Генерирование электрической энергии. Генераторы – виды, применение, установка

Электрический генератор - электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в энергию электрического поля. Источниками механической энергии может быть вода, пар, ветер , двигатель внутреннего сгорания и другие.

История

Первыми электрическими генераторами были – электростатические генераторы. Принцип их действия был основан на явлении статического электричества . Но широкого применения в промышленности эти генераторы не получили, так как они развивали высокое напряжение при малом токе. Ярким примером таких генераторов стал генератор Ван де Граафа. Этот генератор был изобретен Робертом Ван де Граафом в 1929 году и в основном служил для ядерных исследований.

Затем люди начали предпринимать попытки по созданию электромагнитных генераторов, то есть генераторов, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. Одним из первых в этом направлении стал гениальный физик Майкл Фарадей, который как раз и открыл явление электромагнитной индукции . Также он сформировал принцип работы генераторов, который был назван законом Фарадея. Его суть заключалась в том, что в проводнике, движущемся перпендикулярно магнитному полю, образовывалась разность потенциалов. Доказательством этого принципа стал диск Фарадея. Это простейший генератор, который представлял из себя медный диск, вращающийся между концами подковообразного магнита.

В 1832 году Ипполит Пикси построил первую динамо-машину. Она представляла из себя машину, в которой имелся статор, создающий постоянное магнитное поле и нескольких обмоток, которые в нем вращались. Ток снимался с помощью механического коммутатора. По сути это был первый генератор постоянного тока.

Потом развитие промышленности пошло вверх, и были изобретены генераторы переменного тока , асинхронные и постоянные двигатели.

Принцип действия

Принцип действия электрического генератора основан на взаимодействии проводника и магнитного поля, в котором он движется. Как всегда приводится классический пример с рамкой в магнитном поле. Когда рамка вращается, её пересекают линии магнитной индукции, при этом в рамке образовывается электродвижущая сила. Эта ЭДС заставляет ток течь по рамке и с помощью контактных колец попадать во внешнюю цепь. Примерно так устроен простейший электрический генератор.

Применение

Применение электрических генераторов обширно. Они применяются практически везде, где это только возможно. Снабжают
наши дома электроэнергией, заряжают аккумуляторы в автомобилях, используются в промышленности и многое другое.

В настоящее время стали популярны автономные бензиновые и дизельные электрогенераторы, которые могут служить источниками электрической энергии при её отключении, либо вообще при её отсутствии. Такие генераторы используются в быту и в строительстве, так как форма тока имеет искажения, то без применения специального инвертора, подключать к ним какие-то электронные устройства не целесообразно, так как они могут выйти из строя.

Для бесперебойного снабжения электроэнергией на производстве лучше своевременно обзавестись своей электростанцией. В зависимости от потребностей выбор можно остановить на электростанции различного типа: дизельной, бензиновой, двухтопливной, газопоршневой.

Примером может служить продукция компании Etalon, которая давно входит в список лидеров продаж бензиновых и дизельных генераторов , мотопомп.

Хороший выбор моделей электростанций, как дизельных так и бензиновых, мощностью от 0,75кВт представляет российский производитель Вепрь.

Разные виды электростанций используют для разных целей. Для резервной или альтернативной подачи электроэнергии на удаленных объектах, строительстве или же дачных хозяйствах устанавливают бензиновые электростанции. Так же они хороши для работы с электроинструментом, если нужно проводить работы на выезде. Одним из основных плюсов таких электростанций является относительно невысокая стоимость. Небольшая бензиновая электростанция вполне успешно справится с задачей обеспечения электроэнергией небольшого дома загородного типа.

В бензиновых электростанциях инверторного типа используется для получения электроэнергии инверторный генератор. Это позволяет вырабатывать электроэнергию высокого качества. Чаще всего такие электростанции находят применение при использовании электроприборов высокой сложности с повышенной чувствительностью к поступающему току.

На больших объектах обычно устанавливают дизельные электростанции. Они успешно служат аварийным или основным источником электроэнергии на различных базах, больших строительных площадках и других временных лагерях, которые удалены от коммуникаций. К их явным преимуществам можно отнести быстрый и легкий запуск, устойчивую работу при высокой экономичности.

При электроснабжении предприятий с большим производством и нефтегазовых предприятий, баз отдыха, гостиниц, торговых комплексов используют газовые электростанции трехфазного или однофазного переменного тока. Компания FG Wilson является крупнейшим производителем газопоршневых и двухтопливных электростанций. В двухтопливных используются двигатели, которые работают с использованием дизельного топлива и смеси природного газа. К их преимуществам относятся малые первоначальные затраты, небольшие габариты, снижение расходов на техобслуживание.

