Generator electric

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 13 octombrie 2022; verificarea necesită 1 editare .

Un generator electric este un dispozitiv în care tipurile de energie neelectrică ( mecanică , chimică , termică etc.) sunt convertite în energie electrică .

Istorie

Dinamul lui Jedlik

În 1827, fizicianul maghiar Anjos Istvan Jedlik a început să experimenteze cu dispozitive electromagnetice rotative, pe care le-a numit rotoare electromagnetice cu rotație automată . În prototipul motorului său electric unipolar (finalizat între 1853 și 1856), atât părțile staționare, cât și cele rotative erau electromagnetice . El a formulat conceptul de dinam cu cel puțin 6 ani înainte de Siemens și Wheatstone , dar nu a brevetat invenția pentru că a crezut că nu a fost primul care a făcut acest lucru. Esența ideii sale a fost să folosească doi electromagneți amplasați opus în loc de magneți permanenți , care au creat un câmp magnetic în jurul rotorului. Invenția lui Yedlik a fost cu decenii înaintea timpului său.

Disc Faraday

În 1831, Michael Faraday a descoperit cum funcționează generatoarele electromagnetice. Principiul, numit mai târziu legea lui Faraday , a fost că s- a format o diferență de potențial între capetele unui conductor care se mișca perpendicular pe un câmp magnetic . El a construit, de asemenea, primul generator electromagnetic, numit disc Faraday, care era un generator unipolar folosind un disc de cupru care se rotește între polii unui magnet de potcoavă . A produs o tensiune mică constantă și un curent puternic.

Designul era imperfect, deoarece curentul se auto-închidea prin părți ale discului care nu se aflau în câmpul magnetic. Curentul parazit a limitat puterea preluată de la firele de contact și a provocat încălzirea inutilă a discului de cupru. Ulterior, generatoarele unipolare au reușit să rezolve această problemă plasând în jurul discului mulți magneți mici, repartizați pe întregul perimetru al discului, pentru a crea un câmp uniform și curent într-o singură direcție.

Un alt dezavantaj a fost faptul că tensiunea de ieșire era foarte mică, deoarece în jurul fluxului magnetic s-a format o singură tură. Experimentele au arătat că prin utilizarea multor spire de sârmă într-o bobină, se poate obține tensiunea mai mare deseori necesară. Înfășurările de fire au devenit principala trăsătură caracteristică a tuturor dezvoltărilor ulterioare ale generatoarelor.

Cu toate acestea, progresele recente ( magneți cu pământuri rare ) au făcut posibile motoare unipolare cu un magnet pe rotor și ar trebui să aducă multe îmbunătățiri la modelele mai vechi.

Dinamo

Dinamo a fost primul generator electric capabil să producă energie pentru industrie. Lucrarea sa se bazează pe legile electromagnetismului pentru a transforma energia mecanică într-un curent continuu pulsatoriu . Curentul continuu a fost generat prin utilizarea unui comutator mecanic. Primul dinam a fost construit de Hippolyte Pixie în 1832.

După ce a trecut printr-o serie de descoperiri mai puțin semnificative, dinamul a devenit prototipul din care au apărut alte invenții, cum ar fi un motor de curent continuu , un alternator , un motor sincron , un convertor rotativ.

O mașină dinam constă dintr-un stator , care creează un câmp magnetic constant și un set de înfășurări care se rotesc în acest câmp. La mașinile mici, un câmp magnetic constant ar putea fi creat folosind magneți permanenți, la mașinile mari, un câmp magnetic constant este creat de unul sau mai mulți electromagneți, ale căror înfășurări sunt de obicei numite înfășurări de excitație.

Dinamele mari puternice sunt acum rareori văzute oriunde, datorită versatilității mai mari a utilizării curentului alternativ în rețelele de alimentare și a convertoarelor electronice DC-AC cu stare solidă . Cu toate acestea, înainte de a fi descoperit curentul alternativ, dinamurile uriașe producătoare de curent continuu erau singura modalitate de a genera electricitate. Dinamole sunt acum o raritate.

Reversibilitatea mașinilor electrice

Încă din 1833, omul de știință rus E. Kh. Lenz a subliniat reversibilitatea mașinilor electrice: aceeași mașină poate funcționa ca un motor electric dacă este alimentată de curent și poate servi ca generator de curent electric dacă rotorul său este pus. în rotație de către un fel de motor, de exemplu motor cu abur . În 1838, Lenz, unul dintre membrii comisiei de testare a funcționării motorului electric Jacobi , a demonstrat experimental reversibilitatea mașinii electrice.

