Генератор электричества: бензиновые, дизельные. Электрогенераторы для дачи и дома. Цены и отзывы. – интернет-магазин ВсеИнструменты.ру

Содержание

Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели

Электрогенераторы в начале XX века


Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

История

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. 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:

  • Электростатическую индукцию
  • 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

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

Диск Фарадея

Диск Фарадея

В 1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина

Основная статья Динамо-машина

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. Первую динамо-машину построил Pixii Ипполит Пикси 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.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Другие электрические генераторы, использующие вращение

Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

МГД генератор

Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

Классификация

Электромеханические индукционные генераторы

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:
  • По виду выходного электрического тока
      • Трёхфазный генератор
        • С включением обмоток звездой
        • С включением обмоток треугольником
  • По способу возбуждения
    • С возбуждением постоянными магнитами
    • С внешним возбуждением
    • С самовозбуждением
      • С последовательным возбуждением
      • С параллельным возбуждением
      • Со смешанным возбуждением

См. также

Ссылки

Высокие технологии паровой генератор для электричества промышленных мощностей

О продукте и поставщиках:
Исследуй массив. Коллекция паровой генератор для электричества на Alibaba.com. Вы можете купить. паровой генератор для электричества различной номинальной мощности и различных видов топлива .. паровой генератор для электричества также подходят для бытового и промышленного использования. Эти продукты пригодятся в различных отраслях промышленности, таких как фармацевтическая, текстильная, пищевая, строительная и т. Д. 

паровой генератор для электричества на Alibaba.com работают с использованием газа / угля / нефти / электроэнергии. Изделие изготовлено из высококачественной стали, предотвращающей ржавление при длительном использовании. Температура на выходе составляет от 170 до 350 градусов Цельсия. Файл. Параметры стиля паровой генератор для электричества бывают вертикальными и горизонтальными. Рабочее давление, номинальная мощность, номинальное напряжение и другие подобные характеристики зависят от использования и отрасли. Тип конструкции - водяная труба или пожарная труба. Вывод. паровой генератор для электричества - это горячая вода или пар. Основными преимуществами продуктов являются быстрая сборка, меньшая площадь пола, автоматизированная панель управления и т. Д. Тип циркуляции, давление, теплоемкость, материал, применение являются важными факторами при покупке.

паровой генератор для электричества имеют большие поверхности нагрева и высокую тепловую эффективность. Они также обеспечивают чистое сгорание, сводя к минимуму возникающее загрязнение. Файл. паровой генератор для электричества также имеют несколько мер безопасности. Например, защита от утечек, двойной регулируемый контроллер давления, предохранительный клапан полного подъема и т. Д. паровой генератор для электричества просты в эксплуатации, экономичны, портативны и очень эффективны. Продукция соответствует международным стандартам и имеет несколько сертификатов.

Возьмите захватывающее. паровой генератор для электричества предлагает сделки с Alibaba.com и обеспечивает максимальную отдачу от ваших инвестиций. Если да. паровой генератор для электричества поставщик, заключите сделку по крупным заказам. Посетите сейчас и получите доступ к продуктам мирового класса.

Электрический генератор

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.

Подробнее пример с рамкой разобран в статье – переменный синусоидальный ток.

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.

  • Просмотров: 7316
  • Электрический генератор. Основное оборудование электрических станций и подстанций.

    Основное оборудование электрических станций и подстанций

    Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

    История изобретения генератора электрического тока

    Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

    Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863г.

    При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

    В 1870г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г.А.Пачинотти.

    В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

    До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. 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:

    • Электростатическую индукцию
    • 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.

    Принцип работы любого электрического генератора

    Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение0 в энергию электрическую. Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки. Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

    Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

    Синхронный электрогенератор

    Синхронный электрогенератор — это синхронная машина, работающая в режиме генератора в которой частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. В синхронном генераторе ротор выполнен виде постоянного магнита или электромагнита.

    Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но кратно двум. В бытовых электростанциях используется, как правило, ротор с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции 3000 об/мин. Ротор, при запуске электростанции, создает слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля. Например, подключенная индуктивная нагрузка размагничивает генератор и снижает напряжение, а при подключении емкостной нагрузки происходит подмагничивание генератора и повышение напряжения. Это называется «реакцией якоря».

    Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и обеспечивается блоком AVR. Преимуществом таких генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току, так как при завышенной нагрузке, регулятор может чрезмерно повысить ток в обмотке ротора. Еще к недостаткам синхронного генератора можно отнести наличие щеточного узла, который рано или поздно придется обслуживать. Благодаря такому способу регулировки, вне зависимости от изменения тока нагрузки и оборотов двигателя электростанции стабильность выходного напряжения генератора остается очень высокой, примерно ±1%.

    Асинхронный электрогенератор

    Асинхронный электрогенератор — асинхронная машина (двигатель) работающая в режиме торможения, ротор которой вращается с опережением, но в том же направлении что и магнитное поле статора. В зависимости от типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым либо фазным.

    Вращающееся магнитное поле, созданное вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора, так же как и в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не регулируемо, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависит от частоты оборотов ротора, а следовательно от стабильности работы двигателя электростанции.

    Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются достаточно редко, так как имеются ряд недостатков: асинхронный генератор всегда потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы необходим источник реактивной мощности (конденсаторы), зависящий от активно-индуктивного характера нагрузки; ненадежность работы в экстремальных условиях; возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, при скорости превышающей или равной синхронной; зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя и т.д.

    Устройство генератора

    Основными частями любого генератора являются: система магнитов (или, чаще всего, электромагнитов), создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле. При пропускании магнитного поля через катушку магнитный поток принудит свободные электроны сместиться на концы проводника. Подобное смещение отрицательно заряженных частиц становится источником возникновения электродвижущей силы — ЭДС (напряжение). В результате у генератора при вращении его оси идёт постоянное воздействие магнитного потока на обмотки, на которых и возникает ЭДС.

    Составные части генератора:

    • коллектор,
    • щетки,
    • магнитные полюса,
    • витки,
    • вал,
    • якорь.

    Принцип действия генератора

    Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник можно использовать как источник электрической энергии.

    Виды генераторов

    • электрогенераторы,
    • бензогенераторы,
    • дизельгенераторы,
    • инверторные генераторы.

    Применение

    Генераторы используются во многих сферах жизнедеятельности и производства, при различных условиях. Бензогенераторы незаменимы в случае отключения электричества в небольших загородных домах и дачах. Кроме того, их удобно применять в тех местах, где нет электроэнергии (отдаленные районы, горы, леса). Дизельные генераторы применяется в качестве основного или резервного источника электропитания. Инверторные генераторы незаменимы как источник дополнительного питания для электронного оборудования. Такие электростанции исспользуются организациями, использующими различную электронную технику.

