Tipos de geradores elétricos e os princípios de seu trabalho

Um gerador elétrico é uma máquina ou instalação projetada para converter energia não elétrica em energia elétrica: energia mecânica em energia elétrica, energia química em energia elétrica, energia térmica em energia elétrica etc. Hoje, basicamente, quando usamos a palavra "gerador", queremos dizer um conversor mecânico energia em energia elétrica.

Pode ser um gerador portátil a diesel ou gasolina, um gerador de usina nuclear, um gerador de carro, um gerador caseiro de um motor elétrico assíncrono ou um gerador de baixa velocidade para uma turbina eólica de baixa potência. No final do artigo, consideraremos como um exemplo os dois geradores mais comuns, mas primeiro, vamos falar sobre os princípios de seu trabalho.

De uma maneira ou de outra, do ponto de vista físico, o princípio de operação de cada um dos geradores mecânicos é o mesmo: fenômeno de indução eletromagnéticaquando, quando o campo magnético cruza o condutor, a fem de indução surge nesse condutor. As fontes da força que leva ao movimento mútuo do condutor e do campo magnético podem ser vários processos; no entanto, como resultado, a fem e a corrente sempre devem ser obtidas do gerador para alimentar a carga.

O princípio de operação do gerador elétrico - Lei Faraday

O princípio do gerador elétrico foi descoberto em 1831 pelo físico inglês Michael Faraday. Mais tarde, esse princípio foi chamado de lei de Faraday. Está no fato de que quando o condutor cruza perpendicularmente ao campo magnético, uma diferença de potencial ocorre nas extremidades desse condutor.

O primeiro gerador foi construído pelo próprio Faraday, de acordo com o princípio que ele descobriu, era um "disco Faraday" - um gerador unipolar no qual um disco de cobre girava entre os pólos de um ímã em forma de ferradura. O dispositivo produziu corrente significativa com uma leve tensão.

Mais tarde, verificou-se que condutores isolados individuais em geradores são muito mais eficientes do ponto de vista prático do que um disco condutor sólido. E, em geradores modernos, agora são os enrolamentos de fio do estator que são usados ​​(no caso de demonstração mais simples, uma bobina de fio).

Alternador

A grande maioria dos geradores modernos são alternadores síncronos. Eles têm uma âncora no estator, da qual a energia elétrica gerada é desviada. Um enrolamento de excitação está localizado no rotor, ao qual uma corrente constante é fornecida através de um par de anéis de contato, a fim de obter um campo magnético rotativo de um rotor rotativo.

Devido ao fenômeno da indução eletromagnética, quando o rotor gira de um acionamento externo (por exemplo, de um motor de combustão interna), seu fluxo magnético cruza cada uma das fases do enrolamento do estator, e, portanto, induz uma fem.

Na maioria das vezes existem três fases, elas são fisicamente deslocadas na âncora uma em relação à outra em 120 graus, de modo que uma corrente sinusoidal trifásica é obtida. As fases podem ser conectadas em um padrão de "estrela" ou "triângulo" para obter tensão de rede padrão.

A frequência da EMF sinusoidal f é proporcional à velocidade do rotor: f = np / 60, onde - p é o número de pares de vantagens magnéticas do rotor, n é o número de rotações do rotor por minuto. Normalmente, a velocidade máxima do rotor é de 3000 rpm. Se você conectar um retificador trifásico aos enrolamentos do estator de um gerador síncrono, receberá um gerador de corrente direta (a propósito, isso funciona para todos os geradores de carro).

Gerador síncrono para três máquinas

Obviamente, o gerador síncrono clássico tem um sinal de menos - no rotor existem anéis de contato e escovas adjacentes a eles. As escovas brilham e se desgastam devido ao atrito e à erosão elétrica. Em uma atmosfera explosiva, isso não é permitido. Portanto, na aviação e nos geradores a diesel, os geradores síncronos sem contato, em particular os de três máquinas, são mais comuns.

Três máquinas têm três máquinas em um compartimento: um pré-excitador, um excitador e um gerador em um eixo comum. O pré-excitador é um gerador síncrono, é excitado por ímãs permanentes no eixo, a voltagem que gera é fornecida ao enrolamento do estator do excitador.

O estator do patógeno atua no enrolamento do rotor, conectado a um retificador trifásico fixado a ele, do qual é alimentado o principal enrolamento de excitação do gerador. O gerador gera corrente em seu estator.

Geradores portáteis a gás, diesel e gasolina

Hoje muito comum nas famílias geradores a diesel, gás e gasolinaque usam o ICE como um motor de combustão interna - um motor de combustão interna que transmite rotação mecânica ao rotor do gerador.

Os geradores de combustível líquido têm tanques de combustível, os geradores de gás precisam fornecer combustível através de uma tubulação, para que o gás seja alimentado ao carburador, onde ele se tornará parte integrante da mistura de combustível.

Em todos os casos, a mistura de combustível é queimada no sistema de pistão, fazendo com que a cambota gire. Isso é semelhante a um motor de carro. A cambota gira o rotor de um gerador síncrono sem contato (alternador).

O melhor geradores inversores de usinas domésticas tenha uma bateria embutida para compensar diferenças e um sistema de dupla conversão; nesses dispositivos, a tensão alternada é mais estável.

Geradores de carro

Outro exemplo de alternador - o tipo mais comum de gerador no mundo - gerador de carro. Este gerador tradicionalmente contém um enrolamento de excitação com anéis deslizantes no rotor e um enrolador de estator trifásico com um retificador.

O regulador eletrônico embutido mantém a tensão dentro da faixa aceitável para uma bateria de carro. Um gerador de carro é um gerador de alta velocidade, suas velocidades podem chegar a 9000 por minuto.

Embora inicialmente a corrente seja obtida alternadamente (as pontas dos pólos do rotor alternadamente e em polaridade diferente cruzam as três fases do enrolamento do estator com seus fluxos magnéticos), ela é retificada por diodos e se transforma em uma constante adequada para carregar a bateria.

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