Sähkögeneraattori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 13. lokakuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Sähkögeneraattori on laite, jossa ei-sähköiset energiatyypit ( mekaaninen , kemiallinen , lämpö jne.) muunnetaan sähköenergiaksi .

Historia

Jedlikin dynamo

Vuonna 1827 unkarilainen fyysikko Anjos Istvan Jedlik alkoi kokeilla sähkömagneettisia pyöriviä laitteita, joita hän kutsui sähkömagneettisiksi itsestään pyöriviksi roottoreiksi . Hänen yksinapaisen sähkömoottorinsa prototyypissä (valmistui vuosina 1853–1856) sekä kiinteät että pyörivät osat olivat sähkömagneettisia . Hän muotoili dynamon konseptin vähintään kuusi vuotta ennen Siemensiä ja Wheatstonea , mutta ei patentoinut keksintöä, koska hän ei luullut olevansa ensimmäinen, joka teki niin. Hänen ideansa ydin oli käyttää kahta vastakkain sijaitsevaa sähkömagneettia kestomagneettien sijaan, mikä loi magneettikentän roottorin ympärille. Yedlikin keksintö oli vuosikymmeniä aikaansa edellä.

Faraday-levy

Vuonna 1831 Michael Faraday havaitsi, kuinka sähkömagneettiset generaattorit toimivat. Periaate, jota myöhemmin kutsuttiin Faradayn laiksi , oli, että magneettikenttää vastaan ​​kohtisuorassa liikkuvan johtimen päiden välille muodostui potentiaaliero . Hän rakensi myös ensimmäisen sähkömagneettisen generaattorin, nimeltään Faraday-levy, joka oli yksinapainen generaattori käyttäen kuparilevyä, joka pyörii hevosenkenkämagneetin napojen välissä . Se tuotti pienen vakiojännitteen ja voimakkaan virran.

Suunnittelu oli epätäydellinen, koska virta sulkeutui itsestään sellaisten levyn osien läpi, jotka eivät olleet magneettikentässä. Parasiittivirta rajoitti ajolangoista otettua tehoa ja aiheutti kuparikiekon turhaa kuumenemista. Myöhemmin unipolaariset generaattorit onnistuivat ratkaisemaan tämän ongelman asettamalla useita pieniä magneetteja levyn ympärille, jaettuna levyn koko kehän ympärille yhtenäisen kentän ja virran luomiseksi vain yhteen suuntaan.

Toinen haittapuoli oli, että lähtöjännite oli hyvin pieni, koska magneettivuon ympärille muodostui vain yksi kierros. Kokeet ovat osoittaneet, että käyttämällä montaa lankakierrosta kelassa voidaan saada usein vaadittu suurempi jännite. Johtojen käämeistä tuli tärkein ominaisuus kaikessa myöhemmässä generaattoreiden kehityksessä.

Viimeaikaiset edistysaskeleet ( harvinaisten maametallien magneetit ) ovat kuitenkin mahdollistaneet yksinapaiset moottorit, joissa on magneetti roottorissa, ja niiden pitäisi tuoda monia parannuksia vanhempiin malleihin.

Dynamo

Dynamo oli ensimmäinen sähkögeneraattori, joka pystyi tuottamaan sähköä teollisuudelle. Sen työ perustuu sähkömagnetismin lakeihin mekaanisen energian muuttamiseksi sykkiväksi tasavirraksi . Tasavirta tuotettiin mekaanisen kytkimen avulla. Ensimmäisen dynamon rakensi Hippolyte Pixie vuonna 1832.

Kävittyään läpi sarjan vähemmän merkittäviä löytöjä, dynamosta tuli prototyyppi, josta ilmestyi uusia keksintöjä, kuten tasavirtamoottori , vaihtovirtageneraattori , synkroninen moottori , pyörivä muuntaja.

Dynamokone koostuu staattorista , joka luo jatkuvan magneettikentän, ja sarjasta käämiä, jotka pyörivät tässä kentässä. Pienissä koneissa jatkuva magneettikenttä voitaisiin luoda kestomagneeteilla, suurissa koneissa vakiomagneettikenttä luodaan yhdellä tai useammalla sähkömagneetilla, joiden käämiä kutsutaan yleensä virityskäämeiksi.

Suuria tehokkaita dynamoita nähdään nykyään harvoin missään, koska vaihtovirtaa voidaan käyttää sähköverkoissa ja elektronisissa puolijohde -DC-AC-muuntimissa. Kuitenkin ennen kuin vaihtovirta löydettiin, valtavat tasavirtaa tuottavat dynamot olivat ainoa tapa tuottaa sähköä. Dynamot ovat nykyään harvinaisuus.

Sähkökoneiden käännettävyys

Jo vuonna 1833 venäläinen tiedemies E. Kh. Lenz huomautti sähkökoneiden käänteisyydestä: sama kone voi toimia sähkömoottorina, jos se saa virtaa, ja voi toimia sähkövirtageneraattorina, jos sen roottori laitetaan pyörimään jonkinlaisella moottorilla, esimerkiksi höyrykoneella . Vuonna 1838 Lenz, yksi Jacobi- sähkömoottorin toiminnan testauskomission jäsenistä , osoitti kokeellisesti sähkökoneen palautuvuuden.