    

    Волновая энергия заряжается вперед с помощью генераторов статического электричества

    Один из ключей к сбору чистой энергии океана — по крайней мере, небольшой ее части — может заключаться в статическом электричестве. Группа исследователей из Португалии успешно использовала его для запуска небольших генераторов внутри навигационного буя, питающих датчики и свет, которые буй использует для сбора данных и помощи морякам. Хотя масштаб проекта пока невелик, исследователи говорят, что это важное доказательство концепции метода, который может дополнить существующие попытки использовать силу волн, а также другие виды естественного движения.

    Океаны — привлекательная цель для производства возобновляемой энергии. Одни только волны производят 32 000 тераватт-часов природной энергии в год — для справки: весь мир ежегодно использует около 23 000 тераватт-часов. А еще есть сила течений, приливов и тепловая энергия. Но, несмотря на десятилетия исследований, движение океана оказалось трудно обуздать. Характер волн непредсказуем, морская вода разъедает металлы, а энергия волн одновременно распределяется по трем измерениям (вверх-вниз, вперед-назад и влево-вправо).

    Частично из-за таких проблем электрическая мощность нескольких зарождающихся крупномасштабных проектов по энергетике волн отстает от прогнозов. Вместо этого португальские исследователи сосредоточились на чем-то меньшем и более управляемом: питании навигационных буев, которые часто включают в себя огни для управления лодками и датчики для наблюдения за состоянием океана. Команда обратилась к так называемым трибоэлектрическим наногенераторам, или ТЭНГ, которые преобразуют движение в электрический ток с помощью статического электричества — по тому же принципу, что и трение воздушного шара о пушистый свитер для генерации заряда.В ядре каждого TENG есть две поверхности площадью всего несколько квадратных сантиметров, которые могут легко заряжаться положительно или отрицательно. Поверх этих двух сложенных друг на друга поверхностей исследователи поместили 10 шариков из нержавеющей стали диаметром около 12 миллиметров, которые могут свободно перемещаться. Когда их контейнер наклоняется, шарики перекатываются и трутся о две поверхности друг о друга. Это создает статический заряд, который можно преобразовать в электричество для питания аккумулятора.

    «Мы разработали эти новые устройства, которые преобразуют ритм и механическую энергию в электрическую», — говорит Катия Родригес, доктор наук в области нанотехнологий.D. студент Университета Порту в Португалии. На прошлой неделе она представила презентацию о буе, работающем на волнах, на конференции Американского института физики, которая проходила онлайн. «Устройства недорогие. Они достигают высокой плотности мощности [с] высокой эффективностью», — говорит Родригес, добавляя, что TENG продолжают работать хорошо, даже когда волны небольшие и нечастые.

    TENG могут генерировать энергию от любой формы движения, но Родригес и ее сотрудники сосредоточились на тестировании различных прототипов TENG, чтобы оптимизировать их для конкретных условий волнового движения.В своих последних тестах она и ее коллеги хотели увидеть, какая установка будет наиболее последовательно производить больше электричества: поместить все шарики вместе в круглую емкость в форме неглубокой чаши или создать отдельные «дорожки» для каждого шарика, как пловцы в воде. дорожки бассейна.

    Работая в лаборатории гидравлики Университета Порту, группа тестировала конструкции ТЭНов, встроенных в копию океанического буя в масштабе одной восьмой. Они поместили модель в волновой бассейн и смоделировали пять наиболее частых волновых моделей, которые возникают в морском порту в соседнем Фигейра-да-Фош, Португалия.

    TENG были изобретены исследователем из Технологического института Джорджии в 2012 году. По словам Родригеса, новое исследование стало первым случаем, когда они были протестированы в таких реалистичных волновых условиях. И это имело успех: конструкция TENG, напоминающая плавательную дорожку, давала максимальную мощность 230 микроватт — этого достаточно для питания небольших устройств, таких как медицинские имплантаты. Он также более последовательно преобразовывал энергию при различных волновых условиях, чем конструкция чаши. Родригес говорит, что производительность может быть увеличена за счет включения нескольких ТЭНов или добавления наночастиц на поверхности под металлическими шариками, что увеличивает способность материалов накапливать заряд.

    TENG могут предложить решение ключевой проблемы, которая поставила в тупик другие технологии энергии океана, говорит Эндрю Гамильтон, председатель инженерного отдела Калифорнийского исследовательского института аквариума Монтерей-Бей, который не участвовал в новой работе. Океан, по его словам, представляет собой высокоэнергетическую низкоскоростную систему: он содержит огромное количество энергии, но эта мощность широко распространена. В результате традиционные вращающиеся генераторы часто требуют больше энергии для электричества, чем может обеспечить небольшой участок океана, а другие попытки разработать буи с приводом от волн потерпели неудачу.Собственный проект буя Monterey Bay вырабатывает энергию, используя разницу в движении между поверхностью воды и платформой, подвешенной на десятках или сотнях метров ниже. Но для работы на больших глубинах для этого требуется длинный трос, принимающий повреждения от прибойных волн и подводных течений. В 2017 году навигационный буй в Индии приводился в действие системой колеблющегося водяного столба: волны попеременно заполняли и опорожняли частично погруженную камеру, ускоряя поток воздуха в столб и из него. Затем быстро движущийся воздух вращал турбину для выработки электроэнергии.Но этот метод создает потенциально проблематичные громкие шумы и использует только вертикальное движение волны.

    Небольшой размер ТЭНа помогает избежать обеих этих ловушек. Родригес говорит, что его компактность является одним из его преимуществ, позволяя исследователям легко комбинировать TENG с другими методами выработки электроэнергии, такими как солнечные панели или различные виды сборщиков волновой энергии. Основываясь на успехе своих испытаний в бассейне с волнами, исследователи планируют модифицировать свой прототип TENG и установить его на полномасштабный буй в Фигейра-да-Фош.Гамильтон отмечает, что испытание в открытом океане может создать проблемы, которые невозможно смоделировать в бассейне с искусственными волнами. «Все, что вы проектируете для круглогодичного использования в океане, вы должны проектировать для шторма, который по статистике может происходить каждые 100 лет», — говорит он. Он объясняет, что этот тип экстремальной защиты от атмосферных воздействий часто делает устройство более громоздким, менее маневренным и менее долговечным с течением времени, потому что дополнительная площадь поверхности обеспечивает больше возможностей для износа.

    Родригес не испугался.Она говорит, что изучает работу ТЭНов не только в океане, но и в других «суровых условиях», в том числе, когда их помещают в колодцы для добычи грунтовых вод и вшивают в стельки обуви. Эти широкомасштабные приложения — вот почему в будущем она ожидает увидеть TENG «везде».

    Электрические генераторы – обзор

    4.1 Развитие рынка США (1980–2020 гг.)

    Потенциал ветровой энергии США в районах с CF больше или равным 30% огромен, с мощностью почти 10 500 ГВт при 80 м и мощностью 12000 ГВт на высоте 100 м над уровнем земли (рис.33) (НРЭЛ, 2010). Кроме того, технически возможная генерация энергии ветра, если она будет полностью развита, может достичь 31 ТВтч (WIND Exchange, 2010). На рис. 34 показана карта скорости ветра в США (NREL, 2021a). Большая часть потенциала ветровой энергии приходится на ветреные центральные районы, но многие восточные и западные штаты также обладают значительными ветровыми ресурсами (NREL, 2010). Тематические карты потенциала энергии ветра также можно найти в NREL (2021c).

