Generator elektryczny jest urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej z inną postać energii . Natomiast urządzenie zużywające energię elektryczną nazywamy odbiornikiem elektrycznym .
Prawdziwy generator można modelować na dwa sposoby:
Idealnym generatorem napięcia jest model teoretyczny. Jest to dipol zdolny do narzucania stałego napięcia niezależnie od obciążenia podłączonego do jego zacisków. Jest również nazywany źródłem napięcia .
W przypadku idealnego generatora prądu wytwarzany prąd jest stały, niezależnie od żądanego napięcia i dostarczanego obciążenia. Jest również nazywany źródłem prądowym .
Jest to również model teoretyczny, ponieważ otwarcie obwodu zawierającego generator niezerowego prądu powinno prowadzić do podania nieskończonego napięcia. Nie można ustawić szeregowo dwóch prądnic o różnych wartościach, ponieważ sprowadza się to do nałożenia dwóch różnych prądów w tym samym przewodzie.
Ogromna większość generatorów elektrycznych to maszyny wirujące, to znaczy układy mające część nieruchomą i część ruchomą obracającą się w (lub wokół) części nieruchomej. Jednak różnorodność maszyn wirujących powstałych w ciągu wieków implikuje znaczne różnice w różnych technologii i technik stosowanych do prądu produkują, z jednej strony, oraz w systemach „pomocnicza” ( falowniki , energoelektroniki , itp ) ewentualnie niezbędne do ich prawidłowe funkcjonowanie.
Generator elektrostatyczny nie jest maszyną wirującą, chociaż wykorzystuje obrót tarczy ocierającej się o szczotki. Jednak ta koncepcja leży u podstaw projektowania maszyn wirujących.
Maszyna elektrostatyczna wykorzystuje prawa elektrostatyki w przeciwieństwie do tak zwanych elektromagnetycznych maszyn . Chociaż wymyślono silniki elektrostatyczne (działają na zasadzie wzajemności generatorów elektrostatycznych), nie odniosły one sukcesu (ale nanotechnologie mogłyby zaoferować takie „nanosilniki” elektrostatyczne); z drugiej strony, jako generatory bardzo wysokich napięć, maszyny elektrostatyczne znają swoje główne zastosowanie w dziedzinie akceleratorów jonów lub elektronów. Zamieniają energię mechaniczną na energię elektryczną, której charakterystyka to bardzo wysokie napięcie stałe i mikronatężenie. Moc maszyn z XVIII -tego wieku i XIX th wieku rzeczywiście był mały (kilka watów) oraz tarcie mechaniczne pozostawił im bardzo słabe wyniki. Powodem jest to, że maksymalna gęstość energii pola elektrycznego w powietrzu jest bardzo niska. Maszyny elektrostatyczne mogą być stosowane (przemysłowo) tylko wtedy, gdy pracują w środowisku, w którym gęstość energii pola elektrycznego jest dość wysoka, czyli praktycznie w sprężonym gazie, którym jest zwykle sześciofluorek wodoru lub siarki (SF 6 ), przy ciśnienia od 10 do 30 atmosfer .
Prądu generator popularnie nazywany „ dynamo ”, podobnie jak wielu generatorów elektrycznych, maszyny wirującej. Został wynaleziony w 1861 r. przez węgierskiego Ányosa Jedlika i ulepszony w 1871 r. przez belgijskiego Zénobe Gramme .
Ponieważ ta maszyna jest odwracalna, może działać zarówno jako generator, jak i silnik. Łatwo staje się silnikiem elektrycznym, co oznacza, że gdy jest zatrzymane, dynamo musi być odłączone od obciążenia, jeśli to ostatnie może dostarczyć mu prąd w zamian: bateria akumulatorowa , inna prądnica. Ta funkcja była wykorzystywana w małych samochodach w latach 70. System przekaźników podłączał do niego akumulator, aby dostarczać prąd do dynastary, która uruchamiała silnik spalinowy i automatycznie przełączała się na dynamo, gdy osiągnęła określoną prędkość.
Odkrycie w 1832 r. przez Faradaya zjawiska indukcji elektromagnetycznej pozwoliło mu rozważyć wytwarzanie napięć przemiennych i prądów elektrycznych za pomocą magnesów . Pixii , na polecenie Ampère'a , zbudował w tym samym roku pierwszą maszynę, którą następnie udoskonalili (1833-1834) Sexton i Clarke. Alternatora jest obrotowe urządzenie , które przetwarza energię mechaniczną dostarczaną do wirnika pod prąd energii elektrycznej .
