Generátor Zařízení, které přeměňuje jednu formu energie na jinou.
V tomto případě uvažujeme přeměnu mechanické energie rotace na elektrickou energii.
Existují dva typy takových generátorů. Synchronní a asynchronní.
Synchronní generátor. Princip fungování
Charakteristickým rysem synchronního generátoru je pevné spojení mezi frekvencí f proměnné EMF indukované ve vinutí statoru a otáčkách rotoru n , nazývaná synchronní rychlost:
n = f /str
kde p – počet párů pólů vinutí statoru a rotoru.
Obvykle je rychlost otáčení vyjádřena v otáčkách za minutu a frekvence EMF v Hertzech (1 / s), pak pro počet otáček za minutu bude mít vzorec tvar:
n = 60 ·f /str
Na Obr. 1.1 ukazuje funkční schéma synchronního generátoru. Na statoru 1 je třífázové vinutí, které se zásadně neliší od podobného vinutí asynchronního stroje. Na rotoru je umístěn elektromagnet s budicím vinutím 2, který je napájen stejnosměrným proudem zpravidla přes kluzné kontakty vytvořené pomocí dvou sběracích kroužků umístěných na rotoru a dvou pevných kartáčů.
V některých případech lze v konstrukci rotoru synchronního generátoru použít místo elektromagnetů permanentní magnety, pak odpadá nutnost kontaktů na hřídeli, ale možnosti stabilizace výstupních napětí jsou výrazně omezené.
Hnací motor (PD), který se používá jako turbína, spalovací motor nebo jiný zdroj mechanické energie, rotor generátoru je poháněn synchronními otáčkami. V tomto případě se také magnetické pole elektromagnetu rotoru otáčí synchronní rychlostí a indukuje proměnnou EMF ve vinutí třífázového statoru EA , EB и EC , které mají stejnou hodnotu a fázově posunuté vůči sobě o 1/3 periody (120°), tvoří symetrický třífázový EMF systém.
Při připojení zátěže na svorky C1, C2 a C3 statorového vinutí se ve fázích statorového vinutí objevují proudy IA, IB, IC které vytvářejí rotující magnetické pole. Frekvence otáčení tohoto pole je rovna frekvenci otáčení rotoru generátoru. V synchronním generátoru se tedy magnetické pole statoru a rotor otáčejí synchronně. Okamžitá hodnota EMF vinutí statoru v uvažovaném synchronním generátoru
e = 2Blwv = 2πBlwDn
Zde: B – magnetická indukce ve vzduchové mezeře mezi jádrem statoru a póly rotoru, T;
l – aktivní délka jedné strany štěrbiny statorového vinutí, tzn. délka jádra statoru, m;
w – počet otáček;
v = πDn – lineární rychlost pohybu pólů rotoru vůči statoru, m/s;
D – vnitřní průměr jádra statoru, m.
Vzorec EMF ukazuje, že při konstantní rychlosti rotoru n tvar grafu proměnné EMF vinutí kotvy (statoru) je určen výhradně zákonem rozdělení magnetické indukce B v mezeře mezi statorem a póly rotoru. Pokud je graf magnetické indukce v mezeře sinusoida B=Bmax sinα , pak EMF generátoru bude také sinusový. U synchronních strojů se vždy usiluje o získání rozdělení indukce v mezeře co nejblíže sinusovému.
Pokud tedy vzduchová mezera δ konstanta (obr. 1.2), dále magnetická indukce B ve vzduchové mezeře je rozdělena podle lichoběžníkového zákona (graf 1). Pokud jsou okraje pólů rotoru “zkosené” tak, že mezera na okrajích pólových nástavců je rovna δmax (jak je znázorněno na obr. 1.2), pak se graf rozložení magnetické indukce v mezeře bude blížit sinusoidě (graf 2) a následně se graf EMF indukovaného ve vinutí generátoru bude blížit sinusoidě. EMF frekvence synchronního generátoru f (Hz) úměrné rychlosti synchronního rotoru n (r/s)
kde p je počet párů pólů.
V uvažovaném generátoru (viz obr. 1.1) jsou dva póly, tzn. p = 1.
Pro získání EMF průmyslové frekvence (50 Hz) v takovém generátoru se musí rotor otáčet s frekvencí n = 50 otáček za minutu (n = 3000 otáček za minutu).
