Elektrisk generator

Elektrisk generator , även kallad dynamo , vilken maskin som helst som omvandlar mekanisk energi till elektricitet för överföring och distribution över kraftledningar till inhemska, kommersiella och industriella kunder. Generatorer producerar också den elektriska kraft som krävs för bilar, flygplan, fartyg och tåg.

Den mekaniska effekten för en elektrisk generator erhålls vanligtvis från en roterande axel och är lika med axelns vridmoment multiplicerat med rotations- eller vinkelhastigheten. Den mekaniska kraften kan komma från ett antal källor: hydrauliska turbiner vid dammar eller vattenfall; vindturbiner; ångturbiner med ånga som produceras med värme från förbränning av fossila bränslen eller från kärnklyvning. gasturbiner som bränner gas direkt i turbinen; eller bensin- och dieselmotorer. Generatorns konstruktion och hastighet kan variera avsevärt beroende på egenskaperna hos den mekaniska drivmotorn.



Nästan alla generatorer som används för att leverera elnät genererar växelström , som vänder polariteten vid en fast frekvens (vanligtvis 50 eller 60 cykler, eller dubbla reverseringar, per sekund). Eftersom ett antal generatorer är anslutna till ett kraftnät måste de arbeta vid samma frekvens för samtidig produktion. De är därför kända som synkrona generatorer eller i vissa fall sammanhang , generatorer.



vad var de allierade makterna i ww1

Synkrona generatorer

En viktig anledning till att välja växelström för kraftnät är att dess ständiga variation med tiden tillåter användning av transformatorer. Dessa enheter omvandlar elkraft oavsett vilken spänning och ström den genereras till högspänning och lågström för långdistansöverföring och transformerar sedan ner den till en lågspänning som är lämplig för varje enskild konsument (vanligtvis 120 eller 240 volt för hushållstjänster). Den särskilda formen av växelström som används är a sinusvåg , som har den form som visas iFigur 1. Detta har valts eftersom det är den enda repetitiva formen för vilken två vågor som förskjutits från varandra i tid kan läggas till eller subtraheras och har samma form som resultatet. Idealet är då att ha alla spänningar och strömmar i sinusform. Den synkrona generatorn är konstruerad för att producera denna form så exakt som praktiskt. Detta kommer att framgå när huvudkomponenterna och egenskaperna hos en sådan generator beskrivs nedan.

Sinusvåg.

Sinusvåg. Encyclopaedia Britannica, Inc.



Rotor

En elementär synkron generator visas i tvärsnitt ifigur 2. Rotorns centrala axel är kopplad till den mekaniska drivmotorn. De magnetiskt fält produceras av ledare eller spolar, lindade i slitsar som skärs i ytan på den cylindriska järnrotorn. Denna uppsättning spolar, seriekopplade, är sålunda känd som fältlindningen. Fältspolarnas position är sådan att den utåtriktade eller radiella komponenten i magnetfältet som produceras i luftspalten till statorn är ungefär sinusformigt fördelad runt periferi av rotorn. Ifigur 2är fältdensiteten i luftspalten maximalt utåt längst upp, maximalt inåt längst ner och noll vid de båda sidorna, vilket ungefär en sinusformad fördelning.

swastica var kom det ifrån
Elementär synkron generator.

Elementär synkron generator. Encyclopædia Britannica, Inc.

den del av det elektromagnetiska spektrumet som har de längsta våglängderna är.

Stator

Elementets generatorstator ifigur 2består av en cylindrisk ring av järn för att ge en enkel väg för magnetflödet. I detta fall innehåller statorn endast en spole, varvid de två sidorna är inrymda i slitsar i strykjärnet och ändarna är förbundna med varandra genom krökta ledare runt statorperiferin. Spolen består normalt av ett antal varv.



När rotorn roteras induceras en spänning i statorspolen. När som helst är spänningsstorleken proportionell mot den hastighet med vilken magnetfältet som omringas av spolen ändras med tiden - dvs den hastighet med vilken magnetfältet passerar de båda sidorna av spolen. Spänningen blir därför maximal i en riktning när rotorn har vridit 90 ° från det läge som visas ifigur 2och kommer att vara maximalt i motsatt riktning 180 ° senare. Vågformen för spänningen kommer att vara ungefär av sinusformen som visas iFigur 1.

Frekvens

Generatorns rotorstruktur ifigur 2har två poler, en för magnetflöde riktad utåt och en motsvarande för flux riktad inåt. En komplett sinusvåg induceras i statorspolen för varje rotering av rotorn. Frekvensen för den elektriska utgången, mätt i hertz (cykler per sekund) är därför lika med rotorhastigheten i varv per sekund. För att tillföra en elförsörjning vid 60 hertz, till exempel, måste drivkraften och rotorhastigheten vara 60 varv per sekund eller 3600 varv per minut. Detta är en bekväm hastighet för många ång- och gasturbiner. För mycket stora turbiner kan en sådan hastighet vara för hög på grund av mekanisk belastning. I detta fall är generatorrotorn utformad med fyra poler åtskilda med 90 ° intervall. Spänningen som induceras i en statorspiral, som spänner över en liknande vinkel på 90 °, kommer att bestå av två kompletta sinusvågor per varv. Den erforderliga rotorhastigheten för en frekvens på 60 hertz är då 1800 varv per minut. För lägre hastigheter, som används av de flesta vattenturbiner, kan ett större antal polpar användas. De möjliga värdena för rotorhastighet, i varv per minut, är lika med 120 f / sid , var f är frekvensen och sid antalet poler.