    Рис. 33. Технические мощности ветроэнергетики на территории США (WIND Exchange, 2010).

    Рис. 34. Карта скорости ветра в США (NREL, 2021a).

    История ветроэнергетики в Соединенных Штатах восходит к одиннадцатому веку, когда европейские иммигранты «» перенесли технологию эксплуатации энергии ветра в западное полушарие. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для перекачивания воды, измельчения зерна и рубки древесины на лесопилках. Более того, владельцы ранчо и поселенцы установили тысячи ветряных насосов, чтобы заселить западную часть Соединенных Штатов. В конце 1800-х и начале 1900-х годов также широко использовались небольшие ветряные электрогенераторы.Тем не менее, в 1930-х годах благодаря программам электрификации сельских районов, направленным на продление линий электропередач по всей стране, количество ветряных насосов и ветряных электрогенераторов постепенно сокращалось (EIA, 2021).

    После этого ветроэнергетика в Соединенных Штатах переживала два периода роста. В 1978 году Закон о политике регулирования коммунальных предприятий (PURPA) требовал от коммунальных предприятий предлагать долгосрочные контракты на покупку электроэнергии частным застройщикам на основе избегаемых коммунальными предприятиями затрат на производство электроэнергии.Также были реализованы федеральные и государственные налоговые льготы. Калифорния была штатом, в котором произошла большая часть несвоевременного развития (Justus, 2005). Второй толчок произошел в конце 1990-х гг. Это стало результатом сочетания федеральных налоговых льгот и политики, принятых в нескольких штатах, таких как налоговые льготы на недвижимость и корпоративные продажи, а также производственных стимулов (начисляемых на основе цента за кВтч) и RPS, чему также способствовала новая ветряная турбина. технологии, которые стали доступны в то время (Hitaj, 2013; Justus, 2005).Сохраняющаяся неопределенность в отношении будущих затрат и обязательств электростанций, работающих на природном газе и угле, была еще одним фактором, способствовавшим этому (Bolinger and Wiser, 2009), наряду с добровольными программами маркетинга экологически чистой энергии (Justus, 2005).

    Еще одной примечательной чертой была большая изменчивость государства по уровню, продолжительности и сочетанию политики (Hitaj, 2013). Например, одна из вышеупомянутых налоговых льгот, Налоговый кредит на производство (PTC), впервые введенный в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года, после истечения срока действия в 2001 году продлевался шесть раз на один или два года за раз и фактически истекал дважды. (Хитадж, 2013; Юстус, 2005).Важность PTC для ветроэнергетики подтверждается циклом взлетов и падений новых ветряных электростанций, имевшим место в десятилетие 2000–2010 годов (Bolinger and Wiser, 2009). Кроме того, в тот же период потребности в планировании коммунальных ресурсов также способствовали увеличению количества ветряных электростанций в западных и среднезападных штатах (Barbose et al., 2008; Bolinger and Wiser, 2005; Calvert and Hock, 2001).

    Политика на уровне штатов также сыграла важную роль в определении направления и объема развития ветроэнергетики (Hitaj, 2013; Bolinger and Wiser, 2009).Примечательно, что с 1999 по 2007 год более 55% ветроэнергетических мощностей, установленных в Соединенных Штатах, располагались в штатах с политикой RPS (Wiser and Barbose, 2008). Другие факторы включают в себя процветающий добровольный потребительский спрос на « чистую » энергию (Bird et al., 2007), различные государственные налоги и другие льготы, а также государственные фонды возобновляемой энергии (Bird et al., 2005).

    В результате вышеупомянутых драйверов ветроэнергетика в США с течением времени отмечает довольно заметный рост.Характерно, что совокупная установленная мощность ветроэнергетики в 1990 г. составляла 1,9 ГВт и (Юстус, 2005 г.), тогда как доля выработки ветровой энергии в национальном балансе составляла менее 1% (ОВОС, 2021 г.). К концу 2000 года совокупная установленная мощность превысила 2,5 ГВт и (рис. 35) (Calvert and Hock, 2001). Она была увеличена до 4,4 ГВт e в 2002 г. (из которых почти 1 ГВт e в Техасе), став третьим по величине в мире в том году, и до 6,5 ГВт e в 2004 г. (Justus, 2005).За весь период с 2000 по 2007 год доля ветра составила 5% от всех новых генерирующих мощностей в США, тогда как только в 2008 году доля ветра составила 42% (Hitaj, 2013). В конце 2009 года в Соединенных Штатах действовало более 34 ГВт и ветроэнергетических мощностей, расположенных в основном в ветреных центральных регионах и в меньшей степени в восточных и западных штатах (NREL, 2010).

    Рис. 35. Динамика совокупной установленной мощности ветроэнергетики и соответствующие годовые темпы роста в США в период 2000–2020 гг.

    В 2010 году установленная мощность ветроэнергетики превысила 39 ГВт e , а в 2013 году приблизилась к 60 ГВт e . В 2016 году в трех штатах (Айова, Канзас и Оклахома) энергия ветра составляла не менее 25% генерирующих мощностей соответствующего штата (EIA, 2017). В 2019 году совокупная установленная мощность ветроэнергетики приблизилась к 104 ГВт e , что является крупнейшим источником возобновляемой электроэнергии в Соединенных Штатах и ​​обеспечивает более 7% электроэнергии в стране.Кроме того, ветроэнергетика обеспечила более 120 000 рабочих мест во всех пятидесяти штатах (American Clean Power, 2021, 2020). На рис. 36 показана доля ветровой энергии в выработке электроэнергии по штатам страны в 2019 г. В 2020 г. доля ветровой энергии в национальном балансе электроэнергии увеличилась почти до 8,5%, так как было подключено более 18 ГВт e к электросети, в результате чего совокупная установленная мощность превысит 122 ГВт и (EIA, 2021; GWEC, 2021a).

    Рис. 36. Доля энергии ветра в выработке электроэнергии в США в 2019 г. (American Clean Power, 2020).

    Рост оффшорной ветроэнергетики также способствует развитию ветроэнергетического сектора США, однако гораздо более медленными темпами. Первый проект оффшорной ветроэнергетики (ветряная электростанция Блок-Айленд) мощностью 29,3 МВт и начал коммерческую эксплуатацию у побережья Род-Айленда в декабре 2016 года. и озера Огайо находились на стадии утверждения регулирующими органами (EIA, 2017).В 2020 году установленная мощность морских ветряных электростанций составляла всего 42 МВт e . Правительство Соединенных Штатов поставило цель развить 30 ГВт e мощностей оффшорной ветроэнергетики в течение десятилетия 2020–2030 годов и долгосрочную цель — 110 ГВт e к 2050 году (Buljna, 2021). Среди штатов страны Восточного побережья прогнозируют разработку более 25 ГВт e к 2035 году (рис. 37) (Power, 2020).

