Γεννήτριες

Οι γεννήτριες είναι συσκευές που μετατρέπουν άλλες μορφές ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Το 1832, ο Γάλλος Μπίξι εφηύρε τη γεννήτρια.

Μια γεννήτρια αποτελείται από έναν ρότορα και έναν στάτορα. Ο ρότορας βρίσκεται στην κεντρική κοιλότητα του στάτορα. Διαθέτει μαγνητικούς πόλους στον ρότορα για να παράγει ένα μαγνητικό πεδίο. Καθώς ο κύριος κινητήρας περιστρέφει τον ρότορα, μεταφέρεται μηχανική ενέργεια. Οι μαγνητικοί πόλοι του ρότορα περιστρέφονται με υψηλή ταχύτητα μαζί με τον ρότορα, προκαλώντας την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου με την περιέλιξη του στάτορα. Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί το μαγνητικό πεδίο να διαπερνά τους αγωγούς της περιέλιξης του στάτορα, δημιουργώντας μια επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη και, ως εκ τούτου, μετατρέποντας τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι γεννήτριες χωρίζονται σε γεννήτριες συνεχούς ρεύματος (DC) και γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανική και γεωργική παραγωγή, την εθνική άμυνα, την επιστήμη και την τεχνολογία και την καθημερινή ζωή.

Δομικές παράμετροι

Οι γεννήτριες συνήθως αποτελούνται από έναν στάτορα, έναν ρότορα, καλύμματα άκρων και ρουλεμάν.

Ο στάτορας αποτελείται από έναν πυρήνα στάτορα, περιελίξεις σύρματος, ένα πλαίσιο και άλλα δομικά μέρη που στερεώνουν αυτά τα μέρη.

Ο ρότορας αποτελείται από την περιέλιξη του πυρήνα του ρότορα (ή μαγνητικού πόλου, μαγνητικού στραγγαλιστικού πηνίου), τον δακτύλιο προστασίας, τον κεντρικό δακτύλιο, τον δακτύλιο ολίσθησης, τον ανεμιστήρα και τον άξονα του ρότορα και άλλα εξαρτήματα.

Ο στάτορας και ο ρότορας της γεννήτριας συνδέονται και συναρμολογούνται από τα ρουλεμάν και τα καπάκια των άκρων, έτσι ώστε ο ρότορας να μπορεί να περιστρέφεται στον στάτορα και να κάνει την κίνηση κοπής των μαγνητικών γραμμών δύναμης, δημιουργώντας έτσι το επαγόμενο ηλεκτρικό δυναμικό, το οποίο οδηγείται έξω μέσω των ακροδεκτών και συνδέεται στο κύκλωμα, και στη συνέχεια παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα.

Λειτουργικά χαρακτηριστικά

Η απόδοση μιας σύγχρονης γεννήτριας χαρακτηρίζεται κυρίως από χαρακτηριστικά λειτουργίας χωρίς φορτίο και με φορτίο. Αυτά τα χαρακτηριστικά αποτελούν σημαντικές βάσεις για την επιλογή γεννητριών από τους χρήστες.

Χαρακτηρισμός χωρίς φορτίο:Όταν μια γεννήτρια λειτουργεί χωρίς φορτίο, το ρεύμα οπλισμού είναι μηδέν, μια κατάσταση γνωστή ως λειτουργία ανοιχτού κυκλώματος. Αυτή τη στιγμή, η τριφασική περιέλιξη του στάτορα του κινητήρα έχει μόνο την ηλεκτροκινητική δύναμη άνευ φορτίου E0 (τριφασική συμμετρία) που προκαλείται από το ρεύμα διέγερσης If, και το μέγεθός της αυξάνεται με την αύξηση του If. Ωστόσο, τα δύο δεν είναι ανάλογα επειδή ο πυρήνας του μαγνητικού κυκλώματος του κινητήρα είναι κορεσμένος. Η καμπύλη που αντικατοπτρίζει τη σχέση μεταξύ της ηλεκτροκινητικής δύναμης άνευ φορτίου E0 και του ρεύματος διέγερσης If ονομάζεται χαρακτηριστικό άνευ φορτίου της σύγχρονης γεννήτριας.

Αντίδραση οπλισμού:Όταν μια γεννήτρια συνδέεται σε ένα συμμετρικό φορτίο, το τριφασικό ρεύμα στην περιέλιξη του οπλισμού παράγει ένα άλλο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο ονομάζεται πεδίο αντίδρασης οπλισμού. Η ταχύτητά του είναι ίση με αυτήν του ρότορα και οι δύο περιστρέφονται ταυτόχρονα.