Způsoby buzení synchronních generátorů
Nejčastějším způsobem vytvoření hlavního magnetického toku synchronních generátorů je elektromagnetické buzení, které spočívá v tom, že na pólech rotoru je umístěno budicí vinutí, při průchodu stejnosměrného proudu dochází k MMF, které vytváří magnetické pole v generátor. K napájení budícího vinutí se donedávna používaly především speciální stejnosměrné generátory nezávislého buzení, zvané budiče. В (obr. 1.3, a). Budicí vinutí (OV) je napájen jiným generátorem (paralelní buzení) zvaným subexciter (PV). Rotor synchronního generátoru, budič a subbudič jsou umístěny na společné hřídeli a otáčejí se současně. V tomto případě proud vstupuje do budícího vinutí synchronního generátoru přes sběrací kroužky a kartáče. Pro regulaci budícího proudu se používají nastavovací reostaty, které jsou součástí budícího obvodu budiče r1 a pomocný budič r2 . U synchronních generátorů středního a vysokého výkonu je proces regulace budícího proudu automatizován.
U synchronních generátorů byl také použit bezkontaktní systém elektromagnetického buzení, u kterého synchronní generátor nemá sběrací kroužky na rotoru. V tomto případě je jako budič použit reverzní synchronní alternátor. В (obr. 1.3, b). Třífázové vinutí 2 budič, ve kterém se indukuje proměnná EMF, je umístěn na rotoru a otáčí se společně s budícím vinutím synchronního generátoru a jejich elektrické připojení je provedeno přes rotační usměrňovač 3 přímo, bez sběracích kroužků a kartáčů. Stejnosměrné napájení budícího vinutí 1 budič B je vyveden ze subbudiče PV – DC generátor. Absence kluzných kontaktů v budicím obvodu synchronního generátoru umožňuje zvýšit jeho provozní spolehlivost a účinnost.
U synchronních generátorů, včetně hydrogenerátorů, se rozšířil princip samobuzení (obr. 1.4, a), kdy se střídavá energie potřebná k buzení odebírá ze statorového vinutí synchronního generátoru a přes snižovací transformátor a usměrňovač polovodičový měnič PP převeden na stejnosměrný proud. Princip samobuzení je založen na skutečnosti, že k počátečnímu buzení generátoru dochází v důsledku zbytkového magnetismu stroje.
Na Obr. 1.4, b ukazuje blokové schéma systému automatického samobuzení synchronního generátoru (SG) s usměrňovacím transformátorem (VT) a tyristorový měnič (TP), přes který proudí střídavý proud z obvodu statoru SG po přeměně na stejnosměrný proud je přiveden do budícího vinutí. Tyristorový měnič je řízen automatickým regulátorem buzení ARV, jehož vstup přijímá napěťové signály na vstupu SG (přes napěťový transformátor TN) a zatěžovací proud SG (z proudového transformátoru TT). Obvod obsahuje ochranný blok (B Z), který zajišťuje ochranu budícího vinutí (OV) proti přepětí a proudovému přetížení.
Budicí výkon je typicky mezi 0,2 % a 5 % využitelného výkonu (nižší hodnota platí pro velké generátory).
U generátorů malého výkonu se využívá princip buzení permanentními magnety umístěnými na rotoru stroje. Tento způsob buzení umožňuje zachránit generátor od budícího vinutí. Výsledkem je, že konstrukce generátoru je výrazně zjednodušena, stává se ekonomičtějším a spolehlivějším. Vzhledem k vysoké ceně materiálů pro výrobu permanentních magnetů s velkou zásobou magnetické energie a složitosti jejich zpracování je však použití buzení permanentními magnety omezeno na stroje s výkonem maximálně pár kilowattů.
Synchronní generátory tvoří základ elektroenergetiky, protože téměř veškerá elektřina na světě je vyráběna synchronními turbogenerátory nebo hydrogenerátory.
Synchronní generátory jsou také široce používány jako součást stacionárních a mobilních elektroinstalací nebo stanic s dieselovými a benzínovými motory.
asynchronní generátor. Rozdíly od synchronního
Asynchronní generátory se zásadně liší od synchronních v nepřítomnosti pevného vztahu mezi rychlostí rotoru a generovaným EMF. Rozdíl mezi těmito frekvencemi je charakterizován koeficientem s – posuvné.
zde:
n – frekvence otáčení magnetického pole (frekvence EMF).
n r – frekvence otáčení rotoru.
Více podrobností o výpočtu skluzu a frekvence naleznete v článku: asynchronní generátory. Frekvence.
V normálním režimu působí elektromagnetické pole asynchronního generátoru při zatížení brzdným momentem na rotaci rotoru, proto je frekvence změny magnetického pole menší, takže skluz bude záporný. Mezi generátory pracující v oblasti kladných skluzů patří asynchronní tachogenerátory a frekvenční měniče.