Они могли вырабатывать высокое напряжение , но имели маленький ток . Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

• Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа .

Динамо-машина Йедлика

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первая динамо-машина была построена Hippolyte Pixii в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий динамо-машина стала прообразом из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока , генератор переменного тока, синхронный двигатель , роторный преобразователь.

Классификация

• Электромеханические
  • Индукционные
• Термоионные генераторы

Биогенераторы

Электромеханические индукционные генераторы

На сегодняшний день наиболее распространённым типом является индукционный электромеханический генератор. Абсолютное большинство тепловых, гидравлических, ветряных, атомных, приливных, геотермальных электростанций, а так же некоторые солнечные используют этот тип генератора.

Электромеханический генера́тор - это электрическая машина , в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию .

- устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

Классификация электромеханических генераторов

• По типу первичного двигателя:
  • Турбогенератор паровой турбиной или газотурбинным двигателем ;
  • Гидрогенератор - электрический генератор, приводимый в движение гидравлической турбиной;
  • Дизель-генератор - электрический генератор, приводимый в движение дизельным двигателем ;
  • Газотурбинный генератор - электрический генератор, приводимый в движение газотурбинным двигателем ;
  • Паро-генератор - электрический генератор, приводимый в движение паровой турбиной ;
  • Ветро-генератор - электрический генератор, преобразующий в электричество кинетическую энергию ветра;
• По виду выходного электрического тока
  • Генератор постоянного тока
    • Коллекторные генераторы
    • Вентильные генераторы
  • Генератор переменного тока
    • Однофазный генератор

Для питания электроприборов в случае отсутствия проложенной линии электропередач или при аварийном отключении напряжения используются электрогенераторы. Они представляют собой технические устройства, которые вырабатывают электричество, потребляя при этом бензин, дизельное топливо или газ.

Что такое электрогенератор и его конструкция

Прибор представляет собой устройство, состоящее из двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает раскручивание якоря небольшого электромотора, сделанного по принципу генератора. В результате постоянного поддержания высоких оборотов создается электрическое напряжение, снимаемое на специальные клеммы и выводимое на внешнюю розетку, используемою для подключения потребителей энергии.

Электрогенераторы могут быть рассчитаны на кратковременное включение и на постоянную работу. По этому критерию они делятся на резервные источники питания и постоянные. Резервные применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить питание приборов на короткий период, пока не будет возобновлено электроснабжение сети. Постоянные станции применяются, когда подключение к линии электропередач вообще отсутствует. В этом случае генератор является единственным источником энергии, поэтому работает непрерывно. В зависимости от предназначения оборудование генератора может оснащаться системой воздушного или водяного охлаждения. Воздушные обеспечивают эффективное снижение температуры корпуса устройства на несколько часов, а водяные не допускают перегрев вообще.

Стоит учитывать, что во время работы двигатель создает большой шум, что не всегда приемлемо. По этой причине электрогенераторы могут производиться не только в открытом, но и в шумопоглощающем корпусе, который значительно снижает уровень шума. Устройство с открытым корпусом представляет собой силовую раму, на которую устанавливается ДВС, топливный бак и генератор, при этом они являются открытыми, и все составляющие легко просматриваются. Устройство в шумопоглощающем корпусе имеет специальный защитный кожух, препятствующий распространению звука и вибрации.

Виды электрогенераторов

Электрические генераторы принято разделять на 3 вида в зависимости от используемого топлива для выработки энергии:

• Бензиновые.
• Дизельные.
• Газовые.

Каждая разновидность имеет свои достоинства и недостатки, которые нужно оценить и выбирать подходящую модель уже отталкиваясь от задач, запланированных для генератора.

Бензиновый

Бензиновые станции работают на бензине, за что и получили свое название. Данная категория устройств является самой дешевой при покупке, но очень дорогой в обслуживании. Работающие на бензине генераторы имеют компактный корпус и сравнительно небольшой вес, что делает такие станции максимально мобильными. Зачастую их можно разместить в багажнике легкового автомобиля.

Благодаря дешевизне их преимущественно выбирают для использования в качестве аварийного источника питания. Включение на несколько часов 5-10 раз в год потребует не таких уж и больших затрат на покупку бензина, что на фоне низкой стоимости самой станции является очень выгодным решением. В тех случаях, когда генератор должен работать постоянно, бензиновый вариант совершенно неприемлем. Во-первых, потребуется ежедневно тратить большие суммы на заправку горючего, а во-вторых, моторесурс таких устройств сравнительно короткий.