    Рис. 37. Ветроэнергетические проекты на восточном побережье США (A) (American Clean Power, 2020) и (B) Арендные площади в 2019 г. (BOEM, 2021).

    Несколько разработчиков в настоящее время (2021 г.) находятся на этапах планирования и оценки ресурсов морских ветроэнергетических проектов. В 2019 году де Кастро и соавт. (2019) провели исследование, чтобы выявить основные причины диверсифицированного (с точки зрения политики и установленной мощности) развития трех лидеров наземной ветроэнергетики (Китай, США и Европа) в секторе оффшорной ветроэнергетики. Авторы подчеркнули, что потенциальная будущая роль Соединенных Штатов в оффшорной ветроэнергетике находится в руках лиц, принимающих решения.Долгосрочное видение, закрепленное в рамках стабильных экономических стимулов, наряду с более упорядоченным процессом лицензирования, может помочь стимулировать оффшорную ветроэнергетику.

    Что касается рынка производителей ветряных турбин, GE Renewable Energy была крупнейшим поставщиком новых заказов на ветряные турбины в 2019 году (рис. 38) (Jaganmohan, 2021). Соответствующая мощность ветряных турбин превысила 4,1 ГВт и , что соответствует доле рынка более 45%. Vestas с суммарной номинальной мощностью 3 ГВт e от общего числа проданных ветряных турбин заняла второе место в этом году (33%), за ней следует Siemens Gamesa (15.6%) и Nordex Acciona (6%). Отсутствие китайских производителей очевидно, так как только Goldwind удалось завладеть крошечной долей рынка (менее 1%).

    Рис. 38. Рыночная доля производителей ветряных турбин в новых установках США в 2019 г.

    На основе Jaganmohan M (2021) Производители ветряных турбин — установочная мощность в США, 2019 г. https://www.statista.com / статистика (по состоянию на август 2021 г.).

    Электробезопасность и генераторы|Стихийные бедствия и суровая погода

    Предотвращение поражения электрическим током, связанного с портативными генераторами, подключенными к бытовым цепям

    Когда линии электропередач отключены, жители могут восстанавливать электроэнергию в своих домах или других строениях, используя другой источник питания, например портативный генератор.Если где-либо рядом с электрическими цепями и электрооборудованием была вода, отключите питание с помощью главного выключателя или предохранителя на сервисной панели. Не включайте питание до тех пор, пока квалифицированный электрик не проверит электрическое оборудование.

    При необходимости использования портативного генератора необходимо строго следовать рекомендациям и спецификациям производителя. При возникновении каких-либо вопросов, касающихся эксплуатации или установки переносного генератора, следует немедленно обратиться к квалифицированному электрику для оказания помощи в установке и пуско-наладке.Генератор всегда должен располагаться вне конструкции.

    При использовании переносных бензиновых и дизельных генераторов для подачи электроэнергии в здание перед запуском генератора переведите главный выключатель или предохранитель на сервисной панели в положение «выключено». Это предотвратит непреднамеренное попадание напряжения в линии электропередач из-за обратной подачи электроэнергии от генераторов, а также поможет защитить работников коммунальных служб, других ремонтников или людей в соседних зданиях от возможного поражения электрическим током.Если генератор подключен к бытовой электросети без перевода главного выключателя в положение «выключено» или извлечения главного предохранителя, электрический ток может измениться, вернуться через цепь во внешнюю электросеть и подать питание на линии электропередач или электрические системы. в других зданиях до исходного напряжения или близкого к нему без ведома коммунальных служб или других работников.

    Эффекты обратной подачи

    Проблема обратной подачи электроэнергии представляет собой потенциальный риск для работников электроэнергетики.Поражение электрическим током является пятой по значимости причиной всех зарегистрированных смертей на производстве. Соблюдение приведенных ниже правил безопасности может снизить этот риск.

    Защита от обратной подачи
    • Лица, работающие на непроверенных обесточенных линиях электропередач или поблизости от них, должны проявлять крайнюю осторожность. Все лица, выполняющие эту работу, должны относиться ко всем линиям электропередач как к «горячим», если только они точно не знают, что эти линии должным образом обесточены и заземлены. Из-за возможности возникновения цепи обратной связи лицо, выполняющее работу, должно лично заземлить все линии по обеим сторонам рабочей зоны и носить надлежащее необходимое защитное оборудование.
    • Строители должны быть проинструктированы о том, что все линии электропередачи находятся под напряжением, если только они лично не отключат от них питание переключателем, или сняв перемычку, если позволяет нагрузка.
    • Рабочие должны убедиться, что линии электропередач обесточены.
    • Рабочие должны обеспечить надлежащее заземление линий. Если линия электропередачи не заземлена с обеих сторон рабочей зоны, она должна считаться находящейся под напряжением, даже если линия обесточена. Линии должны быть заземлены на нейтраль системы. Заземление должно быть подключено к нейтрали системы в первую очередь и удалено от нейтрали системы в последнюю очередь. Если работы выполняются в многофазной системе, заземления должны быть размещены на всех линиях. Линии должны быть заземлены в пределах видимости рабочей зоны, и работа должна выполняться между площадками, когда это возможно.Если работа должна выполняться вне поля зрения точки, где линия была обесточена, то на всех линиях со стороны источника рабочей зоны должно быть установлено дополнительное заземление.
    • Лица, работающие на линиях электропередач или поблизости от них, должны быть обеспечены соответствующими средствами безопасности и защиты и обучены процедурам, которые касаются всех значений напряжения, которым они могут подвергаться. Должны быть установлены процедуры для выполнения проверки двойного напряжения на заземленной стороне нагрузки и стороне питания разомкнутой цепи.Как только будет установлено, что высокое напряжение отсутствует, следует использовать испытательное оборудование низкого напряжения, такое как светящаяся неоновая лампа или светоизлучающий диод, чтобы определить, присутствует ли более низкое напряжение.
    Прочие опасности для генераторов

    Использование генератора также является основной причиной отравления угарным газом (CO). Генераторы следует использовать только в хорошо проветриваемых помещениях. Чтобы узнать больше о предотвращении отравления угарным газом, см. Отравление угарным газом после стихийного бедствия.

    Электрический генератор — Энциклопедия Нового Света

    Электрический генератор — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую, обычно используя электромагнитную индукцию.Источником механической энергии может быть поршневой или турбинный паровой двигатель, вода, падающая через турбину или водяное колесо, двигатель внутреннего сгорания, ветряная турбина, рукоятка или любой другой источник механической энергии.

    Сегодня генераторы используются во многих различных машинах и привели к многим современным достижениям. В будущем мы можем увидеть, как электрические генераторы станут меньше с большей мощностью. Однако в какой-то момент они могут устареть, если электрическая энергия вырабатывается напрямую из альтернативного источника энергии.

