Các loại máy phát điện và các nguyên tắc làm việc của họ

Máy phát điện là một cỗ máy hoặc lắp đặt được thiết kế để chuyển đổi năng lượng phi điện thành năng lượng điện: năng lượng cơ học thành năng lượng điện, năng lượng hóa học thành năng lượng điện, năng lượng nhiệt thành năng lượng điện, v.v ... Ngày nay, về cơ bản, khi chúng ta sử dụng từ máy phát điện từ, có nghĩa là một bộ chuyển đổi cơ học năng lượng thành năng lượng điện.

Nó có thể là máy phát điện cầm tay chạy bằng diesel hoặc xăng, máy phát điện nhà máy điện hạt nhân, máy phát điện ô tô, máy phát điện tự chế từ động cơ điện không đồng bộ hoặc máy phát tốc độ thấp cho tuabin gió công suất thấp. Cuối bài viết, chúng tôi sẽ xem xét như một ví dụ về hai máy phát điện phổ biến nhất, nhưng trước tiên, hãy nói về các nguyên tắc làm việc của họ.

Bằng cách này hay cách khác, theo quan điểm vật lý, nguyên tắc hoạt động của mỗi máy phát cơ học là một và giống nhau: hiện tượng cảm ứng điện từkhi, khi từ trường đi qua dây dẫn, emf cảm ứng phát sinh trong dây dẫn này. Các nguồn của lực dẫn đến sự chuyển động lẫn nhau của dây dẫn và từ trường có thể là các quá trình khác nhau, tuy nhiên, do đó, emf và dòng điện luôn phải được lấy từ máy phát để cung cấp năng lượng cho tải.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện - Luật Faraday

Nguyên lý của máy phát điện được phát hiện trở lại vào năm 1831 bởi nhà vật lý người Anh Michael Faraday. Sau đó, nguyên tắc này được gọi là luật của Faraday. Nó nằm trong thực tế là khi dây dẫn đi vuông góc với từ trường, một sự khác biệt tiềm năng xảy ra ở hai đầu của dây dẫn này.

Máy phát điện đầu tiên được chế tạo bởi chính Faraday theo nguyên tắc mà ông phát hiện ra, đó là một chiếc đĩa Faraday - một máy phát đơn cực trong đó một đĩa đồng quay giữa hai cực của một nam châm hình móng ngựa. Thiết bị tạo ra dòng điện đáng kể với điện áp nhẹ.

Sau đó, người ta đã phát hiện ra rằng các dây dẫn cách điện riêng lẻ trong máy phát điện hiệu quả hơn từ quan điểm thực tế so với đĩa dẫn rắn. Và trong các máy phát điện hiện đại, giờ đây là cuộn dây stator được sử dụng (trong trường hợp trình diễn đơn giản nhất, một cuộn dây).

Máy phát điện

Phần lớn các máy phát điện hiện đại là máy phát điện đồng bộ. Họ có một dây neo trên stato, từ đó năng lượng điện được tạo ra được chuyển hướng. Một cuộn dây kích thích được đặt trên rôto, trong đó một dòng điện không đổi được cung cấp thông qua một cặp vòng tiếp xúc để có được từ trường quay từ một rôto quay.

Do hiện tượng cảm ứng điện từ, khi rôto quay từ một ổ đĩa ngoài (ví dụ, từ động cơ đốt trong), từ thông của nó giao nhau với từng pha của cuộn dây stato và do đó tạo ra một emf trong chúng.

Thông thường có ba pha, chúng bị dịch chuyển vật lý ở vị trí neo so với nhau 120 độ, do đó thu được dòng điện hình sin ba pha. Các giai đoạn có thể được kết nối theo mô hình ngôi sao Ngôi sao hoặc hoặc hình tam giác điện áp chuẩn.

