Что такое Генератор и как он устроен

Как генератор создает электроэнергию?

Генераторы являются полезными устройствами, которые снабжают электрической энергией во время прекращения подачи электроэнергии и предотвращают нарушение обычной деятельности человека, которая случается из-за отсутствия электроэнергии. Генераторы имеют различные электрические и физические конфигурации для использования, которое вам необходимо. Дальше мы рассмотрим, как именно функционирует генератор, его основные компоненты, и как электрогенератор действует в роли вторичного источника электричества, в случае его использование в жилых домах или на промышленных предприятиях.

Как работает генератор?

Электрический генератор – это устройство, которое конвертирует механическую энергию, полученную из внешнего источника, в электрическую энергию. Важно понимать, что в целом генератор не «создает» электрическую энергию. Вместо этого, он использует механическую энергию, которая снабжается им, для усиления движения электрических зарядов, находящихся в проводе его обмотки через внешнюю электрическую цепь (кольцо циркуляции). Этот поток электрических зарядов составляет электрический выходной ток, поступающий от генератора. Этот механизм можно понять, проведя аналогию электростанции с водяной помпой, которая вызывает своими действиями поток воды, но в действительности не «создает» его.
Современный электрогенератор работает по принципу электромагнитной индукции, обнаруженной Майклом Фарадеем в 1831-1832 годах. Фарадей открыл, что поток электрических зарядов может быть вызван перемещением электрического проводника, таким как например провод, который содержит электрические заряды, в магнитном поле. Такое передвижение создает разность напряжений между двумя концами провода или электрического проводника, который в свою очередь вызывает электрические заряды в поток, таким образом генерируя электрический ток.

Основные компоненты электростанции

Можно провести такую классификацию основных компонентов электрогенератора:
(1) Двигатель 
(2) Синхронный генератор (или генератор переменного тока)
(3) Система подачи топлива
(4) Регулятор напряжения
(5) Система выпуска и охлаждения двигателя
(6) Система смазки
(7) Зарядное устройство
(8) Панель управления
(9) Основная сборка / Конструкция

(1) Двигатель электростанции

Двигатель является источником подачи механической энергии миниэлектростанции. Размер двигателя прямо пропорционален максимальной мощности, которую генератор может производить. Есть несколько факторов, которые нужно обязательно знать при оценке двигателя вашего генератора.

(а) вид используемого топлива – двигатели электростанции работают на различном топливе, таких как дизельное топливо, бензин, пропан или природный газ. Чаще всего маленькие генераторы для дома работают на бензине, тогда как большие промышленные Электростанции на дизельном топливе, жидком пропане, природном газе или пропановом газе. Определенные двигатели также могут работать на двух видах топлива таких как дизельное топливо и газ.

(b) двигатели с верхним расположением клапанов OHV – такие двигатели отличаются от других тем что, впускные и выпускные клапаны у них расположены в верхушке (головке) цилиндра двигателя, а не на блоке цилиндров. Двигатели с верхним расположением клапанов более дорогие, но имеют некоторые преимущества перед другими двигателями:

- компактный дизайн 
- более простой механизм работы 
- долговечность
- удобный для пользования в работе 
- низкий уровень шума во время работы 
- низкий уровень выбросов 

(с) чугунная гильза в цилиндре двигателя – это своего рода подкладка в цилиндре двигателя. Она сокращает изнашивание и обеспечивает долговечность двигателя. Большинство двигателей с верхним расположением клапанов оснащены такой гильзой в цилиндре, но все равно необходимо проверять это в двигателе. Чугунная гильза не дорога, но играет очень важную роль в долговечности двигателя, особенно если вам необходимо часто использовать генератор.

(2) Синхронный генератор 

Синхронный генератор (или генератор переменного тока) является частью электростанции, который вырабатывает электрическую мощность от механической, подаваемой двигателем. Он содержит в себе неподвижные и подвижные детали, монтированные в корпус. Компоненты работают вместе, вызывая тем самым относительное движение между магнитными и электрическими полями, что в свою очередь вырабатывает электроэнергию.

(а) Ротор – это подвижная деталь, которая создает вращающееся магнитное поле одним из таких трех способов: 

(i) индукцией – известен как синхронный бесщеточный генератор и обычно используется в больших генераторах.
(ii) Постоянными магнитами – зачастую используется в маленьких генераторах 
(iii) С помощью задающего генератора (возбудителя) – задающий генератор является маленьким источником постоянного тока, который активизирует ротор через сборку токопроводящих контактных колец и щеток.