    Вид сбоку на переносной генератор с бензиновым двигателем.

    Исторические события

    До того, как была открыта связь между магнетизмом и электричеством, генераторы использовали электростатические принципы. В машине Вимшерста использовалась электростатическая индукция или «влияние». Генератор Ван де Граафа использует любой из двух механизмов:

    • Заряд, переносимый высоковольтным электродом
    • Заряд, созданный за счет трибоэлектрического эффекта при разделении двух изоляторов (ремень сходит с нижнего шкива).

    Электростатические генераторы используются для научных экспериментов, требующих высокого напряжения. Из-за сложности изолирования машин, вырабатывающих очень высокие напряжения, электростатические генераторы изготавливаются только с малой номинальной мощностью и никогда не используются для выработки промышленно значимых количеств электроэнергии.

    Фарадей

    В 1831-1832 годах Майкл Фарадей обнаружил, что между концами электрического проводника, движущегося перпендикулярно магнитному полю, возникает разность потенциалов.Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», тип униполярного генератора, использующий медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он производил небольшое постоянное напряжение и большой ток.

    Динамо

    Dynamo был первым электрическим генератором, способным поставлять энергию для промышленности. Динамо использует электромагнитные принципы для преобразования механического вращения в переменный электрический ток. Динамо-машина состоит из стационарной конструкции, создающей сильное магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, вращающихся в этом поле.На небольших машинах магнитное поле может создаваться постоянным магнитом; более крупные машины имеют магнитное поле, создаваемое электромагнитами.

    Первое динамо, основанное на принципах Фарадея, было построено в 1832 году французским мастером Ипполитом Пикси. В нем использовался постоянный магнит, который вращался с помощью рукоятки. Вращающийся магнит был расположен так, что его северный и южный полюса проходили через кусок железа, обмотанного проволокой. Пикси обнаружил, что вращающийся магнит производит импульс тока в проводе каждый раз, когда полюс проходит через катушку.Кроме того, северный и южный полюса магнита индуцировали токи в противоположных направлениях. Добавив коммутатор, Pixii смогла преобразовать переменный ток в постоянный.

    В отличие от диска Фарадея, в движущихся обмотках динамо-машины можно использовать множество последовательно соединенных витков провода. Это позволяет напряжению на клеммах машины быть выше, чем может производить диск, так что электрическая энергия может подаваться при удобном напряжении.

    Связь между механическим вращением и электрическим током в динамо-машине обратима; принципы работы электродвигателя были открыты, когда было обнаружено, что одна динамо-машина может приводить во вращение вторую взаимосвязанную динамо-машину, если через нее проходит ток.

    Динамо Джедлика

    В 1827 году Аниос Джедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он назвал электромагнитными автороторами. В прототипе однополюсного электростартера (законченном между 1852 и 1854 гг.) как неподвижная, так и вращающаяся части были электромагнитными. Он сформулировал концепцию динамо-машины как минимум за 6 лет до Сименса и Уитстона. Суть концепции заключается в том, что вместо постоянных магнитов два электромагнита, расположенные напротив друг друга, создают магнитное поле вокруг ротора.

    грамм динамо

    Обе эти конструкции страдали от одной и той же проблемы: они индуцировали «всплески» тока, после чего их не было вообще. Антонио Пачинотти, итальянский ученый, исправил это, заменив вращающуюся катушку на тороидальную, которую он создал, обернув железное кольцо. Это означало, что какая-то часть катушки постоянно проходила мимо магнитов, сглаживая ток. Зеноб Грамм повторно изобрел эту конструкцию несколько лет спустя при проектировании первых коммерческих электростанций, которые работали в Париже в 1870-х годах.Его конструкция теперь известна как динамо-машина Грамма. С тех пор были сделаны различные версии и улучшения, но основная концепция вращающейся бесконечной петли проволоки остается в основе всех современных динамо-машин.

    Концепции

    Генератор двигает электрический ток, но не создает электрического заряда, который уже присутствует в токопроводящем проводе его обмоток. Это чем-то похоже на водяной насос, который создает поток воды, но не создает саму воду.

    Существуют и другие типы электрических генераторов, основанные на других электрических явлениях, таких как пьезоэлектричество и магнитогидродинамика. Конструкция динамо-машины аналогична конструкции электродвигателя, и все распространенные типы динамо-машин могут работать как двигатели.

    Терминология

    Детали динамо-машины или сопутствующего оборудования могут быть выражены либо в механических, либо в электрических терминах. Хотя эти два набора терминов четко разделены, они часто используются взаимозаменяемо или в комбинациях, включающих один механический термин и один электрический термин.Это вызывает большую путаницу при работе с составными машинами, такими как бесщеточный генератор переменного тока, или при разговоре с людьми, которые привыкли работать с машиной, конфигурация которой отличается от той, к которой привык говорящий.

    Механический
    Ротор: Вращающаяся часть генератора переменного тока, генератора, динамо-машины или двигателя.
    Статор: Неподвижная часть генератора переменного тока, генератора, динамо-машины или двигателя.

    Электрооборудование
    Якорь: Компонент генератора переменного тока, генератора, динамо-машины или двигателя, производящий энергию.Якорь может быть как на роторе, так и на статоре.
    Поле: Составляющая магнитного поля генератора переменного тока, генератора, динамо-машины или двигателя. Поле может быть либо на роторе, либо на статоре и может быть либо электромагнитом, либо постоянным магнитом.

    Максимальная мощность

    Теорема о максимальной мощности применима к генераторам так же, как и к любому источнику электроэнергии. Эта теорема утверждает, что максимальную мощность можно получить от генератора, сделав сопротивление нагрузки равным сопротивлению генератора.Однако в этом случае эффективность передачи энергии составляет всего 50 процентов, а это означает, что половина вырабатываемой энергии теряется в виде тепла внутри генератора. По этой причине практические генераторы обычно рассчитаны не на максимальную выходную мощность, а на более низкую выходную мощность, где эффективность выше.

    Маломощный

    Ранние автомобили, как правило, использовали генераторы постоянного тока с электромеханическими регуляторами. Они не были особенно надежными или эффективными, и теперь их заменили генераторы переменного тока со встроенными цепями выпрямителя.Они питают электрические системы автомобиля и заряжают аккумулятор после запуска. Номинальная выходная мощность обычно находится в диапазоне 50–100 А при 12 В, в зависимости от расчетной электрической нагрузки в автомобиле — некоторые автомобили теперь оснащены усилителем рулевого управления с электроприводом и кондиционером, что создает высокую нагрузку на электрическую систему. Коммерческие автомобили, скорее всего, будут использовать 24 В, чтобы обеспечить достаточную мощность на стартере для запуска большого дизельного двигателя без необходимости использования чрезмерно толстых кабелей.В автомобильных генераторах обычно не используются постоянные магниты; они могут достигать эффективности до 90 процентов в широком диапазоне скоростей за счет управления напряжением возбуждения. В генераторах мотоциклов часто используются статоры с постоянными магнитами, изготовленные из редкоземельных магнитов, поскольку их можно сделать меньше и легче, чем другие типы.