Asynchronní generátory se v závislosti na konkrétních podmínkách použití vyrábějí s rotorem nakrátko, fázovým nebo dutým rotorem. Zdroji tvorby potřebné budicí energie rotoru mohou být statické kondenzátory nebo ventilové měniče s umělým spínáním ventilů.
Asynchronní generátory lze klasifikovat podle způsobu buzení, charakteru výstupní frekvence (měnící se, konstantní), způsobu stabilizace napětí, pracovních ploch skluzu, provedení a počtu fází.
Poslední dvě vlastnosti charakterizují konstrukční vlastnosti generátorů.
Povaha výstupní frekvence a způsoby stabilizace napětí jsou do značné míry určeny způsobem generování magnetického toku.
Hlavní je klasifikace podle způsobu buzení.
Je možné uvažovat generátory s vlastním buzením a s nezávislým buzením.
Samobuzení v asynchronních generátorech lze organizovat:
a) pomocí kondenzátorů obsažených v obvodu statoru nebo rotoru nebo současně v primárním a sekundárním obvodu;
b) pomocí ventilových měničů s přirozeným a umělým spínáním ventilů.
Nezávislé buzení lze provádět z externího zdroje střídavého napětí.
Podle charakteru frekvence se samobuzené generátory dělí do dvou skupin. První z nich zahrnuje zdroje prakticky konstantní (nebo konstantní) frekvence, druhý proměnnou (nastavitelnou) frekvenci. Poslední jmenované se používají k napájení asynchronních motorů s plynulou změnou otáček.
Plánuje se podrobněji zvážit princip fungování a konstrukční vlastnosti asynchronních generátorů v samostatných publikacích.
Asynchronní generátory nevyžadují v konstrukci složité komponenty pro organizaci stejnosměrného buzení ani použití drahých materiálů s velkou zásobou magnetické energie, proto jsou pro svou jednoduchost a nenáročnost na údržbu hojně využívány uživateli mobilních elektroinstalací. Používají se k napájení zařízení, která nevyžadují pevnou vazbu na aktuální frekvenci.
Technickou výhodou asynchronních generátorů je jejich odolnost proti přetížení a zkratu.
Některé informace o mobilních generátorových soupravách naleznete na stránce:
Dieselové generátory.
asynchronní generátor. Charakteristika.
asynchronní generátor. Stabilizace.
Pokud je ve městě vše relativně stabilní s elektřinou, pak mimo město nejsou výpadky a výpadky proudu neobvyklé. To znamená, že potřebujete generátor, abyste v rozhodující chvíli nezůstali bez světla. Řekneme vám, jak jsou generátory navrženy a jak vybrat správný model.
Jaké typy generátorů existují podle typu paliva?
Moderní generátory mohou běžet na benzín, naftu nebo plyn.
Benzinová elektrocentrála CARVER PPG-3900, dieselagregát Hyundai DHY 8500LE, hybridní elektrocentrála CHAMPION LPG2500
Generátory s benzínovým motorem jsou nejvyváženější z hlediska základních parametrů: životnosti motoru, výkonu, nákladů a nákladů na údržbu.
Jedná se o ideální volbu jako nouzový zdroj energie při poruchách hlavního napájení nebo pro připojení elektrického nářadí. Proto je 90 % všech modelů generátorů v prodeji na benzín.
Pokud je to váš první generátor pro chatu nebo venkovský dům, je lepší si vybrat mezi benzínovými modely.
Dieselové generátory jsou spolehlivější a odolnější než benzinové. Mají nižší spotřebu paliva, ale cena a náklady na údržbu jsou několikanásobně vyšší. Například dieselový generátor Hyundai DHY 8500LE o výkonu 7,2 kW stojí minimálně 2krát více než benzinové modely srovnatelného výkonu od stejného výrobce.
Diesel je ekonomicky opodstatněný, když je potřeba stálý zdroj výkonové energie, například pro pravidelné napájení soukromé dílny, malé výrobní dílny nebo venkovského staveniště.
Hybridní generátory. Plyn se obvykle používá jako alternativní palivo v modelech benzinových generátorů. Kromě standardní nádrže a palivových armatur pro přívod benzínu do motoru jsou vybaveny přídavnou směšovací komorou plynu s armaturou pro připojení k plynové láhvi nebo potrubí. Například jako CHAMPION LPG2500.
