גנרטורים

גנרטורים הם מכשירים הממירים צורות אחרות של אנרגיה לאנרגיה חשמלית. בשנת 1832, הצרפתי ביקסי המציא את הגנרטור.

גנרטור מורכב מרוטור וסטטור. הרוטור ממוקם בחלל המרכזי של הסטטור. יש לו קטבים מגנטיים על הרוטור כדי ליצור שדה מגנטי. כאשר המנוע הראשי מניע את הרוטור לסיבוב, מועברת אנרגיה מכנית. הקטבים המגנטיים של הרוטור מסתובבים במהירות גבוהה יחד עם הרוטור, וגורמים לשדה המגנטי לתקשר עם סליל הסטטור. אינטראקציה זו גורמת לשדה המגנטי לחתוך את מוליכי סליל הסטטור, וליצור כוח אלקטרו-מניע מושרה, ובכך להמיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. גנרטורים מחולקים לגנרטורים DC וגנרטורים AC, הנמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי וחקלאי, בהגנה הלאומית, במדע ובטכנולוגיה ובחיי היומיום.

פרמטרים מבניים

גנרטורים מורכבים בדרך כלל מסטטור, רוטור, מכסי קצה ומיסבים.

הסטטור מורכב מליבת סטטור, פיתולי חוט, מסגרת וחלקים מבניים אחרים המתקנים חלקים אלה.

הרוטור מורכב מסליל ליבת הרוטור (או קוטב מגנטי, משנק מגנטי), טבעת הגנה, טבעת מרכזית, טבעת החלקה, מאוורר וציר הרוטור ורכיבים אחרים.

הסטטור והרוטור של הגנרטור מחוברים ומורכבים באמצעות מיסבים וכיסויי קצה, כך שהרוטור יכול להסתובב בתוך הסטטור ולבצע את תנועת חיתוך קווי הכוח המגנטיים, ובכך לייצר את הפוטנציאל החשמלי המושרה, המובל החוצה דרך הדקים ומחובר למעגל, ולאחר מכן נוצר הזרם החשמלי.

תכונות פונקציונליות

ביצועי גנרטור סינכרוני מאופיינים בעיקר במאפייני פעולה ללא עומס ועומס. מאפיינים אלה מהווים בסיס חשוב למשתמשים בבחירת גנרטורים.

אפיון ללא עומס:כאשר גנרטור פועל ללא עומס, זרם הארמטורה הוא אפס, מצב המכונה פעולה במעגל פתוח. בשלב זה, לסליל התלת-פאזי של סטטור המנוע יש רק את הכוח האלקטרו-מונע ללא עומס E0 (סימטריה תלת-פאזית) המושרה על ידי זרם העירור If, וגודלו עולה עם העלייה ב-If. עם זאת, השניים אינם פרופורציונליים מכיוון שליבת המעגל המגנטי של המנוע רוויה. העקומה המשקפת את הקשר בין הכוח האלקטרו-מונע ללא עומס E0 לבין זרם העירור If נקראת מאפיין ללא עומס של גנרטור סינכרוני.

תגובת ארמטורה:כאשר גנרטור מחובר לעומס סימטרי, הזרם התלת-פאזי בסליל הארמטורה מייצר שדה מגנטי מסתובב נוסף, הנקרא שדה תגובת הארמטורה. מהירותו שווה לזו של הרוטור, והשניים מסתובבים בסינכרוני.

ניתן לקרב את שדה הארמטורה הריאקטיבי ואת שדה עירור הרוטור של גנרטורים סינכרוניים כמחולקים לפי חוק סינוסואידלי. הפרש הפאזה המרחבי שלהם תלוי בהפרש הפאזה בזמן בין הכוח האלקטרו-מניע E0 ללא עומס לבין זרם הארמטורה I. בנוסף, שדה התגובה של הארמטורה קשור גם לתנאי העומס. כאשר עומס הגנרטור הוא אינדוקטיבי, לשדה התגובה של הארמטורה יש אפקט דה-מגנטיזציה, מה שמוביל לירידה במתח הגנרטור. לעומת זאת, כאשר העומס קיבולי, לשדה התגובה של הארמטורה יש אפקט מגנטיזציה, מה שמגדיל את מתח המוצא של הגנרטור.

מאפייני פעולת עומס:זה מתייחס בעיקר למאפיינים חיצוניים ומאפייני כוונון. המאפיין החיצוני מתאר את הקשר בין מתח ההדק U של הגנרטור לבין זרם העומס I, בהינתן מהירות מדורגת קבועה, זרם עירור ומקדם הספק עומס. מאפיין הכוונון מתאר את הקשר בין זרם העירור If לבין זרם העומס I, בהינתן מהירות מדורגת קבועה, מתח ההדק ומקדם הספק עומס.

קצב שינוי המתח של גנרטורים סינכרוניים הוא כ-20-40%. עומסים תעשייתיים וביתיים אופייניים דורשים מתח קבוע יחסית. לכן, יש להתאים את זרם העירור בהתאם ככל שזרם העומס עולה. למרות שמגמת השינוי של מאפיין הוויסות הפוכה מהמאפיין החיצוני, הוא עולה עבור עומסים אינדוקטיביים והתנגדותיים גרידא, בעוד שהוא בדרך כלל יורד עבור עומסים קיבוליים.

עקרון עבודה

גנרטור דיזל

מנוע דיזל מניע גנרטור, הממיר את האנרגיה מסולר לאנרגיה חשמלית. בתוך הצילינדר של מנוע דיזל, אוויר נקי, המסונן על ידי מסנן האוויר, מתערבב היטב עם סולר אטומי בלחץ גבוה המוזרק על ידי מזרק הדלק. כאשר הבוכנה נעה כלפי מעלה, ודוחסת את התערובת, נפחה יורד והטמפרטורה עולה במהירות עד שהיא מגיעה לנקודת ההצתה של סולר. פעולה זו מציתה את סולר, וגורמת לתערובת להתלקח באלימות. ההתפשטות המהירה של הגזים מאלצת את הבוכנה כלפי מטה, תהליך המכונה 'עבודה'.

גנרטור בנזין

מנוע בנזין מניע גנרטור, הממיר את האנרגיה הכימית של הבנזין לאנרגיה חשמלית. בתוך הצילינדר של מנוע בנזין, תערובת של דלק ואוויר עוברת בעירה מהירה, וכתוצאה מכך מתפשטת נפח מהירה שמאלצת את הבוכנה כלפי מטה ומבצעת עבודה.

בגנרטורים של דיזל ובנזין כאחד, כל צילינדר פועל ברצף בסדר מסוים. הכוח המופעל על הבוכנה הופך על ידי מוט החיבור לכוח סיבובי, אשר מניע את גל הארכובה. גנרטור AC סינכרוני ללא מברשות, המותקן באופן קואקסיאלי עם גל הארכובה של מנוע הכוח, מאפשר לסיבוב המנוע להניע את הרוטור של הגנרטור. בהתבסס על עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית, הגנרטור מייצר לאחר מכן כוח אלקטרו-מניע מושרה, המייצר זרם דרך מעגל עומס סגור.