    Некоторые из самых маленьких обычно используемых генераторов используются для питания велосипедных фонарей. Как правило, это генераторы переменного тока с постоянными магнитами на 0,5 А, обеспечивающие мощность 3–6 Вт при напряжении 6 или 12 В. При питании от водителя эффективность имеет первостепенное значение, поэтому они могут включать в себя редкоземельные магниты и спроектированы и изготовлены с большим точность.Тем не менее, максимальный КПД лучших из этих генераторов составляет всего около 60 процентов (обычно 40 процентов) из-за использования постоянных магнитов. Чтобы вместо этого использовать управляемое электромагнитное поле, потребуется батарея, что неприемлемо из-за ее веса и габаритов.

    Парусные яхты могут использовать водяной или ветряной генератор для подзарядки батарей. Небольшой пропеллер, ветряная турбина или крыльчатка соединены с маломощным генератором переменного тока и выпрямителем для подачи тока до 12 А при типичных крейсерских скоростях.

    Двигатель-генератор

    Двигатель-генератор радиостанции (Дюбендорфский музей военной авиации). Генератор работал только при отправке радиосигнала (приемник мог работать от аккумулятора) Ручной электрогенератор радиостанции (Дюбендорфский музей военной авиации)

    Двигатель-генератор представляет собой комбинацию электрического генератора и двигателя, смонтированных вместе и образующих единое целое. Эта комбинация также называется генераторной установкой или генераторной установкой .Во многих контекстах двигатель считается само собой разумеющимся, и комбинированный блок называется просто генератором .

    Помимо двигателя и генератора, двигатели-генераторы обычно включают в себя топливный бак, регулятор частоты вращения двигателя и регулятор напряжения генератора. Многие агрегаты оснащены аккумулятором и электростартером. Резервные энергоблоки часто включают в себя систему автоматического запуска и автоматический переключатель для отключения нагрузки от общего источника питания и подключения ее к генератору.

    Двигатели-генераторы производят энергию переменного тока, которая используется в качестве замены энергии, которую в противном случае можно было бы приобрести на коммунальной электростанции. Напряжение генератора (вольты), частота (Гц) и мощность (ватты) выбираются в соответствии с нагрузкой, которая будет подключена. Доступны как однофазные, так и трехфазные модели. В США доступно всего несколько моделей портативных трехфазных генераторов. Большинство доступных портативных устройств питаются только от одной фазы, а большинство производимых трехфазных генераторов представляют собой крупные генераторы промышленного типа.

    Двигатели-генераторы доступны в широком диапазоне мощностей. К ним относятся небольшие портативные устройства, которые могут обеспечивать мощность в несколько сотен ватт, устройства, устанавливаемые на ручную тележку, как показано на рисунке выше, которые могут обеспечивать мощность в несколько тысяч ватт, а также стационарные или устанавливаемые на прицепе устройства, которые могут обеспечивать мощность более миллиона ватт. Меньшие агрегаты, как правило, используют в качестве топлива бензин (бензин), а более крупные используют различные виды топлива, включая дизельное топливо, природный газ и пропан (жидкий или газообразный).

    При использовании двигателей-генераторов необходимо учитывать качество вырабатываемой ими электрической волны.Это особенно важно при работе чувствительного электронного оборудования. Кондиционер питания может принимать прямоугольные волны, генерируемые многими двигателями-генераторами, и сглаживать их, пропуская их через батарею в середине цепи. Использование инвертора вместо генератора также может генерировать чистые синусоидальные волны. Доступно несколько бесшумных инверторов, которые производят чистые синусоидальные волны, подходящие для использования с компьютерами и другой чувствительной электроникой, однако некоторые недорогие инверторы не производят чистые синусоидальные волны и могут повредить определенное электронное зарядное оборудование.

    Двигатели-генераторы часто используются для подачи электроэнергии в местах, где электроэнергия отсутствует, и в ситуациях, когда электроэнергия требуется только временно. Небольшие генераторы иногда используются для питания электроинструментов на строительных площадках. Установленные на прицепе генераторы обеспечивают электроэнергией освещение, аттракционы и т. д. для передвижных карнавалов.

    Резервные электрогенераторы постоянно устанавливаются и находятся в состоянии готовности для подачи электроэнергии на критические нагрузки во время временных перерывов в электроснабжении.Больницы, объекты связи, канализационные насосные станции и многие другие важные объекты оснащены резервными генераторами электроэнергии.

    Малые и средние генераторы особенно популярны в странах третьего мира в качестве дополнения к энергосистеме, которая часто ненадежна. Установленные на прицепе генераторы можно буксировать в районы стихийных бедствий, где временно отключено электроснабжение.

    Генератор также может приводиться в действие мускульной силой человека (например, в оборудовании полевых радиостанций).

    Среднеразмерный стационарный двигатель-генератор

    Изображенный здесь стационарный двигатель-генератор среднего размера представляет собой установку мощностью 100 кВА, которая вырабатывает 415 В при токе около 110 А на фазу. Он оснащен 6,7-литровым двигателем Perkins Phaser 1000 Series с турбонаддувом и потребляет около 27 литров топлива в час при 400-литровом баке. Стационарные генераторы, используемые в США, используются мощностью до 2800 кВт. Эти дизельные двигатели работают в Великобритании на красном дизеле и вращаются со скоростью 1500 об/мин. Это производит мощность на частоте 50 Гц, которая используется в Великобритании.В районах, где частота сети составляет 60 Гц (США), генераторы вращаются со скоростью 1800 об/мин или другой, даже кратной 60. Дизель-генераторные установки, работающие в точке наилучшего КПД, могут производить от 3 до 4 киловатт-часов электроэнергии на каждый литр. израсходованного дизельного топлива, с более низким КПД при частичной нагрузке.

    Вид сбоку на большой дизель-генератор Perkins производства F&G Wilson Engineering Ltd. Это установка мощностью 100 кВА.

    Патенты

    • У.Патент S. 222 881 (PDF) — Магнито-электрические машины: основная динамо-машина постоянного тока Томаса Эдисона. Прозвище устройства было « длинноногая Мэри-Энн ». Это устройство имеет большие биполярные магниты. Это неэффективно.
    • Патент США 373,584 (PDF) — Динамо-электрическая машина : усовершенствованная динамо-машина Эдисона, включающая дополнительную катушку и использующая силовое поле.
    • Патент США 359748 (PDF) — Динамо-электрическая машина — конструкция Николы Теслы асинхронного двигателя/генератора переменного тока.
    • Патент США 406968 (PDF) — Динамо-электрическая машина — «Униполярная» машина Теслы (т. е. диск или цилиндрический проводник, установленный между магнитными полюсами и приспособленный для создания однородного магнитного поля).
    • Патент США 417794 (PDF) — Якорь для электрических машин — Принципы конструкции Теслы якоря для электрических генераторов и двигателей. (Относится к номерам патентов US327797, US292077 и GB9013.)
    • Патент США 447920 (PDF) — Способ эксплуатации дуговых ламп — генератор переменного тока Теслы высокочастотных колебаний (или пульсаций) над уровнем слышимости.
    • Патент США 447921 (PDF) — Генератор переменного электрического тока — генератор Теслы, производящий 15000 колебаний в секунду или более.