Generátory pracující na plyn se vyznačují nízkou hladinou hluku a vibrací a méně žíravými výfukovými plyny. Ale zároveň je jejich cena vyšší než u benzinových modelů. A nemůžete se sami připojit k hlavnímu plynu – budete muset pozvat plynaře. Takže dnes se takové generátory používají jen zřídka.
Jednofázový a třífázový generátor?
Generátory jsou jednofázové a třífázové. Jednofázové modely produkují výstupní napětí 220 voltů, třífázové – 380 voltů. Který z nich si vybrat, závisí na počtu zařízení, která budou v domě spotřebovávat elektřinu.
Pokud se jedná především o osvětlovací a topná zařízení a jednoduché domácí spotřebiče – elektrický sporák, varná konvice, lednička – pak bude jednofázový generátor bohatě stačit.
Pokud plánujete používat tak výkonná zařízení, jako je vícehořákový sporák, svařovací stroj a čerpadlo pro studnu, budete potřebovat třífázový generátor.
Rozdíly mezi jednofázovými a třífázovými generátory
Synchronní a asynchronní generátory – jaký je rozdíl?
Existují dva typy generátorů: asynchronní a synchronní.
Synchronicita znamená shodu rychlosti otáčení rotoru generátoru a magnetického pole statoru. Když se shodují, generátor je synchronní. Pokud se neshodují, pak asynchronní.
Klady a zápory asynchronních generátorů
Asynchronní generátory mají jednodušší konstrukci. Nemají kartáčovou sestavu a rotor je vyroben ve formě permanentního magnetu nebo elektromagnetu.
Během provozu se takový generátor prakticky nezahřívá a nevyžaduje nucené chlazení. To umožňuje hustší uspořádání součástí a chrání je před prachem, špínou a vlhkostí. Takové generátory se nebojí vysokého proudu a zkratů a jsou ideální například pro připojení svářečky.
Ale jsou tu i nevýhody. Charakteristiky výstupního napětí asynchronního generátoru jsou vysoce závislé na zatížení. Při počátečním špičkovém zatížení může napětí vyskočit, takže takový generátor není vhodný pro napájení moderních zařízení, která vyžadují stálou kvalitu elektrické energie.
Klady a zápory synchronních generátorů
Synchronní generátory. V jejich konstrukci je ve statoru i rotoru vinutí, které je napájeno přes uhlíkové kartáče nebo díky střídavému magnetickému poli vytvářenému statorovým vinutím. To umožňuje získat konstantní frekvenci střídavého napětí na výstupu bez ohledu na skutečné zatížení. Hlavní je, že otáčky spalovacího motoru jsou víceméně stabilní.
Na jedné straně to umožňuje připojit téměř jakékoli domácí spotřebiče a elektrické nářadí k synchronnímu generátoru. Na druhou stranu výrazně snižuje účinnost generátoru při nízkém zatížení, protože i pro napájení několika žárovek bude muset benzínový (nebo dieselový) motor pracovat při maximální rychlosti a aktivně spotřebovávat palivo.
Pro dosažení optimálního provozu se doporučuje zatěžovat synchronní generátor minimálně na 50–80 % jeho jmenovitého výkonu.
Pro venkovský dům nebo chatu je vhodnější synchronní generátor. Asynchronní bude potřeba, pokud se jedná o velký venkovní stavební projekt s velkým množstvím svařovacích prací.
Invertorové generátory
Mezi benzinovými generátory vyniká samostatný podtyp – invertory. Jak název napovídá, mají přidanou invertorovou jednotku. Vyrovnává poklesy napětí, ke kterým dochází v důsledku plovoucí rychlosti spalovacího motoru.
Na výstupu invertorový generátor produkuje stabilní napětí, které nevyžaduje udržování konstantních otáček motoru. K takovému generátoru je bezpečné připojit složitá citlivá zařízení: chytré telefony, počítače a dokonce i lékařské přístroje.
Ovládací panel invertorového generátoru Elitech BIG 2000R je ihned vybaven dvojicí 12V USB zásuvek
Invertory jsou menší než standardní benzinové generátory a lehčí – 18–22 kg oproti 40–70 kg. Jsou vhodné na nošení v autě a dokonce je vzít s sebou ven, abyste mohli připojit různé pomůcky.
Nevýhodou je poměrně vysoká cena a výkon, omezený na 2–4 kW. Z tohoto důvodu není střídač schopen stát se plnohodnotnou nouzovou elektrárnou.
Kolik energie generátoru je potřeba?
Hlavní otázkou při výběru generátoru je, jak správně vypočítat jeho výkon. Aby byla dostatečná rezerva pro napájení všech systémů, zařízení a nástrojů. A zde je důležitá nuance související s elektrickými spotřebiči, o které se nepíše v továrních pokynech.
