Elektrický generátor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 13. října 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Elektrický generátor je zařízení, ve kterém se přeměňují neelektrické druhy energie ( mechanická , chemická , tepelná atd.) na elektrickou energii .

Historie

Jedlikovo dynamo

V roce 1827 začal maďarský fyzik Anjos Istvan Jedlik experimentovat s elektromagnetickými rotačními zařízeními, která nazval elektromagnetické samorotační rotory . V prototypu jeho unipolárního elektromotoru (dokončeného v letech 1853 až 1856) byly pevné i rotační části elektromagnetické . On formuloval pojetí dynama přinejmenším 6 roků před Siemens a Wheatstone , ale nepatentoval vynález, protože on myslel, že on nebyl první dělat tak. Podstatou jeho myšlenky bylo použití dvou protilehlých elektromagnetů místo permanentních magnetů , které vytvářely magnetické pole kolem rotoru. Yedlikův vynález předběhl dobu o desítky let.

Faradayův disk

V roce 1831 Michael Faraday objevil, jak fungují elektromagnetické generátory. Princip, později nazývaný Faradayův zákon , spočíval v tom, že se mezi konci vodiče, který se pohyboval kolmo k magnetickému poli , vytvořil rozdíl potenciálů . Sestrojil také první elektromagnetický generátor, nazvaný Faradayův disk, což byl unipolární generátor využívající měděný disk rotující mezi póly podkovového magnetu . Vytvářelo malé konstantní napětí a silný proud.

Konstrukce byla nedokonalá, protože proud se samouzavíral částmi disku, které nebyly v magnetickém poli. Parazitní proud omezoval výkon odebíraný z trolejí a způsoboval zbytečné zahřívání měděného kotouče. Později se unipolárním generátorům podařilo tento problém vyřešit umístěním mnoha malých magnetů kolem disku, rozmístěných po celém obvodu disku, aby se vytvořilo rovnoměrné pole a proud pouze v jednom směru.

Další nevýhodou bylo, že výstupní napětí bylo velmi malé, protože kolem magnetického toku se vytvořil pouze jeden závit. Experimenty ukázaly, že použitím mnoha závitů drátu v cívce lze získat často požadované vyšší napětí. Vinutí drátů se stalo hlavním charakteristickým rysem veškerého dalšího vývoje generátorů.

Nedávné pokroky ( magnety vzácných zemin ) však umožnily unipolární motory s magnetem na rotoru a měly by přinést mnoho vylepšení starších konstrukcí.

Dynamo

Dynamo bylo prvním elektrickým generátorem schopným vyrábět energii pro průmysl. Jeho práce je založena na zákonech elektromagnetismu k přeměně mechanické energie na pulzující stejnosměrný proud . Stejnosměrný proud byl generován pomocí mechanického spínače. První dynamo sestrojil Hippolyte Pixie v roce 1832.

Po řadě méně významných objevů se dynamo stalo prototypem, ze kterého se objevily další vynálezy, jako je stejnosměrný motor , alternátor , synchronní motor , rotační měnič.

Dynamo stroj se skládá ze statoru , který vytváří konstantní magnetické pole, a sady vinutí, která se v tomto poli otáčejí. Na malých strojích by mohlo být konstantní magnetické pole vytvořeno pomocí permanentních magnetů, na velkých strojích je konstantní magnetické pole vytvářeno jedním nebo více elektromagnety, jejichž vinutí se obvykle nazývá budicí vinutí.

Velká výkonná dynama jsou nyní jen zřídka vidět kdekoli, kvůli větší všestrannosti použití střídavého proudu v energetických sítích a elektronických polovodičových DC-AC měničích. Než však byl objeven střídavý proud, byla obrovská dynama produkující stejnosměrný proud jediným způsobem výroby elektřiny. Dynama jsou nyní vzácností.

Reverzibilita elektrických strojů

Již v roce 1833 ruský vědec E. Kh. Lenz poukázal na reverzibilitu elektrických strojů: stejný stroj může fungovat jako elektromotor, je-li poháněn proudem, a může sloužit jako generátor elektrického proudu, je-li jeho rotor umístěn. do rotace nějakým druhem motoru, například parním strojem . V roce 1838 Lenz, jeden z členů komise pro testování činnosti Jacobiho elektromotoru , experimentálně prokázal reverzibilitu elektrického stroje.

