Електрогенератор: які бувають види і як він працює

Що таке електрогенератор

Електричний генератор — це пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну через електромагнітну індукцію. Джерелами механічної енергії для нього можуть бути парова машина, вода, вітер, двигун внутрішнього згоряння або сила людини.

До відкриття зв'язку між магнетизмом та електрикою винайшли електростатичні генератори, що працювали на принципах електростатичної індукції чи трибоелектричного ефекту. Вони створювали дуже високу напругу й низький струм. Єдиними діяльними застосуваннями таких пристроїв були перші рентгенівські трубки і деякі прискорювачі атомних частинок. Вважається, що електростатичні генератори ніколи не використовувалися для вироблення доцільно значущих обсягів електроенергії через неефективність та складності ізолювання.

Як влаштований і як працює генератор

Електричний генератор складається з рухомої частини — ротора й нерухомої — статора. Одна частина генератора, індуктор, створює магнітне поле, а на іншій, якорі, намотані обвитки для знімання електричного струму. Магнітне поле створюють постійні магніти або електромагніти. У генераторах змінного струму магніти розташовані здебільшого на роторах.

Механічна потужність подається на генератор у вигляді обертання механічного валу. Перетворення її на електроенергію засноване на силі Лоренца, яка діє на рухомі електричні заряди в магнітному полі. Якщо в котушці використати декілька витків дроту, напруга буде вищою й кориснішою для застосування: вихідна напруга пропорційна кількості витків.

Які бувають генератори

Загалом генератори поділяють на генератори змінного струму й генератори постійного струму. Окрім цього, виокремлюють кілька конструкційних типів:

• гомополярні — генератори постійного струму з електропровідним диском або циліндром, що обертається у площині, перпендикулярній до однорідного магнітного поля;
• індукційні — асинхронні машини, де ротор обертається швидше за синхронну швидкість;
• синхронні — зокрема великі генератори, а також генератори в автомобілях і на велосипедах;
• лінійні — у них котушка й магніт рухаються один відносно одного без обертання вала;
• магнітогідродинамічні (МГД) — вони працюють без обертових частин.

Гомополярні генератори

Гомополярний генератор також відомий як однополярний генератор, ациклічний генератор, дискове динамо або диск Фарадея. Демонстраційні моделі дають декілька вольт, а великі дослідницькі гомополярні генератори — сотні вольт і струм більше ніж мільйон ампер. Фарадеївський диск мав невелику напругу постійного струму.

Індукційні генератори

Індукційні електродвигуни змінного струму можна використовувати як генератори. Такі генератори корисні для міні-електростанцій, вітряних турбін або для зменшення потоків газу високого тиску. Водночас індукційний генератор має бути початково збуджений підвідною напругою або розміщений на електромережі.

Лінійні та МГД-генератори

У ліхтарях Schüttel застосовано лінійний генератор: струшування переміщує неодимовий магніт крізь котушку. Виробленої напруги досить, щоб зарядити двошаровий конденсатор ємністю від 1 до 2 Фарад і напругою від 3 до 4 вольт та живити світлодіодні лампи. Накопичувачі з лінійними генераторами розміру AA або AAA можна використовувати для подібних ощадних пристроїв.

Магнітогідродинамічний генератор витягує електричну енергію безпосередньо з рухомих гарячих газів крізь магнітне поле. За оцінками, станом на 2007 рік МГД-генератори, що працюють як оборотний цикл, стали менш ефективними за розроблені газові турбіни комбінованого циклу.

Генератори різної потужності

Майже усі сучасні генератори меншої потужності — трифазні асинхронні машини. Великі генератори від 0,1 МВт, генератори в автомобілях і на велосипедах — синхронні електромашини. Лише синхронні генератори здатні забезпечити не тільки активну, але й реактивну потужність, потрібну для електростанцій.

Хронологія розвитку

• 1827 рік — угорець Аньош Єдлик незалежно від Фарадея почав досліджувати електромагнітні обертові пристрої;
• 1831—1832 роки — Майкл Фарадей виявив спосіб роботи електромагнітних генераторів;
• 1852—1854 роки — Аньош Єдлик завершив прототип однополюсного електричного стартера;
• 1965 рік — першим практичним проєктом МГД-генератора був AVCO Mk. 25;
• 1972 рік — у колишньому Радянському Союзі почала роботу МГД-установка потужністю 25 МВт у Московській енергосистемі;
• 1987 рік — показовий агрегат МГД потужністю 25 МВт став вершиною розвитку МГД у США.

Перший електромагнітний генератор побудував Майкл Фарадей — це був фарадеївський диск із мідного диска, що обертається між полюсами підковоподібного магніту. Його вада полягала в протидії самонавідних струмів у ділянках, які не перебували під впливом магнітного поля. У пізніших гомополярних генераторах цю перешкоду усунули, використавши декілька магнітів навколо периметра диска.

Питання й відповіді

Що таке електрогенератор і як він працює?

Це пристрій для перетворення механічної енергії в електричну через електромагнітну індукцію. Механічна потужність надходить на генератор як обертання валу, а сила Лоренца, що діє на рухомі заряди в магнітному полі, перетворює її на електроенергію.

Що може обертати генератор?

Джерелом механічної енергії можуть бути парова машина, вода, вітер, двигун внутрішнього згоряння або сила людини.

З яких частин складається генератор?

З ротора, який рухається, і статора, який нерухомий. Одна частина, індуктор, створює магнітне поле, а на іншій, якорі, намотані обвитки для знімання струму.

Які бувають види генераторів?

Генератори поділяють на генератори змінного й постійного струму. Серед конструкцій відомі гомополярні, індукційні, синхронні, лінійні та магнітогідродинамічні генератори.

Чим індукційний генератор відрізняється від синхронного?

Індукційний генератор не потребує схеми збудження й регулятора швидкості та працює на частоті приєднаної мережі, але його треба початково збудити підвідною напругою або розмістити на електромережі. Лише синхронні генератори забезпечують і активну, і реактивну потужність, потрібну для електростанцій.

Що таке магнітогідродинамічний генератор?

Це генератор, який використовує пряме розділення зарядів у потоці гарячого газу крізь магнітне поле й не має обертових частин.