Elektrisk generator

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 13. oktober 2022; verifikation kræver 1 redigering .

En elektrisk generator er en enhed, hvor ikke-elektriske energityper ( mekanisk , kemisk , termisk osv.) omdannes til elektrisk energi .

Historie

Jedliks dynamo

I 1827 begyndte den ungarske fysiker Anjos Istvan Jedlik at eksperimentere med elektromagnetiske roterende enheder, som han kaldte elektromagnetiske selvroterende rotorer . I prototypen af ​​hans unipolære elektriske motor (færdiggjort mellem 1853 og 1856), var både de stationære og roterende dele elektromagnetiske . Han formulerede konceptet med dynamoen mindst 6 år før Siemens og Wheatstone , men patenterede ikke opfindelsen, fordi han troede, at han ikke var den første til at gøre det. Essensen af ​​hans idé var at bruge to modsat placerede elektromagneter i stedet for permanente magneter , som skabte et magnetfelt omkring rotoren. Yedliks opfindelse var årtier forud for sin tid.

Faraday disk

I 1831 opdagede Michael Faraday , hvordan elektromagnetiske generatorer fungerer. Princippet, senere kaldet Faradays lov , var, at der dannedes en potentialforskel mellem enderne af en leder, der bevægede sig vinkelret på et magnetfelt . Han byggede også den første elektromagnetiske generator, kaldet Faraday-skiven, som var en unipolær generator ved hjælp af en kobberskive, der roterede mellem polerne på en hesteskomagnet . Det producerede en lille konstant spænding og en stærk strøm.

Designet var ufuldkomment, fordi strømmen var selvlukkende gennem dele af disken, der ikke var i magnetfeltet. Parasitisk strøm begrænsede strømmen fra kontaktledningerne og forårsagede ubrugelig opvarmning af kobberskiven. Senere lykkedes det unipolære generatorer at løse dette problem ved at placere mange små magneter rundt om disken, fordelt rundt om hele diskens omkreds, for at skabe et ensartet felt og strøm i kun én retning.

En anden ulempe var, at udgangsspændingen var meget lille, fordi der kun blev dannet en vinding omkring den magnetiske flux. Eksperimenter har vist, at ved at bruge mange ledningsvindinger i en spole kan den ofte krævede højere spænding opnås. Viklinger af ledninger blev det vigtigste karakteristiske træk ved alle efterfølgende udviklinger af generatorer.

Men de seneste fremskridt ( sjældne jordarters magneter ) har muliggjort unipolære motorer med en magnet på rotoren, og bør bringe mange forbedringer til ældre designs.

Dynamo

Dynamoen var den første elektriske generator, der var i stand til at producere strøm til industrien. Dets arbejde er baseret på elektromagnetismens love for at konvertere mekanisk energi til en pulserende jævnstrøm . Jævnstrøm blev genereret ved brug af en mekanisk afbryder. Den første dynamo blev bygget af Hippolyte Pixie i 1832.

Efter at have gennemgået en række mindre betydningsfulde opdagelser blev dynamoen prototypen, hvorfra yderligere opfindelser dukkede op, såsom en jævnstrømsmotor , en generator , en synkronmotor , en roterende konverter.

En dynamomaskine består af en stator , som skaber et konstant magnetfelt, og et sæt viklinger, der roterer i dette felt. På små maskiner kunne et konstant magnetfelt skabes ved hjælp af permanente magneter, på store maskiner skabes et konstant magnetfelt af en eller flere elektromagneter, hvis viklinger normalt kaldes excitationsviklinger.

Store kraftfulde dynamoer ses nu sjældent nogen steder, på grund af den større alsidighed ved at bruge vekselstrøm i strømnetværk og elektroniske solid -state DC-AC-konvertere. Men før vekselstrøm blev opdaget, var enorme dynamoer, der producerede jævnstrøm, den eneste måde at generere elektricitet på. Dynamoer er nu en sjældenhed.

Reversibilitet af elektriske maskiner

Allerede i 1833 påpegede den russiske videnskabsmand E. Kh. Lenz reversibiliteten af ​​elektriske maskiner: den samme maskine kan fungere som en elektrisk motor, hvis den drives af strøm, og kan fungere som en elektrisk strømgenerator, hvis dens rotor sættes i. til rotation af en slags motor, for eksempel dampmaskine . I 1838 beviste Lenz, et af medlemmerne af kommissionen for at teste driften af ​​Jacobi -elektromotoren , eksperimentelt reversibiliteten af ​​den elektriske maskine.