Ротор вырабатывает движущееся магнитное поле вокруг статора, которое вызывает разность напряжений между обмоткой статора. Это создает переменный ток на выходе генератора. 

Вот следующие факторы, которые нужно знать при оценке синхронного генератора

(а) металлический или пластиковый корпус – металлический дизайн обеспечит долговечность генератора. Пластиковый корпус деформируется со временем из-за чего его движущиеся части могут подпадать под негативное воздействие внешних факторов. Это может вызвать изнашивание и что еще важно опасность для пользователя. 
(b) шариковый или игольчатый подшипник – предпочтение отдается шариковым подшипникам, тем более что они будут дольше вам служить. 
(c) бесщеточный генератор – синхронный генератор, который не использует щетки, требует меньшего технического обслуживания и также производит более чистую энергию. 

(3) Система подачи топлива 

Топливный бак обычно имеет достаточную способность поддерживать электрогенератор в рабочем состоянии от 6 до 8 часов в среднем. В случае если минигенератор, топливный бак крепится на верхней части корпуса электростанции. Для промышленного применения необходимо устанавливать наружный топливный бак. 

Представляем вам следующие характеристики системы подачи топлива:

(а) соединение трубопроводов от топливного бака к двигателю – линия питания направляет топливо от бака к двигателю и обратный провод направляет топливо от двигателя к баку.
(b) вентиляционная труба для топливного бака – топливный бак имеет вентиляционную трубу для предотвращения повышения давления во время повторного заполнения или слива топливного бака. Когда вы заполняете бак, обеспечьте контакт металлических поверхностей между соплом наполнителя и топливным баком для избежания искр. 
(с) сливное соединение от топливного бака к дренажной трубе – это необходимо для того, чтобы при любом сливе во время повторного заполнения бака не случилась утечка жидкости на генераторной установке. 
(d) топливный насос – он перемещает топливо от основного бака-хранилища до бака периодического действия (временного бака). Топливный насос как правило имеет электропривод.
(е) топливный водный разделитель / топливный фильтр – он отделяет воду и неизвестные вещества с топливной жидкости для защиты других компонентов генератора от коррозии и загрязнения. 
(f) топливный инжектор – он автоматизирует топливную жидкость и распыляет необходимое количество топлива в камеру сгорания двигателя. 

(4) Регулятор напряжения AVR

Эта составляющая регулирует выходное напряжение генератора. Далее будет описаны компоненты регулятора напряжения, которые занимают неотъемлемую часть в его работе.

(1) Регулятор напряжения: изменение переменного напряжения в постоянный ток – регулятор напряжения берет на себя малую часть выходного переменного напряжения и конвертирует его в постоянный ток. Регулятор напряжения затем подает постоянный ток на вторичную обмотку в статоре, известному как возбудитель обмотки (или обмотка задающего генератора).
(2) Возбудитель обмотки: изменение постоянного тока в переменный – возбудитель обмотки функционирует так же, как и основная обмотка статора и генерирует небольшое количество переменного тока. Возбудитель обмотки связан с таким понятием как вращающийся выпрямитель тока.
(3) Вращающийся выпрямитель тока: изменение переменного тока в постоянный – он выпрямляет переменный ток, который генерируется возбудителем обмотки, и конвертирует его в постоянный ток. Этот постоянный ток в свою очередь подается на ротор для создания электромагнитного поля в дополнение к вращающемуся магнитному полю ротора.
(4) Ротор: изменение постоянного тока в переменное напряжение – ротор индуцирует большое количество переменного напряжения через обмотку статора, которую генератор производит как большое количество выходного переменного напряжения.

Этот цикл происходит до тех пор, пока генератор начинает вырабатывать выходное напряжение, соответствующее его полной работоспособности. Когда производительность (или выходная мощность) генератора увеличивается, регулятор напряжения вырабатывает меньше постоянного тока. Если генератор достигает полной рабочей мощности, регулятор напряжения достигает состояния равновесия и вырабатывает достаточно постоянного тока для поддержания выходной мощности генератора на полном рабочем уровне.