Faktem je, že spotřebitelé elektřiny mají kromě jmenovitého výkonu tzv. spouštěcí koeficient. V závislosti na typu zařízení se hodnota tohoto koeficientu pohybuje od 1 do 7. To znamená, že v okamžiku spuštění výkon zařízení na několik sekund několikrát vyskočí. Níže uvedená tabulka ukazuje hodnoty počátečního koeficientu pro oblíbené domácí spotřebiče.
Při výpočtu výkonu budoucího generátoru sečtěte výkon všech zařízení, která jím budou napájena, včetně osvětlovacích lamp a topných zařízení. V tomto případě musíte vzít nikoli jejich jmenovitý výkon na štítku, ale výkon vynásobený počátečním faktorem. Navíc poskytněte bezpečnostní rezervu alespoň 10 %.
Vezměme si například letní chatu pro 4 osoby. V domě jsou dva pokoje a kuchyň osvětleny 10 žárovkami, je zde lednice, stolní elektrický sporák se 2 hořáky, mikrovlnná trouba, LCD TV 32 palců, vodní čerpadlo, konvektor je instalován v domě. ložnici v případě chladných nocí a samozřejmě jsou pravidelně nabíjeny 4 smartphony.
Výpočty ukazují, že dacha bude vyžadovat poměrně výkonný generátor – 9 kW. Například Resanta BG11000E nebo Huter DY11000LX. To bude určitě stačit na celý dům, ale nebude to levné.
Simulovali jsme situaci, kdy všechna zařízení fungují současně, ale to se v reálném životě neděje. Mikrovlnná trouba se zapíná zpravidla odděleně od sporáku, telefony se nabíjejí jeden po druhém a táta měl všechny odnaučit zvyku nerozsvěcovat světla ve všech místnostech najednou. To znamená, že v reálném životě celkový výkon současně pracujících elektrických spotřebičů nepřesáhne 5 kW. Takové generátory jsou již o 30 procent levnější.
Na základě výkonu lze generátory rozdělit do čtyř skupin:
- – základní domácí generátor. Vhodné pro podávání jako záložní zdroj elektřiny při výpadku hlavního vedení. Postačí k osvětlení domu, zabránění vypnutí chladničky a dokonce i napájení vodní pumpy. – pokročilý domácí generátor. To již stačí na současný provoz několika kuchyňských spotřebičů, osvětlení, občasné připojení elektrického nářadí a dobíjení gadgetů. – poloprofesionální generátor schopný dodávat elektřinu do domácnosti a vydržet při opravách současný provoz několika elektrických nástrojů. – v podstatě profesionální minielektrárny. Potenciál takových generátorů lze odhalit pouze na velké stavbě nebo ve výrobě. Pro chatu nebo venkovský dům nejsou potřeba.
typ motoru
Benzínové generátory jsou vybaveny dvoudobými a čtyřdobými motory.
Dvoudobé motory jsou jednodušší, bez samostatného mazacího systému – olej se nalévá přímo do plynové nádrže. Jsou levnější, ale mají také menší životnost.
Čtyřdobé motory jsou vybaveny samostatnou olejovou nádrží. Jsou spolehlivější a odolnější, ale dražší.
Způsob spuštění
Generátory lze spouštět ručně, elektricky nebo automaticky. Pro použití doma i na venkově je nejpohodlnější použít elektrický startér s tlačítkem – takový generátor zvládne zapnout každý, aniž by musel tahat za kabel.
Pokud chcete ušetřit peníze, můžete zvolit ruční start pomocí kabelového pohonu. Autostart je nejdražší. Pokud je dům vybaven zařízením pro automatické přepínání převodů (ATS), bude zapotřebí generátor s automatickým startem. Pokud dojde k výpadku proudu, systém se automaticky přepne na generátor.
Na co si dát ještě pozor: důležité maličkosti
Navíjecí materiál. Vinutí rotoru a startéru je vyrobeno z mědi nebo hliníku. Měď je spolehlivější a odolnější. Pokud plánujete používat generátor pouze jako nouzový zdroj energie, můžete zvolit hliník a ušetřit peníze.
Rám. Vnější trubková konstrukce svařená kolem generátoru. Pojme všechny prvky, chrání před náhodnými nárazy a slouží k přenášení. Pohodlná věc.
Kola. Mohou být namontovány na rámu, což pomáhá táhnout těžký generátor kolem místa nebo domu. Příkladem generátoru s koly je Hyundai HHY 7050Si.