Ensimmäisen sähkömagneettisen induktion ilmiöön perustuvan sähkövirtageneraattorin rakensivat vuonna 1832 pariisilainen teknikko Pixin-veljekset. Tätä generaattoria oli vaikea käyttää, koska oli välttämätöntä pyörittää raskasta kestomagneettia niin, että vaihtovirta ilmestyi kahteen lankakelaan, jotka oli kiinnitetty sen napojen lähelle. Generaattori oli varustettu virran tasasuuntauslaitteella . Sähkökoneiden tehon lisäämiseksi keksijät lisäsivät magneettien ja kelojen määrää. Yksi tällainen vuonna 1843 valmistettu kone oli Emil Stehrer -generaattori. Tässä koneessa oli kolme vahvaa liikkuvaa magneettia ja kuusi kelaa, joita pyöritettiin käsin pystyakselin ympäri. Siten sähkömagneettisten virtageneraattoreiden kehityksen ensimmäisessä vaiheessa (vuoteen 1851) kestomagneetteja käytettiin magneettikentän saamiseksi. Toisessa vaiheessa (1851-1867) luotiin generaattoreita, joissa kestomagneetit korvattiin sähkömagneeteilla tehon lisäämiseksi. Niiden käämitys sai virtaa itsenäisestä pienestä virtageneraattorista kestomagneeteilla. Englantilainen Henry Wilde loi samanlaisen koneen vuonna 1863.

Tämän koneen käytön aikana kävi ilmi, että generaattorit, jotka toimittavat kuluttajalle sähköä, voivat samanaikaisesti syöttää omia magneettejaan virralla. Kävi ilmi, että sähkömagneettien ytimet säilyttävät jäännösmagnetismin virran katkaisemisen jälkeen. Tämän ansiosta itseherättynyt generaattori antaa virtaa myös silloin, kun se käynnistetään levosta. Vuosina 1866-1867 useat keksijät saivat patentteja itseherätyskoneille.

Vuonna 1870 Ranskassa työskennellyt belgialainen Zenob Gramma loi generaattorin, jota käytettiin laajasti teollisuudessa. Hän käytti dynamossa itsevirityksen periaatetta ja paransi rengasankkuria, jonka A. Pacinotti keksi vuonna 1860.

Yhdessä ensimmäisistä Gramma-koneista vaakasuoraan akseliin asennettu rengasankkuri kiertyi kahden sähkömagneetin napakappaleiden väliin. Ankkuria ajettiin käyttöpyörän läpi , sähkömagneettikäämit kytkettiin sarjaan ankkurikäämin kanssa. Gramm-generaattori antoi tasavirran, joka poistettiin metalliharjoilla, jotka liukuivat kollektorin pintaa pitkin. Wienin kansainvälisessä näyttelyssä vuonna 1873 esiteltiin kaksi identtistä Gramm-konetta, jotka oli yhdistetty 1 kilometrin pituisilla johtimilla. Yksi koneista oli polttomoottorilla toimiva ja toimi sähköenergian generaattorina. Toinen kone sai sähköenergiaa johtojen kautta ensimmäisestä ja käynnisti pumpun moottorina . Se oli upea osoitus Lenzin löytämästä sähkökoneiden käänteisyydestä ja osoitus periaatteesta siirtää energiaa etäisyyden yli.

Ennen kuin sähkön ja magnetismin välinen yhteys löydettiin, käytettiin sähköstaattisia generaattoreita , jotka toimivat sähköstaattisten periaatteiden pohjalta . Ne pystyivät tuottamaan korkeaa jännitettä, mutta niillä oli vähän virtaa . Heidän työnsä perustui sähköistettujen hihnojen, levyjen ja kiekkojen käyttöön siirtämään sähkövarauksia elektrodilta toiselle. Maksut luotiin käyttämällä yhtä kahdesta periaatteesta:

Alhaisen hyötysuhteen ja suurjännitekoneiden eristysvaikeuden vuoksi sähköstaattiset generaattorit olivat pienitehoisia, eikä niitä koskaan käytetty sähkön tuottamiseen teollisessa mittakaavassa. Esimerkkejä tällaisista tähän päivään asti säilyneistä koneista ovat elektroforikone ja Van de Graaff - generaattori .

Muut kiertoa käyttävät sähkögeneraattorit

Ilman kommutaattoria dynamo on esimerkki laturista . Sähkömekaanisella kommutaattorilla dynamo on klassinen tasavirtageneraattori . Vaihtovirtageneraattorin roottorin kierrosluvun tulee aina olla vakio ja se on synkronoitava muiden sähkönjakeluverkon generaattoreiden kanssa. DC-generaattori voi toimia millä tahansa roottorin taajuudella sen sallituissa rajoissa, mutta tuottaa tasavirtaa.

MHD-generaattori

Magnetohydrodynaaminen generaattori tuottaa suoraan sähköä plasman tai muun vastaavan johtavan väliaineen (kuten nestemäisen elektrolyytin ) energiasta, joka liikkuu magneettikentän läpi ilman pyöriviä osia. Tällaisten generaattoreiden kehitys alkoi, koska se tuottaa korkean lämpötilan palamistuotteita, joita voidaan käyttää höyryn lämmittämiseen kombivoimalaitoksissa ja siten lisätä kokonaishyötysuhdetta . MHD-generaattori on käännettävä laite, eli sitä voidaan käyttää myös moottorina.

Luokitus

Sähkömekaaniset induktiogeneraattorit

Sähkömekaaninen generaattori on  sähkökone , jossa mekaaninen työ muunnetaan sähköenergiaksi .

 - määrittää suhteen EMF:n ja generaattorin käämin läpäisevän magneettivuon muutosnopeuden välille.

Sähkömekaanisten generaattoreiden luokittelu

Katso myös

Linkit

Muistiinpanot

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz  Hindukushissa . Arkistoitu alkuperäisestä 1. lokakuuta 2015.