Generatorer

Generatorer är apparater som omvandlar andra former av energi till elektrisk energi. År 1832 uppfann fransmannen Bixi generatorn.

En generator består av en rotor och en stator. Rotorn är placerad i statorns mittkavitet. Den har magnetiska poler på rotorn som genererar ett magnetfält. När drivmotorn driver rotorn att rotera överförs mekanisk energi. Rotorns magnetiska poler roterar med hög hastighet tillsammans med rotorn, vilket får magnetfältet att interagera med statorlindningen. Denna interaktion gör att magnetfältet skär över statorlindningens ledare, vilket genererar en inducerad elektromotorisk kraft och därigenom omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi. Generatorer delas in i likströmsgeneratorer och växelströmsgeneratorer, vilka används i stor utsträckning inom industriell och jordbruksproduktion, nationellt försvar, vetenskap och teknik samt vardagslivet.

Strukturella parametrar

Generatorer består vanligtvis av en stator, rotor, ändkåpor och lager.

Statorn består av en statorkärna, trådlindningar, en ram och andra strukturella delar som fixerar dessa delar.

Rotorn består av rotorkärnans (eller magnetpolens, magnetiska drosselns) lindning, skyddsring, mittring, släpring, fläkt och rotoraxel samt andra komponenter.

Generatorns stator och rotor är sammankopplade och monterade med hjälp av lager och ändkåpor, så att rotorn kan rotera i statorn och utföra rörelsen genom att skära de magnetiska kraftlinjerna, vilket genererar den inducerade elektriska potentialen, som leds ut genom terminalerna och ansluts till kretsen, och sedan genereras den elektriska strömmen.

Funktionella funktioner

Synkrongeneratorers prestanda kännetecknas huvudsakligen av driftegenskaper vid tomgång och belastning. Dessa egenskaper är viktiga grunder för användare att välja generatorer.

Karakterisering utan belastning:När en generator arbetar utan belastning är ankarströmmen noll, ett tillstånd som kallas tomgångsdrift. Vid denna tidpunkt har motorns statorns trefaslindning endast den tomgångselektromotoriska kraften E0 (trefassymmetri) inducerad av excitationsströmmen If, och dess storlek ökar med ökningen av If. Emellertid är de två inte proportionella eftersom motorns magnetiska kretskärna är mättad. Kurvan som återspeglar förhållandet mellan den tomgångselektromotoriska kraften E0 och excitationsströmmen If kallas tomgångskarakteristiken för den synkrona generatorn.

Ankarreaktion:När en generator är ansluten till en symmetrisk last genererar trefasströmmen i ankarlindningen ett annat roterande magnetfält, vilket kallas ankarreaktionsfält. Dess hastighet är lika med rotorns, och de två roterar synkront.

Både ankarets reaktiva fält och rotorns excitationsfält i synkrona generatorer kan approximeras som att båda är fördelade enligt en sinusformad lag. Deras rumsliga fasskillnad beror på tidsfasskillnaden mellan den tomgångselektromotoriska kraften E0 och ankarströmmen I. Dessutom är ankarets reaktionsfält också relaterat till belastningsförhållandena. När generatorbelastningen är induktiv har ankarets reaktionsfält en avmagnetiserande effekt, vilket leder till en minskning av generatorspänningen. Omvänt, när lasten är kapacitiv, har ankarets reaktionsfält en magnetiserande effekt, vilket ökar generatorns utspänning.

Lastdriftsegenskaper:Det hänvisar huvudsakligen till externa egenskaper och justeringskarakteristika. Den externa egenskapen beskriver förhållandet mellan generatorns terminalspänning U och lastströmmen I, givet konstant nominellt varvtal, excitationsström och lasteffektfaktor. Justeringskarakteristiken beskriver förhållandet mellan excitationsströmmen If och lastströmmen I, givet konstant nominellt varvtal, terminalspänning och lasteffektfaktor.

Spänningsvariationen för synkrongeneratorer är ungefär 20–40 %. Typiska industriella och hushållsmässiga belastningar kräver en relativt konstant spänning. Därför måste excitationsströmmen justeras i enlighet därmed när belastningsströmmen ökar. Även om den förändrade trenden för regleringskarakteristiken är den motsatta jämfört med den externa karakteristiken, ökar den för induktiva och rent resistiva belastningar, medan den generellt minskar för kapacitiva belastningar.

Arbetsprincip

Dieselgenerator

En dieselmotor driver en generator som omvandlar energin från dieselbränslet till elektrisk energi. Inuti dieselmotorns cylinder blandas ren luft, filtrerad av luftfiltret, noggrant med högtrycksförstoftat dieselbränsle som injiceras av bränsleinsprutaren. När kolven rör sig uppåt och komprimerar blandningen minskar dess volym och temperaturen stiger snabbt tills den når dieselbränslets antändningspunkt. Detta antänder dieselbränslet, vilket får blandningen att förbränna våldsamt. Den snabba expansionen av gaser tvingar sedan kolven nedåt, en process som kallas "arbete".

Bensingenerator

En bensinmotor driver en generator som omvandlar bensinens kemiska energi till elektrisk energi. Inuti cylindern på en bensinmotor genomgår en blandning av bränsle och luft snabb förbränning, vilket resulterar i en snabb volymexpansion som tvingar kolven nedåt och utför arbete.

I både diesel- och bensingeneratorer arbetar varje cylinder sekventiellt i en specifik ordning. Kraften som utövas på kolven omvandlas av vevstaken till rotationskraft, som driver vevaxeln. En borstlös synkron växelströmsgenerator, koaxiellt monterad med kraftmotorns vevaxel, gör att motorns rotation driver generatorns rotor. Baserat på principen om elektromagnetisk induktion producerar generatorn sedan en inducerad elektromotorisk kraft, som genererar ström genom en sluten lastkrets.