Ponad 95% energii elektrycznej wytwarzane jest przez alternatory : maszyny elektromechaniczne dostarczające napięcia przemienne o częstotliwości proporcjonalnej do ich prędkości obrotowej. Maszyny te są tańsze i mają lepszą sprawność niż prądnice , które dostarczają napięcie ciągłe (sprawność rzędu 95% zamiast 85%).
Zasada działania alternatoraTa maszyna składa się z wirnika (część obracająca się) i stojana (część nieruchoma).
rotor induktor może składać się z trwałym magnesem (generując pole stałe), w tym przypadku napięcie dostarczane przez urządzenie nie jest regulowany (jeśli nie brać pod uwagę straty w przewodach) i jego wartość RMS i jego częstość różnią z prędkością obrotową. Częściej elektromagnes zapewnia indukcję. Tego uzwojenia jest zasilany prądem stałym , bądź za pomocą obrotowego pierścienia kolektora (podwójny pierścień ze szczotkami) wprowadzenia zewnętrznego źródła zasilania lub za pomocą obracającego się diodę i bezszczotkowy wzbudnicy . System regulacji umożliwia regulację napięcia lub fazy wytwarzanego prądu. stojan zwora składa się z uzwojeń, które będą siedzibą prądu przemiennego indukowanego przez zmianę w strumień pola magnetycznego, w wyniku względnego ruchu dławika w stosunku do szkieletu. Różne rodzaje alternatorów Alternatory przemysłoweW alternatorach przemysłowych twornik składa się z trzech uzwojeń ustawionych pod kątem 360°/3p (p: liczba par biegunów ) lub 120°/1p dla pary biegunów oraz trzech uzwojeń, które zapewniają układ trójfazowych prądów przemiennych .
Zwiększenie liczby par biegunów umożliwia zmniejszenie prędkości obrotowej maszyny. Ponieważ częstotliwość sieci wynosi 50 Hz ( 50 cykli na sekundę lub 3000 cykli na minutę), maszyny synchroniczne muszą podążać w tym rytmie, aby zasilać sieć. Zwiększenie liczby biegunów pozwala na wykonanie większej liczby cykli na jeden obrót, a ponieważ częstotliwość jest stała, prędkość obrotowa musi zostać zmniejszona do 3000 cykli na minutę (w 50 Hz ).
W alternatorach domowych ( generator jednofazowy) twornik składa się z jednego uzwojenia.
Alternatory pokładoweOn- planszowe alternatory , między innymi na mechanicznych pojazdów , są alternatory trójfazowe wyposażone w prostownik systemu ( diody ), który dostarcza prąd stały o napięciu około 14 V dla samochodów i 28 V dla samochodów ciężarowych , dostarczających energię elektryczną pojazdu i ładowanie akumulatora w celu dostarczenia energii, gdy silnik jest zatrzymany. Musi być połączony z regulatorem napięcia zabezpieczającym akumulator przed przeładowaniem.
Źle nazwane "dynamy" rowerów to także alternatory, których cewka indukcyjna składa się z jednego lub więcej magnesów trwałych.
W niektórych przypadkach, na przykład w niektórych turbinach wiatrowych , wirnik jest zewnętrzny, a stojan, nieruchomy, umieszczony jest pośrodku generatora. Łopaty turbiny wiatrowej są bezpośrednio połączone z wirnikiem. Turbina wiatrowa jest alternatorem .
W asynchronicznej maszyny pracujące hypersynchronous (częstotliwość obrotu większy niż synchronicznego częstotliwości) zapewniają również zasilanie sieci elektrycznej , do której są podłączone. Ich wadą jest brak możliwości regulacji napięcia , w przeciwieństwie do maszyn synchronicznych, które mogą zapewnić stabilność sieci elektrycznych . Jednak dzięki niedawnemu postępowi w energoelektronice są coraz częściej stosowane w małych i średnich agregatach prądotwórczych, takich jak turbiny wiatrowe i mikrotamy . Jednym z zastosowań jest podwójnie zasilana maszyna asynchroniczna .
Istnieją generatory elektryczne, które nie wymagają maszyny wirującej , takie jak:
Inne technologie generatorów są w trakcie opracowywania, ale nie mają jeszcze zastosowania przemysłowego na dużą skalę: