Generatoren

Generatoren zijn apparaten die andere vormen van energie omzetten in elektrische energie. In 1832 vond de Fransman Bixi de generator uit.

Een generator bestaat uit een rotor en een stator. De rotor bevindt zich in de centrale holte van de stator. Hij is voorzien van magnetische polen op de rotor die een magnetisch veld genereren. Terwijl de primaire aandrijving de rotor laat roteren, wordt mechanische energie overgedragen. De magnetische polen van de rotor draaien met hoge snelheid mee, waardoor het magnetische veld in wisselwerking staat met de statorwikkeling. Deze wisselwerking zorgt ervoor dat het magnetische veld de geleiders van de statorwikkeling doorsnijdt, waardoor een geïnduceerde elektromotorische kracht ontstaat en mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie. Generatoren worden onderverdeeld in gelijkstroomgeneratoren en wisselstroomgeneratoren, die veel worden gebruikt in de industriële en agrarische productie, nationale defensie, wetenschap en technologie, en het dagelijks leven.

Structurele parameters

Generatoren bestaan ​​meestal uit een stator, rotor, eindkappen en lagers.

De stator bestaat uit een statorkern, draadwikkelingen, een frame en andere structurele onderdelen die deze onderdelen bevestigen.

De rotor bestaat uit de rotorkern (of magnetische pool, magnetische smoorspoel), de beschermring, de middenring, de sleepring, de ventilator, de rotoras en andere componenten.

De stator en de rotor van de generator zijn verbonden en geassembleerd door de lagers en eindkappen, zodat de rotor in de stator kan draaien en de magnetische krachtlijnen kan doorsnijden, waardoor het geïnduceerde elektrische potentiaal wordt gegenereerd, dat via de klemmen naar buiten wordt geleid en wordt aangesloten op het circuit, waarna de elektrische stroom wordt gegenereerd.

Functionele kenmerken

De prestaties van synchrone generatoren worden voornamelijk gekenmerkt door de bedrijfskarakteristieken bij nullast en belasting. Deze kenmerken vormen belangrijke basisprincipes voor de keuze van generatoren door gebruikers.

Karakterisering zonder belasting:Wanneer een generator onbelast werkt, is de ankerstroom nul, een toestand die bekend staat als open circuit. Op dat moment heeft de driefasenwikkeling van de stator van de motor alleen de onbelaste elektromotorische kracht E0 (driefasensymmetrie) die wordt geïnduceerd door de excitatiestroom If, en de grootte ervan neemt toe met de toename van If. De twee zijn echter niet evenredig omdat de kern van het magnetische motorcircuit verzadigd is. De curve die de relatie tussen de onbelaste elektromotorische kracht E0 en de excitatiestroom If weergeeft, wordt de onbelaste karakteristiek van de synchrone generator genoemd.

Ankerreactie:Wanneer een generator is aangesloten op een symmetrische belasting, genereert de driefasenstroom in de ankerwikkeling een ander roterend magnetisch veld, het zogenaamde ankerreactieveld. De snelheid ervan is gelijk aan die van de rotor en de twee draaien synchroon.

Zowel het reactieve ankerveld als het excitatieveld van de rotor van synchrone generatoren kunnen worden benaderd als verdeeld volgens een sinusvormige wet. Hun ruimtelijke faseverschil hangt af van het tijdsfaseverschil tussen de elektromotorische kracht E0 in onbelaste toestand en de ankerstroom I. Bovendien is het ankerreactieveld ook gerelateerd aan de belastingsomstandigheden. Wanneer de generatorbelasting inductief is, heeft het ankerreactieveld een demagnetiserend effect, wat leidt tot een afname van de generatorspanning. Omgekeerd, wanneer de belasting capacitief is, heeft het ankerreactieveld een magnetiserend effect, wat leidt tot een toename van de uitgangsspanning van de generator.

Karakteristieken van de laadoperatie:Het verwijst voornamelijk naar externe kenmerken en aanpassingskarakteristieken. De externe karakteristiek beschrijft de relatie tussen de generatorklemspanning U en de belastingsstroom I, gegeven een constant nominaal toerental, excitatiestroom en belastingsvermogensfactor. De aanpassingskarakteristiek beschrijft de relatie tussen de excitatiestroom If en de belastingsstroom I, gegeven een constant nominaal toerental, klemspanning en belastingsvermogensfactor.

De spanningsvariatie van synchrone generatoren bedraagt ​​ongeveer 20-40%. Typische industriële en huishoudelijke belastingen vereisen een relatief constante spanning. Daarom moet de bekrachtigingsstroom worden aangepast naarmate de belastingsstroom toeneemt. Hoewel de veranderende trend van de regelkarakteristiek tegengesteld is aan de externe karakteristiek, neemt deze toe bij inductieve en zuiver ohmse belastingen, terwijl deze over het algemeen afneemt bij capacitieve belastingen.

Werkingsprincipe

Dieselgenerator

Een dieselmotor drijft een generator aan die de energie uit dieselbrandstof omzet in elektrische energie. In de cilinder van een dieselmotor mengt schone lucht, gefilterd door het luchtfilter, zich grondig met de onder hoge druk vernevelde dieselbrandstof die door de brandstofinjector wordt ingespoten. Naarmate de zuiger omhoog beweegt en het mengsel comprimeert, neemt het volume af en stijgt de temperatuur snel tot het ontstekingspunt van de dieselbrandstof wordt bereikt. Dit ontsteekt de dieselbrandstof, waardoor het mengsel heftig ontbrandt. De snelle uitzetting van gassen dwingt de zuiger vervolgens naar beneden, een proces dat 'arbeid' wordt genoemd.

Benzinegenerator

Een benzinemotor drijft een generator aan die de chemische energie van benzine omzet in elektrische energie. In de cilinder van een benzinemotor vindt een mengsel van brandstof en lucht snelle verbranding plaats, wat resulteert in een snelle volumevergroting die de zuiger naar beneden dwingt en arbeid verricht.

In zowel diesel- als benzinegeneratoren werkt elke cilinder sequentieel in een specifieke volgorde. De op de zuiger uitgeoefende kracht wordt door de drijfstang omgezet in rotatiekracht, die de krukas aandrijft. Een borstelloze synchrone wisselstroomgenerator, coaxiaal gemonteerd met de krukas van de motor, zorgt ervoor dat de rotatie van de motor de rotor van de generator aandrijft. Gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie, genereert de generator vervolgens een geïnduceerde elektromotorische kracht, waardoor stroom door een gesloten belastingcircuit wordt gegenereerd.