Дизельный

Дизельные электрогенераторы являются более экономичными в плане потребления топлива, но стоят значительно дороже, а также весят больше. Их моторесурс в 3-4 раза выше, чем у бензиновых аналогов. Дизельная станция может работать непрерывно по 10 и более часов на одной заправке. Такое оборудование редко выбирают для резервного питания частного дома в связи с дороговизной. Практическая экономия топлива при нескольких включениях в год будет незначительной и не покроет затраты на покупку генератора.

Дизельные станции выбирают в тех случаях, когда требуется постоянная выработка электричества. Это могут быть строительные объекты, которые еще не подключены к центральной сети электроснабжения, а также загородные участки и дачи, с такой же проблемой. Стоит отметить, что устройство на дизельном топливе являются более мощными и стойкими к поломкам, но очень шумными.

Газовый

Газовые генераторы еще называют двухтопливными, поскольку они оснащены гибридным двигателем, который может работать как на бензине, так и на баллонном газе. Такие устройства используют в качестве резервного источника энергии. Станция вырабатывает одинаковое количество электричества как на газе, так и на бензине. При питании гибридного двигателя из баллона существенно снижаются затраты на выработку энергии, поскольку стоимость газа намного ниже чем бензина. Стоит отметить, что двухтопливные станции довольно тяжелые и не такие компактные как бензиновые. Их моторесурс тоже не идет ни в какое сравнение с дизельными системами.

Однофазные или трехфазные

Электрогенераторы бывают однофазные и трехфазные. Первые используется для питания бытовых приборов, которые рассчитаны для работы от сети 220В и 50Гц. Они выбираются для установки в частные дома и офисы, где основная задача заключается в обеспечении работы бытовых приборов, таких как , компьютер, водяной насос, зарядка телефона, и прочее. Также однофазные генераторы применяют строители при работе на объектах, поскольку именно от такой сети питаются , компрессоры и прочее оборудование.

Трехфазные электрогенераторы выдают 380 вольт. Для домашнего использования они применяются редко. Их применяют для питания промышленного оборудования. Такая станция позволит продолжить производство даже в том случае, если электроснабжение было остановлено. Особенность трехфазного генератора заключается в том, что на его корпусе имеется две розетки. Первая выдает одну фазу и обеспечивает питание обычных бытовых приборов на 220В, а вторая выводит 380В для промышленного оборудования.

Расчет мощности

Предлагаемые на рынке электрогенераторы имеют большой диапазон мощности от 0,6 и до 10 и выше кВт. Чем производительней станция, тем она дороже, шумнее и менее экономичная. По этим причинам следует подойти к выбору мощности генератора со всей серьезностью. Если мощности будет недостаточно, то при критической нагрузке устройство будет отключаться или просто выйдет из строя. В том случае, когда взять слишком высокий запас производительности, то устройство будет выдавать неоправданно большой поток, который не будет использоваться. В результате будет значительный расход горючего, что существенно увеличит себестоимость выработанной энергии.

Чтобы выбрать электрический генератор требуемых параметров следует провести расчет потребление энергии каждого прибора, который будет работать от него.

К примеру, требуется обеспечение одновременного питания:

• Холодильника на 700 Вт.
• Кондиционера на 1000 Вт.
• Лампы на 23 Вт.
• Компьютера на 50 Вт.

В результате подсчета можно определить, что для одновременного питания всех этих потребителей необходимо, чтобы генератор выдавал 1773 Вт. Кроме этого, нужно учитывать, что отдельные приборы в момент включения не доли секунды потребляют больше энергии, чем непосредственно в период нормальной работы. Данное явление называется коэффициент пускового тока. У холодильника и кондиционера он составляет 3,5. По этой причине в момент включения холодильник резко потребует 2450 Вт, а кондиционер 3500 Вт.

Таким образом, чтобы приборы с высоким коэффициентом пускового тока смогли работать, нужен генератор с мощностью не на 1773, а на 6023 Вт. К этому показателю нужно прибавить запас на 20%, который позволит исключить остановку и сгорание генератора при небольших скачках потребления, в случае включения дополнительной лампочки, или фена. Фактически для таких потребителей нужна станция мощностью 7 кВт и более. Нужно отметить, что в указанном примере предложены приборы с очень высоким коэффициентом пускового тока. Если использовать более скромные потребители, которые не тянут много энергии при включении, то для частного дома, где электричество отключено на несколько часов, нужен только свет, телевизор и компьютер, поэтому даже генератор на 3 кВт справится с легкостью. Холодильник вполне постоит несколько часов выключенным.

