Elektromos generátor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. október 13-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Az elektromos generátor olyan berendezés, amelyben a nem elektromos energiafajták ( mechanikai , vegyi , termikus stb.) elektromos energiává alakulnak át .

Történelem

Jedlik dinamója

Jedlik István István magyar fizikus 1827-ben kezdett kísérletezni elektromágneses forgóeszközökkel, amelyeket elektromágneses önforgó rotoroknak nevezett el . Az 1853 és 1856 között elkészült egypólusú villanymotor prototípusában mind az álló, mind a forgó részek elektromágnesesek voltak . A dinamó koncepcióját legalább 6 évvel a Siemens és a Wheatstone előtt fogalmazta meg , de nem szabadalmaztatta a találmányt, mert úgy gondolta, nem ő az első. Ötletének lényege az volt, hogy az állandó mágnesek helyett két egymással ellentétes elektromágnest használjon, amelyek mágneses teret hoztak létre a rotor körül. Yedlik találmánya évtizedekkel megelőzte korát.

Faraday lemez

1831-ben Michael Faraday felfedezte az elektromágneses generátorok működését. Az alapelv, amelyet később Faraday törvénynek neveztek , az volt, hogy a mágneses térre merőlegesen mozgó vezető végei között potenciálkülönbség alakul ki . Megépítette az első elektromágneses generátort is, a Faraday-korongot, amely egy egypólusú generátor volt, amely egy patkómágnes pólusai között forgó rézkorongot használt . Kis állandó feszültséget és erős áramot produkált.

A kialakítás tökéletlen volt, mert az áram önzáró volt a lemez olyan részein keresztül, amelyek nem voltak a mágneses térben. A parazitaáram korlátozta az érintkező vezetékek teljesítményét, és a réztárcsa haszontalan melegítését okozta. Később az unipoláris generátoroknak sikerült megoldaniuk ezt a problémát úgy, hogy sok kis mágnest helyeztek a lemez köré, a lemez teljes kerületén elosztva, hogy egységes mezőt és áramot hozzanak létre csak egy irányban.

További hátránya volt, hogy a kimeneti feszültség nagyon kicsi volt, mert csak egy fordulat alakult ki a mágneses fluxus körül. Kísérletek kimutatták, hogy sok huzal menetének tekercsben történő felhasználásával a gyakran szükséges magasabb feszültség érhető el. A vezetékek tekercselése a generátorok minden későbbi fejlesztésének fő jellemzője lett.

A közelmúltbeli fejlesztések ( ritkaföldfém mágnesek ) azonban lehetővé tették az egypólusú motorok használatát mágnessel a forgórészen, és sok fejlesztést kell hozniuk a régebbi konstrukciókhoz.

Dynamo

A dinamó volt az első elektromos generátor, amely képes volt energiát termelni az ipar számára. Munkája az elektromágnesesség törvényein alapul, és a mechanikai energiát pulzáló egyenárammá alakítja . Egyenáramot egy mechanikus kapcsoló segítségével állítottak elő. Az első dinamót Hippolyte Pixie építette 1832-ben.

Egy sor kevésbé jelentős felfedezés után a dinamó lett a prototípus, amelyből további találmányok jelentek meg, mint például az egyenáramú motor , a generátor , a szinkronmotor , a forgó átalakító.

A dinamós gép egy állórészből áll , amely állandó mágneses teret hoz létre, és egy tekercskészletből, amely ebben a mezőben forog. Kis gépeken állandó mágneses teret lehetett létrehozni állandó mágnesekkel, nagy gépeken állandó mágneses teret egy vagy több elektromágnes hoz létre, amelyek tekercsét általában gerjesztő tekercsnek nevezik.

Nagy teljesítményű dinamókat ma már ritkán látni sehol, a váltakozó áram használatának sokoldalúbbsága miatt az elektromos hálózatokban és az elektronikus félvezető DC-AC konverterekben. A váltakozó áram felfedezése előtt azonban a hatalmas, egyenáramot termelő dinamók voltak az egyetlen módja az elektromos áram előállításának. A dinamók ma már ritkaságnak számítanak.

Elektromos gépek megfordíthatósága

E. Kh. Lenz orosz tudós már 1833-ban felhívta a figyelmet az elektromos gépek megfordíthatóságára: ugyanaz a gép működhet villanymotorként, ha árammal működik, és elektromos áramgenerátorként is szolgálhat, ha a forgórészét felhelyezik. valamilyen motor, például gőzgép általi forgásba . 1838-ban Lenz, a Jacobi villanymotor működését vizsgáló bizottság egyik tagja kísérletileg bebizonyította az elektromos gép megfordíthatóságát.