První generátor elektrického proudu založený na fenoménu elektromagnetické indukce sestrojili v roce 1832 bratři Pixinové, pařížský technik. Použití tohoto generátoru bylo obtížné, protože bylo nutné otáčet těžkým permanentním magnetem tak, aby se ve dvou drátových cívkách, upevněných v blízkosti jeho pólů, objevil střídavý elektrický proud. Generátor byl vybaven zařízením pro usměrnění proudu . Ve snaze zvýšit výkon elektrických strojů vynálezci zvýšili počet magnetů a cívek. Jedním takovým strojem, postaveným v roce 1843, byl generátor Emila Stehrera. Tento stroj měl tři silné pohyblivé magnety a šest cívek otáčených ručně kolem svislé osy. V první fázi vývoje generátorů elektromagnetického proudu (do roku 1851) byly tedy k získání magnetického pole použity permanentní magnety. Ve druhé etapě (1851-1867) byly vytvořeny generátory, ve kterých byly permanentní magnety nahrazeny elektromagnety pro zvýšení výkonu. Jejich vinutí bylo napájeno nezávislým generátorem malého proudu s permanentními magnety. Podobný stroj vytvořil v roce 1863 Angličan Henry Wilde.

Během provozu tohoto stroje se ukázalo, že generátory, zásobující spotřebitele elektřinou, mohou současně napájet své vlastní magnety proudem. Ukázalo se, že jádra elektromagnetů si po vypnutí proudu zachovávají zbytkový magnetismus. Díky tomu samobuzený generátor dává proud i při startu z klidu. V letech 1866-1867 získala řada vynálezců patenty na stroje se samobuzením.

V roce 1870 Belgičan Zenob Gramma, který pracoval ve Francii, vytvořil generátor, který byl široce používán v průmyslu. Ve svém dynamu využil principu samobuzení a vylepšil prstencovou kotvu, vynalezenou již v roce 1860 A. Pacinottim.

U jednoho z prvních strojů Gramma se mezi pólovými nástavci dvou elektromagnetů otáčela prstencová kotva namontovaná na vodorovné hřídeli. Kotva byla poháněna přes hnací kladku , vinutí elektromagnetu bylo zapojeno do série s vinutím kotvy. Grammův generátor poskytoval stejnosměrný proud, který byl odstraněn pomocí kovových kartáčů, které klouzaly po povrchu kolektoru. Na vídeňské mezinárodní výstavě v roce 1873 byly předvedeny dva identické stroje Gramm, spojené dráty o délce 1 kilometr. Jeden ze strojů byl poháněn spalovacím motorem a sloužil jako generátor elektrické energie. Druhý stroj přijímal elektrickou energii prostřednictvím drátů z prvního a jako motor uvedl čerpadlo do pohybu . Byla to velkolepá ukázka reverzibility elektrických strojů, objevených Lenzem, a ukázka principu přenosu energie na dálku.

Než byla objevena souvislost mezi elektřinou a magnetismem, používaly se elektrostatické generátory , které pracovaly na principech elektrostatiky . Mohly produkovat vysoké napětí , ale měly malý proud . Jejich práce byla založena na použití elektrifikovaných pásů, desek a disků k přenosu elektrického náboje z jedné elektrody na druhou. Poplatky byly generovány pomocí jednoho ze dvou principů:

Kvůli nízké účinnosti a obtížnosti izolovat vysokonapěťové stroje měly elektrostatické generátory malý výkon a nikdy se nepoužívaly k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku. Příklady strojů tohoto druhu, které přežily dodnes, jsou elektroforový stroj a Van de Graaffův generátor .

Jiné elektrické generátory využívající rotaci

Bez komutátoru je příkladem alternátoru dynamo . Dynamo je s elektromechanickým komutátorem klasický stejnosměrný generátor . Alternátor musí mít vždy konstantní otáčky rotoru a musí být synchronizován s ostatními generátory v rozvodné síti. Stejnosměrný generátor může pracovat při libovolné frekvenci rotoru v rámci povolených limitů, ale generuje stejnosměrný proud.

MHD generátor

Magnetohydrodynamický generátor přímo generuje elektřinu z energie plazmy nebo jiného podobného vodivého média (jako je kapalný elektrolyt ) pohybujícího se magnetickým polem, bez použití rotujících částí. Vývoj generátorů tohoto typu začal proto, že produkuje vysokoteplotní produkty spalování, které lze využít k ohřevu páry v elektrárnách s kombinovaným cyklem a tím ke zvýšení celkové účinnosti . Generátor MHD je reverzibilní zařízení, to znamená, že jej lze použít i jako motor.

Klasifikace

Elektromechanické indukční generátory

Elektromechanický generátor  je elektrický stroj, ve kterém se mechanická práce přeměňuje na elektrickou energii .

 - stanovuje vztah mezi EMF a rychlostí změny magnetického toku pronikajícího do vinutí generátoru.

Klasifikace elektromechanických generátorů

Viz také

Odkazy

Poznámky

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz na  Hindúkuši . Archivováno z originálu 1. října 2015.