    См. также

    Ссылки

    Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

    • Болдеа, Ион. 2005. Генераторы синхронные (Электроэнергетика) . Оттава, Онтарио, Канада: Публикации CRC. ISBN 084935725X.
    • Симойнс, М. Годой и Ф. А. Фаррет. 2004. Системы возобновляемой энергии: проектирование и анализ с помощью асинхронных генераторов . Оттава, Онтарио, Канада: Публикации CRC. ISBN 0849320313.
    • Гилл, Пол. 1997. Техническое обслуживание и испытания электроэнергетического оборудования (Электроэнергетика, 4) . Оттава, Онтарио, Канада: Публикации CRC. ISBN 0824799070.

    Внешние ссылки

    Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.

    Кредиты

    New World Encyclopedia авторов и редакторов переписали и дополнили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

    История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

    Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

    Капля воды вырабатывает электроэнергию 140 В, зажигая 100 светодиодных ламп — ScienceDaily

    Эффективное производство электроэнергии из капель дождя сделало еще один шаг вперед. Исследовательская группа под руководством ученых из Городского университета Гонконга (CityU) недавно разработала генератор электроэнергии на основе капель (DEG), отличающийся структурой, подобной полевому транзистору (FET), которая обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии. а мгновенная плотность мощности увеличена в тысячи раз по сравнению с аналогами без полевого транзистора.Это поможет продвинуть научные исследования в области производства энергии воды и решить энергетический кризис.

    Исследование проводилось совместно профессором Ван Цзуанкаем из факультета машиностроения CityU, профессором Цзэн Сяо Ченгом из Университета Небраски-Линкольн и профессором Ван Чжун Линем, директором-основателем и главным научным сотрудником Пекинского института наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук. наук. Их выводы были опубликованы в последнем номере журнала Nature .

    Значительное повышение эффективности преобразования электроэнергии

    В гидроэнергетике нет ничего нового. Около 70% земной поверхности покрыто водой. Однако низкочастотная кинетическая энергия, содержащаяся в волнах, приливах и даже каплях дождя, не может быть эффективно преобразована в электрическую энергию из-за ограничений современных технологий. Например, обычный генератор энергии капель, основанный на трибоэлектрическом эффекте, может генерировать электричество, вызванное контактной электрификацией и электростатической индукцией, когда капля ударяется о поверхность.Однако количество генерируемых на поверхности зарядов ограничивается межфазным эффектом, и в результате эффективность преобразования энергии довольно низкая.

    Чтобы повысить эффективность преобразования, исследовательская группа потратила два года на разработку DEG. Его мгновенная плотность мощности может достигать 50,1 Вт/м 2 , что в тысячи раз выше, чем у других подобных устройств без использования полевого транзистора. И эффективность преобразования энергии заметно выше.

    Профессор Ван из CityU отметил, что для изобретения есть два решающих фактора.Во-первых, команда обнаружила, что непрерывные капли, сталкивающиеся с ПТФЭ, электретным материалом с квазипостоянным электрическим зарядом, обеспечивают новый путь для накопления и хранения поверхностных зарядов высокой плотности. Они обнаружили, что когда капли воды постоянно попадают на поверхность ПТФЭ, генерируемые поверхностные заряды накапливаются и постепенно достигают насыщения. Это новое открытие помогло преодолеть узкое место низкой плотности заряда, с которым столкнулись в предыдущей работе.

    Уникальная структура, подобная полевому транзистору

    Еще одной ключевой особенностью их конструкции является уникальный набор структур, похожих на полевой транзистор, который получил Нобелевскую премию по физике в 1956 году и стал основным строительным блоком современных электронных устройств.Устройство состоит из алюминиевого электрода и электрода из оксида индия и олова (ITO) с нанесенной на него пленкой ПТФЭ. Электрод PTFE/ITO отвечает за генерацию, накопление и индукцию заряда. Когда падающая капля воды попадает на поверхность из ПТФЭ/ITO и растекается по ней, она естественным образом «соединяет» алюминиевый электрод и электрод из ПТФЭ/ITO, превращая исходную систему в замкнутую электрическую цепь.

    Благодаря этой специальной конструкции на ПТФЭ может накапливаться высокая плотность поверхностных зарядов за счет непрерывного удара капель.Между тем, когда растекающаяся вода соединяет два электрода, все накопленные заряды на ПТФЭ могут быть полностью высвобождены для генерации электрического тока. В результате, как мгновенная плотность мощности, так и эффективность преобразования энергии намного выше.

    «Наши исследования показывают, что капля воды объемом 100 микролитров (1 микролитр = одна миллионная литра) воды, выпущенная с высоты 15 см, может генерировать напряжение более 140 В. Вырабатываемая энергия может зажечь 100 маленьких светодиодных лампочек, — сказал профессор Ван.

    Он добавил, что увеличение мгновенной удельной мощности происходит не за счет дополнительной энергии, а за счет преобразования кинетической энергии самой воды. «Кинетическая энергия падающей воды возникает из-за гравитации и может рассматриваться как бесплатная и возобновляемая. Ее следует использовать лучше».

    Их исследование также показывает, что снижение относительной влажности не влияет на эффективность производства электроэнергии. Кроме того, для выработки электроэнергии можно использовать как дождевую, так и морскую воду.

    Способствует устойчивости мира

    Профессор Ван надеется, что результаты этого исследования помогут собрать энергию воды для решения глобальной проблемы нехватки возобновляемых источников энергии. «Производство энергии из капель дождя вместо нефти и ядерной энергии может способствовать устойчивому развитию мира», — добавил он.

    Он считал, что в долгосрочной перспективе новую конструкцию можно будет применять и устанавливать на различных поверхностях, где жидкость контактирует с твердым телом, чтобы полностью использовать низкочастотную кинетическую энергию в воде.Это может варьироваться от поверхности корпуса парома, береговой линии до поверхности зонтиков или даже внутри бутылок с водой.

    Крылатый ветряной электрогенератор | Исследования и инновации

    Продукт: Ветряной электрогенератор
    Стадия разработки: Прототип испытан
    Основной изобретатель: Тяньшу Лю, доктор технических наук, профессор кафедры машиностроения и авиационной техники
    Научная публикация: -9010
    Статус лицензии: Доступен для лицензирования
    Статус патента: США 9464623
    Ссылка: 2012-009

    Рисунок 1.Крылатый осциллятор

    Правительство и промышленность активно продвигают разработку технологии ветряных турбин. Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) получили широкое распространение для коммерческого производства электроэнергии, хотя существует множество проблем, снижающих экономическую эффективность HAWT среднего и большого размера.