Типы запуска

По типу запуска электрогенераторы делятся на 4 группы с:

• Ручным стартером.
• Электростартером.
• Дистанционным запуском.
• Системой ATS.

Генератор с ручным стартером имеет специальный шнурок, при вытягивании которого обеспечивается раскручивание коленвала, что и запускает двигатель. Это самые бюджетные устройства. Чтобы запустить такой генератор может понадобиться несколько раз дернуть за пусковой шнур, что требует некоторых усилий, особенно в холодную погоду. Завести двигатель ручным способом в мороз очень тяжело, особенно у мощного генератора с высокой компрессией мотора.

Генераторы с электростартером запускаются как и любой автомобиль. Достаточно просто вставить ключ и повернуть. Стартер работает от аккумулятора. Также бывают генераторы с дистанционным запуском. Они являются модификацией модели с электростартером, которые дополнительно оснащены пультом дистанционного управления. Пульт напоминает обычную автосигнализацию. Он позволяет провести включение не выходя из дома.

Электрогенераторы с системой ATS работают автоматически. Они оборудованы специальным прибором, который постоянно контролирует наличие в системе электричества. В случае его отключения проводится автоматический запуск станции, и питание электроприборов возобновляется. При включении электроснабжения генератор сам отключается. Это позволяет исключить перерасход топлива в те моменты, когда это уже не нужно.

Сегодня в статье мы рассмотрим, что такое электрогенератор или как его ещё называют электрический генератор. Электрогенератор – это устройство, предназначенное для выработки электрической энергии из не электрической, такой как тепловая, механическая или химическая. Электрический генератор можно использовать в частном доме, на даче, на предприятии и в других местах.

История появления Электрогенератор

Первым прототипом электрогенератора был Диск Фарадея, который впоследствии был усовершенствован и доработан. Майкл Фарадей в 1831 году открыл принцип работы электромагнитных генераторов. В последующие годы это открытее назвали «закон Фараде». Этот закон изучается школьниками на уроках физики.

В настоящие время Диск Фарадея значительно претерпел изменения и на выходе мы получили современный электрический генератор. Размер современного электрогенератора может быть как тумбочка, а может быть размером с автобус. Всё зависит от мощности вырабатываемой электроэнергии и вида самого электрогенератора.

Виды электрогенераторов

В настоящие время существует три вида электрогенераторов. Каждый вид имеет свои минусы и плюсы, а так же имеют температурные диапазоны работы. И самое главное, это топливо на котором работают электрические генераторы. Три основных топлива – это бензин, солярка и газ.

На донный момент бензиновый генератор считается самым надёжным, но из-за дороговизны цены на бензин, многие предпочитают дизельный. часто используют как резервный, например, для больницы, так же его можно использовать при выезде на природу. А так же есть модели бензиновых электрогенераторов, которые можно использовать стационарно, на постоянной основе. Одними из самых надёжных генераторов считаются четырехтактные с клапаном на верху. Самые распространенные модели вырабатывают от 700 Вт до 14 кВт.

Дизельный генератор считается экономичным. За счёт маленького расхода топлива и не большой цене по сравнению с бензином. Дизельный генератор имеет большие размеры, чем остальные и может быть как постоянный, так и резервный со временем работы до 12 часов. Устанавливать электрогенератор можно как в помещении, так и на улице. Мощность может достигать 2500 кВ. Дизельный генератор стоит дороже своих бензиновых аналогов, за то имеет большой запас прочности. И если вам нужна хорошая рабочая лошадка, то дизельный электрогенератор, то, что вам надо (для фермы или предприятия).

Газовый генератор относительно новое изобретение и может использоваться не везде. Как минимум для него нужен подведённый источник газа. Так же цена самая большая среди конкурентов. Если вам нужен резервный источник питания, то газовый генератор лучше не выбирать. Но, а если вам нужен постоянный источник энергии для частного дома, то лучше него не найти. Вы переплатите при покупке, но в дальнейшем вы станните получать качественную и дешевую электрическую энергию. Если вы думаете о перспективах, то газовый электрогенератор это то, что вам нужно. Плюс ко всему, это самый экологически чистый вид генераторов.

В последующих статьях мы более подробно рассмотрим каждый вид электрогенераторов и процитируем мнения компетентных в этой сфере специалистов. Так же если вы имеете опыт работы с электрогенератором любого вида, то обязательно оставьте свой отзыв для наших читателей, в независимости будет он отрицательным или положительным.