Az első elektromágneses indukció jelenségén alapuló elektromos áramgenerátort a Pixin fivérek, egy párizsi technikus építette meg 1832-ben. Ezt a generátort nehéz volt használni, mivel egy nehéz állandó mágnest úgy kellett forgatni, hogy a pólusaihoz rögzített két huzaltekercsben váltakozó elektromos áram jelenjen meg. A generátort áram egyenirányító berendezéssel látták el . Az elektromos gépek teljesítményének növelése érdekében a feltalálók növelték a mágnesek és tekercsek számát. Az egyik ilyen, 1843-ban épített gép az Emil Stehrer generátor volt. Ebben a gépben három erős mozgó mágnes és hat tekercs volt, amelyeket kézzel forgattak egy függőleges tengely körül. Így az elektromágneses áramgenerátorok fejlesztésének első szakaszában (1851-ig) állandó mágneseket használtak mágneses mező létrehozására. A második szakaszban (1851-1867) generátorokat hoztak létre, amelyekben az állandó mágneseket elektromágnesekre cserélték a teljesítmény növelése érdekében. Tekercselésüket egy független kis áramgenerátor hajtotta állandó mágnesekkel. Hasonló gépet készített az angol Henry Wilde 1863-ban.

Ennek a gépnek a működése során kiderült, hogy a fogyasztót elektromos árammal ellátó generátorok egyidejűleg képesek saját mágneseiket árammal táplálni. Kiderült, hogy az elektromágnesek magjai az áram kikapcsolása után is megtartják a maradék mágnesességet. Ennek köszönhetően egy öngerjesztő generátor nyugalmi állapotból indulva is ad áramot. 1866-1867-ben számos feltaláló kapott szabadalmat öngerjesztő gépekre.

1870-ben a belga Zenob Gramma, aki Franciaországban dolgozott, megalkotott egy generátort, amelyet széles körben használtak az iparban. A dinamójában az öngerjesztés elvét alkalmazta, és továbbfejlesztette a gyűrűs horgonyt, amelyet még 1860-ban A. Pacinotti talált fel.

Az egyik első Gramma-gépben egy vízszintes tengelyre szerelt gyűrűs armatúra forgott két elektromágnes pólusdarabjai között. Az armatúrát hajtótárcsán hajtották át , az elektromágneses tekercseket sorba kapcsolták az armatúra tekercselésével. A Gramm generátor egyenáramot biztosított, amelyet a kollektor felületén csúszó fémkefék segítségével távolítottak el. Az 1873-as Bécsi Nemzetközi Kiállításon két egyforma Gramm-gépet mutattak be, amelyeket 1 kilométer hosszú vezetékek kötöttek össze. Az egyik gépet belső égésű motor hajtotta , és elektromos energia generátorként szolgált. A második gép elektromos energiát kapott vezetékeken keresztül az elsőtől, és motorként működve mozgásba hozta a szivattyút . Lenz által felfedezett elektromos gépek reverzibilitásának látványos bemutatója volt, valamint az energia távolról történő továbbításának elve.

Mielőtt az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatát felfedezték volna, elektrosztatikus generátorokat használtak, amelyek az elektrosztatika elvei alapján működtek . Nagy feszültséget tudtak termelni, de kevés volt az áramuk . Munkájuk az elektromos töltések egyik elektródáról a másikra való átvitelére villamosított övek, lemezek és tárcsák felhasználásán alapult . A díjakat a következő két elv valamelyikével generáltuk:

Az alacsony hatásfok és a nagyfeszültségű gépek szigetelésének nehézségei miatt az elektrosztatikus generátorok alacsony teljesítményűek voltak, és soha nem használták ipari méretű villamos energia előállítására. A mai napig fennmaradt ilyen típusú gépek például az elektroforos gép és a Van de Graaff generátor .

Egyéb forgást használó elektromos generátorok

Kommutátor nélkül a dinamó egy példa a generátorra . Az elektromechanikus kommutátorral a dinamó egy klasszikus egyenáramú generátor . A generátornak mindig állandó forgórész-fordulatszámmal kell rendelkeznie , és szinkronban kell lennie az áramelosztó hálózat többi generátorával. Az egyenáramú generátor bármely rotorfrekvencián működhet a megengedett határokon belül, de egyenáramot generál.

MHD generátor

A magnetohidrodinamikus generátor közvetlenül generál villamos energiát egy plazma vagy más hasonló vezetőképes közeg (például folyékony elektrolit ) energiájából, amely mágneses mezőn keresztül mozog, forgó alkatrészek használata nélkül. Az ilyen típusú generátorok fejlesztése azért kezdődött, mert magas hőmérsékletű égéstermékeket állít elő, amelyek kombinált ciklusú erőművekben gőz melegítésére használhatók, és így növelik az általános hatásfokot . Az MHD generátor megfordítható eszköz, vagyis motorként is használható.

Osztályozás

Elektromechanikus indukciós generátorok

Az elektromechanikus generátor  olyan elektromos gép , amelyben a mechanikai munkát elektromos energiává alakítják .

 - kapcsolatot hoz létre az EMF és a generátor tekercsén áthatoló mágneses fluxus változási sebessége között.

Az elektromechanikus generátorok osztályozása

Lásd még

Linkek

Jegyzetek

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz a  Hindukushban . Az eredetiből archiválva : 2015. október 1.