Primul generator de curent electric bazat pe fenomenul inducției electromagnetice a fost construit în 1832 de către frații Pixin, un tehnician parizian. Acest generator era greu de utilizat, deoarece era necesar să se rotească un magnet permanent greu, astfel încât un curent electric alternativ să apară în două bobine de sârmă, fixate lângă polii săi. Generatorul era echipat cu un dispozitiv de redresare a curentului . În efortul de a crește puterea mașinilor electrice, inventatorii au crescut numărul de magneți și bobine. O astfel de mașină, construită în 1843, a fost generatorul Emil Stehrer. Această mașină avea trei magneți puternici în mișcare și șase bobine rotite manual în jurul unei axe verticale. Astfel, în prima etapă a dezvoltării generatoarelor de curent electromagnetic (până în 1851), magneții permanenți au fost utilizați pentru obținerea unui câmp magnetic. În a doua etapă (1851-1867), au fost create generatoare, în care magneții permanenți au fost înlocuiți cu electromagneți pentru a crește puterea. Înfășurarea lor era alimentată de un mic generator de curent independent cu magneți permanenți. O mașină similară a fost creată de englezul Henry Wilde în 1863.

În timpul funcționării acestei mașini, s-a dovedit că generatoarele, care furnizează consumatorului cu energie electrică, își pot alimenta simultan propriii magneți cu curent. S-a dovedit că nucleele electromagneților păstrează magnetismul rezidual după ce curentul este oprit. Datorită acestui fapt, un generator autoexcitat dă curent chiar și atunci când este pornit din repaus. În 1866-1867, un număr de inventatori au primit brevete pentru mașini cu autoexcitare.

În 1870, belgianul Zenob Gramma, care lucra în Franța, a creat un generator care a fost utilizat pe scară largă în industrie. În dinamul său, a folosit principiul autoexcitației și a îmbunătățit ancora inelului, inventată încă din 1860 de A. Pacinotti.

Într-una dintre primele mașini Gramma, o armătură inelară montată pe un arbore orizontal s-a rotit între piesele polare a doi electromagneți. Armătura a fost antrenată printr-un scripete de antrenare , înfășurările electromagneților au fost conectate în serie cu înfășurarea armăturii. Generatorul Gramm a furnizat un curent continuu, care a fost eliminat folosind perii metalice care alunecau de-a lungul suprafeței colectorului. La Expoziția Internațională de la Viena din 1873 au fost prezentate două mașini Gramm identice, conectate prin fire de 1 kilometru lungime. Una dintre mașini era condusă de un motor cu ardere internă și a servit drept generator de energie electrică. A doua mașină a primit energie electrică prin fire de la prima și, acționând ca un motor, a pus pompa în mișcare . A fost o demonstrație spectaculoasă a reversibilității mașinilor electrice, descoperită de Lenz, și o demonstrație a principiului transmiterii energiei la distanță.

Înainte de a fi descoperită legătura dintre electricitate și magnetism, s-au folosit generatoare electrostatice , care funcționau pe baza principiilor electrostaticii . Ele puteau produce tensiune înaltă, dar aveau puțin curent . Munca lor s-a bazat pe utilizarea curelelor, plăcilor și discurilor electrificate pentru a transfera sarcini electrice de la un electrod la altul. Taxele au fost generate folosind unul dintre cele două principii:

Datorită eficienței scăzute și dificultății de a izola mașinile de înaltă tensiune, generatoarele electrostatice erau de putere redusă și nu au fost niciodată folosite pentru a genera electricitate la scară industrială. Exemple de mașini de acest fel care au supraviețuit până în zilele noastre sunt mașina cu electrofor și generatorul Van de Graaff .

Alte generatoare electrice care folosesc rotația

Fără comutator, un dinam este un exemplu de alternator . Cu un comutator electromecanic, un dinam este un generator de curent continuu clasic . Alternatorul trebuie să aibă întotdeauna o turație constantă a rotorului și să fie sincronizat cu alte generatoare din rețeaua de distribuție a energiei electrice. Generatorul de curent continuu poate funcționa la orice frecvență a rotorului în limitele sale permise, dar generează curent continuu.

generator MHD

Un generator magnetohidrodinamic generează direct electricitate din energia unei plasme sau a altui mediu conductiv similar (cum ar fi un electrolit lichid ) care se deplasează printr-un câmp magnetic, fără a utiliza piese rotative. Dezvoltarea generatoarelor de acest tip a început deoarece produce produse de ardere la temperatură înaltă care pot fi utilizate pentru a încălzi aburul în centralele electrice cu ciclu combinat și, astfel, pentru a crește eficiența generală . Generatorul MHD este un dispozitiv reversibil, adică poate fi folosit și ca motor.

Clasificare

Generatoare electromecanice de inducție

Un generator electromecanic  este o mașină electrică în care lucrul mecanic este transformat în energie electrică .

 - stabilește o relație între EMF și viteza de modificare a fluxului magnetic care pătrunde în înfășurarea generatorului.

Clasificarea generatoarelor electromecanice

Vezi și

Link -uri

Note

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz la  Hindukush . Arhivat din original la 1 octombrie 2015.