Τόσο το πεδίο αντίδρασης οπλισμού όσο και το πεδίο διέγερσης του ρότορα των σύγχρονων γεννητριών μπορούν να προσεγγιστούν ως κατανεμημένα σύμφωνα με έναν ημιτονοειδή νόμο. Η χωρική διαφορά φάσης τους εξαρτάται από τη χρονική διαφορά φάσης μεταξύ της ηλεκτροκινητικής δύναμης άνευ φορτίου E0 και του ρεύματος οπλισμού I. Επιπλέον, το πεδίο αντίδρασης οπλισμού σχετίζεται επίσης με τις συνθήκες φορτίου. Όταν το φορτίο της γεννήτριας είναι επαγωγικό, το πεδίο αντίδρασης οπλισμού έχει απομαγνητιστικό αποτέλεσμα, που οδηγεί σε μείωση της τάσης της γεννήτριας. Αντίθετα, όταν το φορτίο είναι χωρητικό, το πεδίο αντίδρασης οπλισμού έχει μαγνητικό αποτέλεσμα, το οποίο αυξάνει την τάση εξόδου της γεννήτριας.

Χαρακτηριστικά λειτουργίας φορτίου:Αναφέρεται κυρίως σε εξωτερικά χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά ρύθμισης. Το εξωτερικό χαρακτηριστικό περιγράφει τη σχέση μεταξύ της τάσης U του ακροδέκτη της γεννήτριας και του ρεύματος φορτίου I, δεδομένης σταθερής ονομαστικής ταχύτητας, ρεύματος διέγερσης και συντελεστή ισχύος φορτίου. Το χαρακτηριστικό ρύθμισης περιγράφει τη σχέση μεταξύ του ρεύματος διέγερσης If και του ρεύματος φορτίου I, δεδομένης σταθερής ονομαστικής ταχύτητας, τάσης ακροδέκτη και συντελεστή ισχύος φορτίου.

Ο ρυθμός μεταβολής τάσης των σύγχρονων γεννητριών είναι περίπου 20-40%. Τα τυπικά βιομηχανικά και οικιακά φορτία απαιτούν σχετικά σταθερή τάση. Επομένως, το ρεύμα διέγερσης πρέπει να προσαρμόζεται ανάλογα καθώς αυξάνεται το ρεύμα φορτίου. Αν και η τάση μεταβολής του χαρακτηριστικού ρύθμισης είναι η αντίθετη από την εξωτερική χαρακτηριστική, αυξάνεται για επαγωγικά και καθαρά ωμικά φορτία, ενώ γενικά μειώνεται για χωρητικά φορτία.

Αρχή λειτουργίας

Γεννήτρια ντίζελ

Ένας κινητήρας ντίζελ κινεί μια γεννήτρια, μετατρέποντας την ενέργεια από το καύσιμο ντίζελ σε ηλεκτρική ενέργεια. Μέσα στον κύλινδρο ενός κινητήρα ντίζελ, καθαρός αέρας, φιλτραρισμένος από το φίλτρο αέρα, αναμειγνύεται καλά με το καύσιμο ντίζελ υψηλής πίεσης σε μορφή ψεκασμού που ψεκάζεται από τον εγχυτήρα καυσίμου. Καθώς το έμβολο κινείται προς τα πάνω, συμπιέζοντας το μείγμα, ο όγκος του μειώνεται και η θερμοκρασία αυξάνεται απότομα μέχρι να φτάσει στο σημείο ανάφλεξης του καυσίμου ντίζελ. Αυτό αναφλέγει το καύσιμο ντίζελ, προκαλώντας βίαιη καύση του μείγματος. Η ταχεία διαστολή των αερίων στη συνέχεια ωθεί το έμβολο προς τα κάτω, μια διαδικασία γνωστή ως «έργο».

Γεννήτρια βενζίνης

Ένας βενζινοκινητήρας κινεί μια γεννήτρια, μετατρέποντας τη χημική ενέργεια της βενζίνης σε ηλεκτρική ενέργεια. Μέσα στον κύλινδρο ενός βενζινοκινητήρα, ένα μείγμα καυσίμου και αέρα υφίσταται ταχεία καύση, με αποτέλεσμα μια ταχεία διαστολή σε όγκο που ωθεί το έμβολο προς τα κάτω, εκτελώντας έργο.

Τόσο στις γεννήτριες ντίζελ όσο και στις βενζινογεννήτριες, κάθε κύλινδρος λειτουργεί διαδοχικά με μια συγκεκριμένη σειρά. Η δύναμη που ασκείται στο έμβολο μετατρέπεται από τη μπιέλα σε περιστροφική δύναμη, η οποία κινεί τον στροφαλοφόρο άξονα. Μια σύγχρονη γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς ψήκτρες, ομοαξονικά τοποθετημένη με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα, επιτρέπει στην περιστροφή του κινητήρα να κινεί τον ρότορα της γεννήτριας. Με βάση την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, η γεννήτρια παράγει στη συνέχεια μια επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη, παράγοντας ρεύμα μέσω ενός κλειστού κυκλώματος φορτίου.