Den første elektriske strømgenerator baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion blev bygget i 1832 af Pixin-brødrene, en parisisk tekniker. Denne generator var vanskelig at bruge, da det var nødvendigt at rotere en tung permanent magnet, så en vekslende elektrisk strøm optrådte i to trådspoler, fastgjort nær dens poler. Generatoren var udstyret med en anordning til ensretning af strømmen . I et forsøg på at øge kraften i elektriske maskiner øgede opfinderne antallet af magneter og spoler. En sådan maskine, bygget i 1843, var Emil Stehrer-generatoren. Denne maskine havde tre stærke bevægelige magneter og seks spoler, der var roteret i hånden omkring en lodret akse. På det første trin i udviklingen af ​​elektromagnetiske strømgeneratorer (indtil 1851) blev permanente magneter brugt til at opnå et magnetfelt. På anden fase (1851-1867) blev der skabt generatorer, hvor permanente magneter blev erstattet af elektromagneter for at øge effekten. Deres vikling blev drevet af en uafhængig lille strømgenerator med permanente magneter. En lignende maskine blev skabt af englænderen Henry Wilde i 1863.

Under driften af ​​denne maskine viste det sig, at generatorerne, der forsyner forbrugeren med elektricitet, samtidig kan forsyne deres egne magneter med strøm. Det viste sig, at elektromagneternes kerner bevarer restmagnetisme, efter at strømmen er slukket. Takket være dette giver en selv-exciteret generator strøm, selv når den startes fra hvile. I 1866-1867 modtog en række opfindere patenter på maskiner med selv-excitering.

I 1870 skabte belgieren Zenob Gramma, der arbejdede i Frankrig, en generator, der blev meget brugt i industrien. I sin dynamo brugte han princippet om selv-excitation og forbedrede ringankeret, opfundet tilbage i 1860 af A. Pacinotti.

I en af ​​de første Gramma-maskiner roterede et ringarmatur monteret på en vandret aksel mellem polstykkerne på to elektromagneter. Armaturet blev drevet gennem en drivremskive , elektromagnetviklingerne blev forbundet i serie med ankerviklingen. Gramm-generatoren gav en jævnstrøm, som blev fjernet ved hjælp af metalbørster, der gled langs overfladen af ​​solfangeren. På den internationale udstilling i Wien i 1873 blev der vist to identiske Gramm-maskiner, forbundet med ledninger på 1 kilometer. En af maskinerne blev drevet af en forbrændingsmotor og fungerede som en generator af elektrisk energi. Den anden maskine modtog elektrisk energi gennem ledninger fra den første og satte pumpen i gang, da den fungerede som en motor . Det var en spektakulær demonstration af elektriske maskiners reversibilitet, opdaget af Lenz, og en demonstration af princippet om at transmittere energi over en afstand.

Før sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme blev opdaget, blev der brugt elektrostatiske generatorer , som arbejdede ud fra principperne for elektrostatik . De kunne producere højspænding, men havde lidt strøm . Deres arbejde var baseret på brugen af ​​elektrificerede bælter, plader og skiver til at overføre elektriske ladninger fra en elektrode til en anden. Afgifter blev genereret efter et af to principper:

På grund af lav effektivitet og vanskeligheden ved at isolere højspændingsmaskiner var elektrostatiske generatorer af lav effekt og blev aldrig brugt til at generere elektricitet i industriel skala. Eksempler på maskiner af denne art, der har overlevet den dag i dag, er elektroformaskinen og Van de Graaff-generatoren .

Andre elektriske generatorer, der bruger rotation

Uden en kommutator er en dynamo et eksempel på en generator . Med en elektromekanisk kommutator er en dynamo en klassisk jævnstrømsgenerator . Generatoren skal altid have konstant rotorhastighed og være synkroniseret med andre generatorer i strømforsyningsnettet. DC-generatoren kan fungere ved enhver rotorfrekvens inden for dens tilladte grænser, men genererer jævnstrøm.

MHD generator

En magnetohydrodynamisk generator genererer direkte elektricitet fra energien fra et plasma eller andet lignende ledende medium (såsom en flydende elektrolyt ), der bevæger sig gennem et magnetfelt uden brug af roterende dele. Udviklingen af ​​generatorer af denne type begyndte, fordi den producerer højtemperaturforbrændingsprodukter, der kan bruges til at opvarme damp i kombinerede kraftværker og dermed øge den samlede effektivitet . MHD-generatoren er en reversibel enhed, det vil sige, den kan også bruges som motor.

Klassifikation

Elektromekaniske induktionsgeneratorer

En elektromekanisk generator  er en elektrisk maskine , hvori mekanisk arbejde omdannes til elektrisk energi .

 - etablerer et forhold mellem EMF og ændringshastigheden af ​​den magnetiske flux , der trænger ind i generatorviklingen.

Klassificering af elektromekaniske generatorer

Se også

Links

Noter

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz ved  Hindukush . Arkiveret fra originalen den 1. oktober 2015.