

Rotoren består af rotorkerneviklingen (eller magnetpolen, magnetisk drossel), beskyttelsesring, centerring, slæbering, ventilator og rotoraksel samt andre komponenter.

Generatorens stator og rotor er forbundet og samlet af lejer og endestykker, således at rotoren kan rotere i statoren og udføre bevægelsen ved at skære de magnetiske kraftlinjer og dermed generere det inducerede elektriske potentiale, som ledes ud gennem terminalerne og forbindes til kredsløbet, hvorefter den elektriske strøm genereres.

Funktionelle funktioner

Synkrone generatorers ydeevne er primært karakteriseret ved drift i tomgang og belastning. Disse egenskaber er vigtige grundlag for brugernes valg af generatorer.

Karakterisering uden belastning:Når en generator kører uden belastning, er ankerstrømmen nul, en tilstand kendt som åbent kredsløb. På dette tidspunkt har motorstatorens trefasevikling kun den elektromotoriske kraft E0 uden belastning (trefasesymmetri) induceret af excitationsstrømmen If, og dens størrelse stiger med stigende If. De to er dog ikke proportionale, fordi motorens magnetiske kredsløbskerne er mættet. Kurven, der afspejler forholdet mellem den elektromotoriske kraft E0 uden belastning og excitationsstrømmen If, kaldes den synkrone generators tomgangskarakteristik.

Ankerreaktion:Når en generator er tilsluttet en symmetrisk belastning, genererer trefasestrømmen i ankerviklingen et andet roterende magnetfelt, som kaldes ankerreaktionsfeltet. Dets hastighed er lig med rotorens, og de to roterer synkront.

Både synkrone generatorers ankerreaktive felt og rotorens excitationsfelt kan tilnærmes som fordelt i henhold til en sinusformet lov. Deres rumlige faseforskel afhænger af den tidsmæssige faseforskel mellem den elektromotoriske kraft E0 uden belastning og ankerstrømmen I. Derudover er ankerreaktionsfeltet også relateret til belastningsforholdene. Når generatorbelastningen er induktiv, har ankerreaktionsfeltet en afmagnetiserende effekt, hvilket fører til et fald i generatorspændingen. Omvendt, når belastningen er kapacitiv, har ankerreaktionsfeltet en magnetiserende effekt, hvilket øger generatorens udgangsspænding.

Karakteristika for belastningsdrift:Det refererer primært til eksterne karakteristika og justeringskarakteristika. Den eksterne karakteristik beskriver forholdet mellem generatorens terminalspænding U og belastningsstrømmen I, givet en konstant nominel hastighed, excitationsstrøm og belastningseffektfaktor. Justeringskarakteristikken beskriver forholdet mellem excitationsstrømmen If og belastningsstrømmen I, givet en konstant nominel hastighed, terminalspænding og belastningseffektfaktor.

Spændingsvariationen for synkrone generatorer er cirka 20-40 %. Typiske industrielle og husholdningsbelastninger kræver en relativt konstant spænding. Derfor skal excitationsstrømmen justeres i overensstemmelse hermed, når belastningsstrømmen stiger. Selvom den ændrede tendens i reguleringskarakteristikken er den modsatte af den eksterne karakteristik, stiger den for induktive og rent resistive belastninger, mens den generelt falder for kapacitive belastninger.

Arbejdsprincip

Dieselgenerator

En dieselmotor driver en generator, der omdanner energien fra dieselbrændstof til elektrisk energi. Inde i en dieselmotors cylinder blandes ren luft, filtreret af luftfilteret, grundigt med højtryksforstøvet dieselbrændstof, der indsprøjtes af brændstofindsprøjtningsdysen. Når stemplet bevæger sig opad og komprimerer blandingen, falder dets volumen, og temperaturen stiger hurtigt, indtil det når dieselbrændstoffets antændelsespunkt. Dette antænder dieselbrændstoffet, hvilket får blandingen til at antændes voldsomt. Den hurtige udvidelse af gasserne tvinger derefter stemplet nedad, en proces kendt som 'arbejde'.

Benzingenerator

En benzinmotor driver en generator, der omdanner benzinens kemiske energi til elektrisk energi. Inde i cylinderen på en benzinmotor gennemgår en blanding af brændstof og luft en hurtig forbrænding, hvilket resulterer i en hurtig volumenudvidelse, der tvinger stemplet nedad og udfører arbejde.

I både diesel- og benzingeneratorer arbejder hver cylinder sekventielt i en bestemt rækkefølge. Den kraft, der udøves på stemplet, omdannes af plejlstangen til en rotationskraft, som driver krumtapakslen. En børsteløs synkron vekselstrømsgenerator, koaksialt monteret med kraftmotorens krumtapaksel, tillader motorens rotation at drive generatorens rotor. Baseret på princippet om elektromagnetisk induktion producerer generatoren derefter en induceret elektromotorisk kraft, der genererer strøm gennem et lukket belastningskredsløb.