Генератор

Слово «генератор» в переводе с латинского означает "производитель".

Электрический генератор – машина, преобразующая механическую энергию вращения в электрическую энергию постоянного или переменного тока (см. Электрический ток). Такие генераторы называются электрома-шинными. Действие электромашинного генератора основано на явлении электромагнитной индукции: при вращении витка из электропроводящего материала в постоянном магнитном поле в витке возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС). Состоит электромашинный генератор из ста-тора (неподвижная часть генератора) и вращающегося внутри него ротора. Постоянное магнитное поле создается обмотками, расположенными на ста-торе; витки, в которых наводится ЭДС, размещены на роторе. И ротор, и статор выполнены из тонких пластин электротехнической стали, собранных в пакеты. Вращает ротор газовая, паровая или водяная турбина, двигатель внутреннего сгорания или ветродвигатель. Электромашинный генератор, приводимый в действие паровой или газовой турбиной, называется турбоге-нератором. Если ротор генератора вращается от двигателя внутреннего сго-рания (чаще всего дизеля), то такой генератор называют дизель-агрегатом. На ГЭС генератор вращает гидротурбина, потому и называется он гидроге-нератором.

Особое место среди промышленных генераторов электрического тока за-нимает магнитогидродинамический генератор, или МГД-генератор, в кото-ром тепловая энергия преобразуется непосредственно в электрическую. По-этому КПД МГД-генератора значительно превышает КПД других энергети-ческих установок.

Особую группу составляют квантовые генераторы. В квантовых генера-торах роль колебательной системы играют возбужденные атомы или моле-кулы так называемого активного вещества. Переходя из возбужденного со-стояния в невозбужденное, они излучают порции (кванты) электромагнит-ной энергии. Отличительная особенность всех квантовых генераторов – вы-сокая стабильность частоты колебаний. Одним из интереснейших кванто-вых генераторов является лазер.

Генераторы переменного тока

Электрический ток вырабатывается в генераторах – устройствах, преоб-разующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К гене-раторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характе-ристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность по-тенциалов, но не способны создать в цепи сколько-нибудь значительную си-лу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжи-тельность их действия невелика.

Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индук-ционные генераторы переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно прос-тое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высо-ком напряжении.

В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, элек-тромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вто-рых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассмотренной модели это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в последователь-но соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рам-ке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также ам-плитуде переменного магнитного потока Ф=BS через каждый виток.

Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделан-ных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуциру-ется ЭДС, – в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикаль-ной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его об-моткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора де-лают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение пото-ка магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в кото-рых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для это-го ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осу-ществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы то-ка, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудите-лем), расположенным на том же валу. В маломощных генераторах магнит-ное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмот-ках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.