Elektrisk generator

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 oktober 2022; verifiering kräver 1 redigering .

En elektrisk generator är en enhet där icke-elektriska energislag ( mekanisk , kemisk , termisk , etc.) omvandlas till elektrisk energi .

Historik

Jedliks dynamo

1827 började den ungerske fysikern Anjos Istvan Jedlik experimentera med elektromagnetiska roterande anordningar, som han kallade elektromagnetiska självroterande rotorer . I prototypen av hans unipolära elmotor (färdig mellan 1853 och 1856) var både de stationära och roterande delarna elektromagnetiska . Han formulerade konceptet med dynamo minst 6 år före Siemens och Wheatstone , men patenterade inte uppfinningen eftersom han trodde att han inte var den första att göra det. Kärnan i hans idé var att använda två motsatt placerade elektromagneter istället för permanentmagneter , vilket skapade ett magnetfält runt rotorn. Yedliks uppfinning var decennier före sin tid.

Faraday disk

1831 upptäckte Michael Faraday hur elektromagnetiska generatorer fungerar. Principen, senare kallad Faradays lag , var att en potentialskillnad bildades mellan ändarna på en ledare som rörde sig vinkelrätt mot ett magnetfält . Han byggde också den första elektromagnetiska generatorn, kallad Faraday-skivan, som var en unipolär generator som använde en kopparskiva som roterade mellan polerna på en hästskomagnet . Den producerade en liten konstant spänning och en stark ström.

Designen var ofullkomlig, eftersom strömmen var självstängande genom delar av skivan som inte fanns i magnetfältet. Parasitisk ström begränsade kraften som togs från kontaktledningarna och orsakade värdelös uppvärmning av kopparskivan. Senare lyckades unipolära generatorer lösa detta problem genom att placera många små magneter runt skivan, fördelade runt hela skivans omkrets, för att skapa ett enhetligt fält och ström i endast en riktning.

En annan nackdel var att utspänningen var mycket liten eftersom det bara bildades ett varv runt det magnetiska flödet. Experiment har visat att genom att använda många trådvarv i en spole kan den ofta erforderliga högre spänningen erhållas. Lindningar av ledningar blev det huvudsakliga kännetecknet för alla efterföljande utvecklingar av generatorer.

De senaste framstegen ( sällsynta jordartsmagneter ) har dock möjliggjort unipolära motorer med en magnet på rotorn, och borde ge många förbättringar till äldre konstruktioner.

Dynamo

Dynamon var den första elektriska generatorn som kunde producera kraft till industrin. Dess arbete är baserat på elektromagnetismens lagar för att omvandla mekanisk energi till en pulserande likström . Likström genererades med hjälp av en mekanisk omkopplare. Den första dynamo byggdes av Hippolyte Pixie 1832.

Efter att ha gått igenom en serie mindre betydande upptäckter blev dynamo prototypen från vilken ytterligare uppfinningar dök upp, såsom en DC-motor , en generator , en synkronmotor , en roterande omvandlare.

En dynamomaskin består av en stator , som skapar ett konstant magnetfält, och en uppsättning lindningar som roterar i detta fält. På små maskiner skulle ett konstant magnetfält kunna skapas med hjälp av permanentmagneter, på stora maskiner skapas ett konstant magnetfält av en eller flera elektromagneter, vars lindningar brukar kallas excitationslindningar.

Stora kraftfulla dynamos ses nu sällan någonstans, på grund av den större mångsidigheten att använda växelström i kraftnät och elektroniska solid -state DC-AC-omvandlare. Men innan växelström upptäcktes var enorma dynamos som producerade likström det enda sättet att generera elektricitet. Dynamon är nu en sällsynthet.

Reversibilitet av elektriska maskiner

Redan 1833 påpekade den ryske vetenskapsmannen E. Kh Lenz reversibiliteten hos elektriska maskiner: samma maskin kan fungera som en elektrisk motor om den drivs av ström, och kan fungera som en elektrisk strömgenerator om dess rotor sätts in. i rotation av någon typ av motor, till exempel ångmaskin . År 1838 bevisade Lenz, en av medlemmarna i kommissionen för att testa funktionen av Jacobis elmotor , experimentellt den elektriska maskinens reversibilitet.