    Поскольку аэродинамическая сила пропорциональна площади крыла лопасти, трудно максимизировать эффективную площадь крыла вращающейся лопасти по мере увеличения размера лопасти.Лопасти турбины должны быть длинными и тонкими, особенно вблизи их кончиков, чтобы уменьшить центробежную силу и сохранить структурную целостность. Это ограничивает эффективную площадь крыла вблизи кончика лопасти, где обычно создается значительный аэродинамический крутящий момент. Установка длинных тонких лопастей на крупногабаритный HAWT особенно сложна и требует специального оборудования, которое может быть нелегко использовать на определенной местности. Загрязнение мертвыми жуками и птицами вблизи передних кромок лопастей может снизить их аэродинамическую эффективность на 50%, а очистка лопастей — непростая задача.

    Описание технологии

    Доктор Лю разработал ветряной электрический генератор с двумя крыльями, прикрепленными к раме на противоположных сторонах центральной поворотной оси. Крылья ветрогенератора прикреплены горизонтально к центральной оси и колеблются вокруг центральной оси (см. рис. 1 на следующей странице). Угол атаки двух крыльев координируется с помощью компьютеризированного контроллера, который управляет серводвигателями, прикрепленными к крыльям. Когда крылья и их опорная рама вращаются вокруг центральной оси, они вырабатывают электричество, поворачивая шарнирный стержень, прикрепленный к электрическому генератору.

    Крылья могут быть изготовлены из легких композитных материалов, что снижает мощность, необходимую для регулировки угла атаки, и скорость ветра, необходимую для их перемещения. Это связано с тем, что два крыла уравновешивают друг друга на противоположных сторонах центральной оси, и нагрузка на крыло во время работы обычно невелика. Это также позволяет увеличить эффективную площадь крыла, не требуя больших опорных конструкций. Крылья могут быть изготовлены с низкой стоимостью из-за их простой конструкции и геометрической формы.Все это приводит к высокоэффективному и экономичному генератору электроэнергии.

    Испытания в аэродинамической трубе показали, что этот крылатый осциллятор способен эффективно извлекать энергию ветра даже при скорости ветра менее 5 м/с. Кроме того, номинальная мощность существующих ГАВТ при их оптимальной скорости ветра 12-14 м/с сравнима с мощностью, вырабатываемой крыльчатым генератором такого же размера при скорости ветра 8-10 м/с (см. рис. 2).

    Рисунок 2

    Потенциальные преимущества

    •Эффективность при низких скоростях ветра
    •Выработка большей мощности, чем у HWAT при любой скорости ветра
    •Крылья могут быть изготовлены из легких материалов,что снижает ограничения по размеру и повышает механическую эффективность
    •Крылья могут быть изготовлены по низкой цене

    Сроки разработки — Майкл Фарадей

    Работа Майкла Фарадея

    Изучение электричества

    Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в августе 1831 года.

    Он доказал, что электромагнетизм может производить электричество, и попутно изобрел электрический трансформатор.

    Фарадей вскоре развил эту работу и продолжил исследование электромагнитной индукции…

    | Фотография оригинального генератора Майкла Фарадея, предоставленная Королевским институтом, где Фарадей проводил свои эксперименты.

    Фотография гальванометра 1800 года, предоставлена ​​Королевским институтом.Это больше похоже на гальванометр, который использовал бы Фарадей. Когда он используется, стеклянный колпак надевается на механизм.

    Работа Фарадея — электрический генератор

    Открыв электромагнитную индукцию, Майкл Фарадей приступил к изучению ее эффектов. Он обнаружил, что электромагнетизм производит электричество, теперь он хотел выяснить, могут ли магнетизм и движение вместе сделать то же самое.

    Фарадей открыл электромагнитную индукцию в августе 1831 года.Всего несколько месяцев спустя он успешно провел эксперимент, продемонстрировавший связь между магнетизмом и движением. Он водил магнитом по цилиндрической спирали, обмотанной проволокой, и вытягивал ее, и продемонстрировал, что вырабатывается электричество.

    Вот диаграмма, показывающая базовую установку его эксперимента.


    Иллюстрация: Пол Уэстон Трубка из любого достаточно нейтрального материала — подойдет картон — намотана катушкой из медной проволоки почти так же, как и в эксперименте с трансформатором.То есть обмотки не соприкасаются и обмотаны вместе ватой для их изоляции.

    Через трубку проходит магнит в форме стержня — для удобства показанный имеет деревянную ручку. Пунктирные серые линии указывают на (невидимое) магнитное поле магнита. Это научное соглашение для отображения линий магнитного действия (силовых линий). Все магниты имеют магнитное поле. Также указаны северный и южный полюса магнита.

    Каждый конец медного провода подключен к гальванометру, прибору, определяющему ток.Провод теперь представляет собой непрерывную петлю, и если в ней генерируется электричество, стрелка гальванометра будет двигаться, указывая на его присутствие.

    Следующая диаграмма показывает эксперимент в действии.


    Иллюстрация: Пол Уэстон

    Когда магнитный стержень перемещается вперед и назад внутри трубки, которая остается неподвижной, стрелка гальванометра приходит в действие, регистрируя ток. Если вы замените гальванометр какой-либо лампой, вы можете использовать этот прибор для его освещения.

    В чем дело?

    При движении магнита силовые линии магнитного поля неоднократно пересекаются с проволокой. Это возбуждает электроны в проводе, генерируя электрический ток.

    Почему это открытие важно?

    Изобретение Фарадея — простое динамо (динамоэлектрическая машина) и первый электрический генератор. Практически вся электроэнергия производится по этому принципу, независимо от того, является ли основным источником энергии уголь, нефть, газ, атомная энергия, гидроэнергетика, ветер и т. д.Топливо используется для привода генератора (или турбины), который вырабатывает электрический ток. Чтобы узнать больше о крупномасштабном производстве электроэнергии, см. «Поставка электроэнергии» и «Разговор об электричестве».

    Эксперимент также показал, что для магнитной индукции необходимо, чтобы проводящая цепь пересекала силовые линии магнита. То есть проволочная катушка в эксперименте должна была находиться внутри магнитного поля магнитного стержня. Во время эксперимента Фаради использовал слово «поле» в чисто описательном смысле, но он продолжал исследовать магнетизм дальше — в конце концов показав, что это универсальное свойство материи — и заложил основы того, что мы сегодня называем электромагнитным полем. теория.


    Воссоздание эксперимента Фарадея
    Аппарат, который мы использовали для иллюстраций, показан выше. Это воссоздание устройства Фарадея, созданное Королевским институтом. Вы можете ясно видеть магнит, трубку и вату, хотя катушка из медной проволоки скрыта. Два конца катушки стыкуются на поверхности ваты с включенными в цепь небольшими лампочками. Когда магнит толкают вперед и назад, лампы загораются.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.