При добавлении нагрузки на электростанцию, его выходное напряжение немного уменьшается. Это побуждает регулятор напряжения начать действовать. Цикл продолжается до тех пор, пока выходная мощность генератора не увеличиться до ее первоначальной работоспособности.

(5) Система выхлопа и охлаждения двигателя электростанции

(а) Система охлаждения электрогенератора
Продолжительное использование миниэлектростанции приводит к тому, что различные его компоненты нагреваются. Поэтому в таком случае необходимо иметь охлаждающую и вентиляционную систему для прекращения нагрева. Вода иногда используется как охлаждающая жидкость для генераторов, но это ограничивается определенными ситуациями, например, когда у вас маленький генератор для дачи или городских условий или очень большой генератор около 2250 кВт и т.д.
Водород иногда может использоваться как охладитель для обмотки статора в больших электростанциях, так как он более эффективно поглощает тепло. Водород убирает тепло от генератора и переносит его через теплообменник во вторичный контур охлаждения, который имеет деминирализованную воду как охлаждающая жидкость. Вот почему рядом с большими генераторами и маленькими электростанциями всегда находится большая охлаждающая башня (или стояк). Для всех других использований, как на предприятии, так и в жилых условиях, стандартный радиатор и вентилятор устанавливаются на генератор и работают в основном как охлаждающая система. Очень важно проверять уровень охлаждения генератора каждый день. Охлаждающая система и помпа с неочищенной водой должны промываться каждые 600 часов и теплообменник также должен очищаться каждые 2400 часов работы мини генератора. Генератор должен быть помещен в открытую и проветриваемую область. По национальным правилам установки оборудования устанавливается, что минимальное расстояние по сторонам генератора должно быть равно 3 футам для обеспечения свободного потока свежего воздуха.

(b) Система выхлопа
 Отработаный газ, выпущенный генератором, содержит в себе высокотоксичные химикаты, с которые нужно надлежащим образом отвести. Поэтому необходимо установить соответствующую вытяжную систему для ликвидации отработаных газов. Иногда люди даже и не думают об этом, хотя отравление угарным газом остается одним из самых распространенных случаев смертей. Вытяжные трубы чаще всего изготавливаются из чугуна, кованого железа или стали. Они должны быть автономными и не должны поддерживаться двигателем генератора. Чаще всего выхлопные трубы прикрепляются к двигателю с использованием гибких соединителей для минимизации вибраций и предотвращения разрушения вытяжной системы генератора. Вытяжные трубы заканчиваются на открытом воздухе и ведут от дверей, окон и других открывающихся приспособлений, к дому или другому строению. Вы должны быть уверены, что вытяжная система вашего генератора не соединена с другим оборудованием.

(6) Система смазки

Так как генератор состоит из движущихся частей в его двигателе, необходимо смазывание для обеспечения длительности срока службы и плавной обработки на долгое время. Двигатель мини-электростанции смазывается маслом, которое находится в помпе. Необходимо проверять уровень смазывающего масла каждые 8 часов работы генератора. Кроме этого в проверке нуждается любая утечка масла и его изменения каждые 500 часов работы бензогенератора.

(7) Зарядное устройство

Запуск генератора изначально производится от аккумулятора. Зарядное устройство сохраняет батарею генератора заряженной, снабжая ее точным «плавающим» напряжением. Если такое напряжение очень низкое, батарея останется незаряженной. Если напряжение очень высокое, оно сократит срок работы батареи. Зарядные устройства обычно изготавливаются из нержавеющей стали для предотвращения коррозии. Также такие устройства полностью автоматизированы и не требуют каких-либо корректировок или изменений в параметрах. Постоянное выходное напряжение зарядного устройства устанавливается на 2.33 Вольт на ячейку, что является точным напряжением для свинцово-кислотной батареи. Зарядное устройство имеет отдельное постоянное напряжение, что препятствует нормальному функционированию электрогенератора.