Tần số của EMF hình sin tỷ lệ thuận với tốc độ rôto: f = np / 60, trong đó - p là số cặp cộng của từ của rôto, n là số vòng quay của rôto mỗi phút. Thông thường, tốc độ cánh quạt tối đa là 3000 vòng / phút. Nếu bạn kết nối bộ chỉnh lưu ba pha với cuộn dây stato của máy phát đồng bộ như vậy, bạn sẽ có được một máy phát dòng điện trực tiếp (nhân tiện, tất cả các máy phát điện ô tô đều hoạt động).

Máy phát đồng bộ ba máy

Tất nhiên, bộ tạo đồng bộ cổ điển có một điểm trừ nghiêm trọng - trên rôto có các vòng tiếp xúc và bàn chải liền kề với chúng. Bàn chải đánh lửa và hao mòn do ma sát và ăn mòn điện. Trong một bầu không khí bùng nổ, điều này là không được phép. Do đó, trong hàng không và trong các máy phát điện diesel, máy phát đồng bộ không tiếp xúc, đặc biệt là ba máy, là phổ biến hơn.

Ba máy có ba máy trong một vỏ: bộ kích từ trước, bộ kích từ và bộ tạo trên trục chung. Bộ kích từ trước là một máy phát đồng bộ, nó được kích thích từ các nam châm vĩnh cửu trên trục, điện áp mà nó tạo ra được cung cấp cho cuộn dây stato của exciter.

Stator của mầm bệnh tác động lên cuộn dây trên rôto được nối với bộ chỉnh lưu ba pha được cố định với nó, từ đó cuộn dây kích thích chính của máy phát được cung cấp. Máy phát tạo ra dòng điện trong stato của nó.

Máy phát điện cầm tay gas, diesel và xăng

Ngày nay rất phổ biến trong các hộ gia đình máy phát điện diesel, gas và xăngtrong đó sử dụng ICE làm động cơ đốt trong - động cơ đốt trong truyền tải vòng quay cơ học đến rôto máy phát.

Máy phát điện nhiên liệu lỏng có bình nhiên liệu, máy phát khí cần cung cấp nhiên liệu qua đường ống, sau đó khí được đưa đến bộ chế hòa khí, nơi nó sẽ biến thành một phần không thể thiếu của hỗn hợp nhiên liệu.

Trong mọi trường hợp, hỗn hợp nhiên liệu bị đốt cháy trong hệ thống piston, khiến trục khuỷu quay. Điều này tương tự như một động cơ xe hơi. Trục khuỷu quay rôto của máy phát đồng bộ không tiếp xúc (máy phát điện xoay chiều).

Tốt nhất máy phát điện biến tần của nhà máy điện gia đình có pin tích hợp để bù cho sự khác biệt và hệ thống chuyển đổi kép, trong các thiết bị như vậy, điện áp xoay chiều ổn định hơn.

Máy phát điện ô tô

Một ví dụ khác về máy phát điện xoay chiều - loại máy phát điện phổ biến nhất trên thế giới - máy phát điện ô tô. Theo truyền thống, máy phát này chứa một cuộn dây kích thích với các vòng trượt trên rôto và cuộn dây stato ba pha với bộ chỉnh lưu.

Bộ điều chỉnh điện tử tích hợp giữ điện áp trong phạm vi chấp nhận được cho pin xe hơi. Một máy phát điện ô tô là một máy phát tốc độ cao, tốc độ của nó có thể đạt 9000 mỗi phút.

Mặc dù ban đầu, dòng điện quay ra xen kẽ (các đầu cực của rôto xen kẽ và ở hai cực khác nhau giao nhau ba pha của stato cuộn với từ thông của chúng), sau đó nó được chỉnh lưu bằng điốt và biến thành một hằng số phù hợp để sạc pin.

Thiết kế khác thường của máy phát điện:

Máy phát năng lượng miễn phí

Máy phát điện động cơ siêu hiệu quả Robert Alexander

Máy phát điện Marx (máy phát điện áp xung)

Peltier thermomogenerator

Máy phát điện nano cho các thiết bị điện tử thu nhỏ