Den första elektriska strömgeneratorn baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion byggdes 1832 av bröderna Pixin, en parisisk tekniker. Denna generator var svår att använda, eftersom det var nödvändigt att rotera en tung permanentmagnet så att en elektrisk växelström uppträdde i två trådspolar, fixerade nära dess poler. Generatorn var utrustad med en anordning för att likrikta strömmen . I ett försök att öka kraften hos elektriska maskiner ökade uppfinnarna antalet magneter och spolar. En sådan maskin, byggd 1843, var Emil Stehrer-generatorn. Denna maskin hade tre starka rörliga magneter och sex spolar roterade för hand runt en vertikal axel. Sålunda, i det första steget i utvecklingen av elektromagnetiska strömgeneratorer (fram till 1851), användes permanentmagneter för att erhålla ett magnetfält. I det andra steget (1851-1867) skapades generatorer, där permanenta magneter ersattes av elektromagneter för att öka effekten. Deras lindning drevs av en oberoende liten strömgenerator med permanentmagneter. En liknande maskin skapades av engelsmannen Henry Wilde 1863.

Under driften av denna maskin visade det sig att generatorerna, som förser konsumenten med elektricitet, samtidigt kan mata sina egna magneter med ström. Det visade sig att elektromagneternas kärnor behåller kvarvarande magnetism efter att strömmen stängts av. Tack vare detta ger en självexciterad generator ström även när den startas från vila. 1866-1867 fick ett antal uppfinnare patent på maskiner med självexcitering.

1870 skapade belgaren Zenob Gramma, som arbetade i Frankrike, en generator som användes flitigt inom industrin. I sin dynamo använde han principen om självexcitering och förbättrade ringankaret, som uppfanns redan 1860 av A. Pacinotti.

I en av de första Gramma-maskinerna roterade ett ringarmatur monterat på en horisontell axel mellan polstyckena på två elektromagneter. Ankaret drevs genom en drivremskiva , elektromagnetlindningarna kopplades i serie med ankarlindningen. Gramm-generatorn gav en likström, som togs bort med hjälp av metallborstar som gled längs ytan på kollektorn. På den internationella utställningen i Wien 1873 visades två identiska Gramm-maskiner, sammankopplade med 1 kilometer långa ledningar. En av maskinerna drevs av en förbränningsmotor och fungerade som en generator av elektrisk energi. Den andra maskinen fick elektrisk energi genom ledningar från den första och som en motor satte pumpen igång . Det var en spektakulär demonstration av elektriska maskiners reversibilitet, upptäckt av Lenz, och en demonstration av principen att överföra energi över avstånd.

Innan sambandet mellan elektricitet och magnetism upptäcktes användes elektrostatiska generatorer som arbetade utifrån elektrostatikens principer . De kunde producera hög spänning men hade lite ström . Deras arbete baserades på användningen av elektrifierade bälten, plattor och skivor för att överföra elektriska laddningar från en elektrod till en annan. Avgifter genererades enligt en av två principer:

På grund av låg verkningsgrad och svårigheten att isolera högspänningsmaskiner, var elektrostatiska generatorer av låg effekt och användes aldrig för att generera elektricitet i industriell skala. Exempel på maskiner av detta slag som har överlevt till denna dag är elektroformaskinen och Van de Graaff-generatorn .

Andra elektriska generatorer som använder rotation

Utan en kommutator är en dynamo ett exempel på en generator . Med en elektromekanisk kommutator är en dynamo en klassisk DC-generator . Generatorn ska alltid ha konstant rotorvarvtal och vara synkroniserad med andra generatorer i kraftdistributionsnätet. DC-generatorn kan arbeta vid vilken rotorfrekvens som helst inom dess tillåtna gränser, men genererar likström.

MHD generator

En magnetohydrodynamisk generator genererar direkt elektricitet från energin från ett plasma eller annat liknande ledande medium (som en flytande elektrolyt ) som rör sig genom ett magnetfält, utan användning av roterande delar. Utvecklingen av generatorer av denna typ började eftersom de producerar högtemperaturförbränningsprodukter som kan användas för att värma ånga i kraftverk med kombinerad cykel och därmed öka den totala effektiviteten . MHD-generatorn är en reversibel enhet, det vill säga den kan också användas som en motor.

Klassificering

Elektromekaniska induktionsgeneratorer

En elektromekanisk generator  är en elektrisk maskin där mekaniskt arbete omvandlas till elektrisk energi .

 - upprättar ett samband mellan EMF och förändringshastigheten för det magnetiska flödet som penetrerar generatorns lindning.

Klassificering av elektromekaniska generatorer

Se även

Länkar

Anteckningar

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz vid  Hindukush . Arkiverad från originalet den 1 oktober 2015.