(8) Панель управления электростанцией

Это пользовательский интерфейс портативной электростанции и он содержит положения об элементах управления. Разные производители предлагают разные панели управления для генераторов. Описание некоторых из них рассмотрим подробней.
(а) электрическое включение и выключение – такие панели управления автоматически включают ваш генератор во время прекращения подачи электроэнергии, следят за электростанцией во время ее работы и автоматически выключают ее, когда она больше не нужена.
(b) механическое устройство прибора (датчик) – различные приборы указывают на важные параметры, таки как давление масла, температура охлаждения, напряжение батареи, скорость вращения двигателя и длительность работы. Непрерывный контроль таких параметров позволяет автоматически выключить генератор, если один из них превысит свои показатели.
(с) датчики мини генератора – панель управления также имеет датчики для измерения выходного тока и напряжения и рабочей частоты.
(d) другие виды контроля – фазовый селекторный переключатель, переключатель частоты, и переключатель управления двигателем (ручной режим или авто режим) и др.

(9) Рама / Корпус

Все генераторы, переносные или стационарные, имеют установленную под заказ раму или корпус, который обеспечивает основную поддержку.

Использование генераторов для промышленного и бытового применения

Хотя основной принцип работы генерирования электроэнергии остается практически одинаковым для всех генераторов, механизм включения питания устройства при использовании электрической мощности, отличается в разных системах.

Переносной генератор

Такие генераторы обычно используются для бытовых целей, когда нужно подключить несколько домашних приборов во время отключения подачи электроэнергии или на строительных площадках, где отсутствует источник электрической энергии и необходимо подключить различные строительные приборы. В таких случаях обычно необходима мощность электрогенератор по крайней мере 4 кВт.

Использование удлинителя:
Одним из наиболее экономичных путей является обеспечение электроснабжения во время отсутствия подачи электроэнергии через использование удлинителя для прямого соединения переносного генератора с теми устройствами, которые вы хотите подключить.
Использование сетевого переключателя:
Безопасным путем при использовании переносного генератора для дома является использование сетевого переключателя мощности, который установлен и соединен с основной электрической сетью вашего дома. Такой выключатель способен переключаться от основного источника питания, зачастую это городская электросеть, к вторичному или даже третичному источнику питания, такому как генератор, когда питание от основного источника прерывается. Ручные переключатели работают через непосредственное управление или через использование удаленного пульта управления. Во время отсутствия электроэнергии переключатель перекидывает питание от второстепенных источников питания и подключает ее к генератору.
В таких случаях мини-генератор может быть присоединен к панели через удлинитель. Электрическая мощность от генератора может подаваться через основной автоматический выключатель и использоваться для необходимых областей. Критические и некритические электроприборы могут быть сгруппированы индивидуально таким образом, что переносный минигенератор будет обслуживать только необходимые приборы. Изолируя линию питания от питания генератора, вы также устраняете риск «обратной связи». Такой является поток электрической мощности от миниэлектростанции в линию питания, что может быть фатальным для электриков, работающих над линией питания во время отсутствия электроэнергии.

Резервный генератор

Переносные генераторы не практичны, так как они могут обслуживать только несколько приборов. Аварийная резервная система может использоваться для поставки мощности на весь дом, а не только на отдельные приборы, и может даже сохранять рабочими кондиционеры во время отсутствия электроэнергии. Также вы можете выбрать меньшие резервные блоки для обеспечения работы только некоторых приборов, таких как холодильник, свет и вентиляторы. Обычно такие устройства колеблются в потреблении от 6 кВт до 40 кВт.

Использование автоматического ввода резерва:
Резервные генераторы обычно устанавливаются вне дома и подсоединяются к основной электрической сети через автоматический переключатель. Система автоматически возобновляет питание в доме в пределах 20 секунд после отключения такого питания без какого-либо ручного вмешательства.

Коммерческий резервный генератор / Промышленные электростанции

Промышленные генераторы используются на коммерческих предприятиях, таких как офисы, производственные фабрики, добыча полезных ископаемых, больницы и др., которые просто не могут позволить себе риск нарушения непрерывности работы во время отсутствия электроэнергии. Зачастую промышленные электростанции – это стационарная установка, которая производит от 50 до 200 кВт мощности. Большинство маленьких и бытовых генераторов являются однофазными (120 Вольт), но коммерческие генераторы практически всегда трехфазные (120, 240 или 480 Вольт).

Использование автоматического ввода резерва:
Также как и бытовые резервные мини генераторы, коммерческие резервные электростанции подключены к электрической сети здания через автоматический переключатель и активизируются автоматически во время отсутствия электроэнергии. Они специально сконструированы так, что переключение между первичным и вторичным источником питания занимает долю секунды и позволяет без замедлений обеспечивать необходимые устройства электроэнергией.

Google