Человечество уже больше века использует электричество во всех сферах деятельности. Без него просто невозможно представить себе нормальной жизни. С помощью специальных машин механическая энергия преобразуется в переменный или постоянный ток. Чтобы лучше понять, как это происходит, необходимо разобраться, из чего состоит генератор и как он работает.
Превращение механической энергии в электрическую
В основе работы любого генератора лежит принцип магнитной индукции. Первые электрические машины появились во второй половине XIX века. Их изобретателями стали Майкл Фарадей и Ипполит Пикси. В 1886 году прошла публичная демонстрация альтернатора — устройства, способного вырабатывать ток из механического движения.
Первый трехфазный генератор переменного тока разработал россиянин Доливо-Добровольский. Он же в 1903 году сооружает самую первую на Земле электростанцию промышленного значения, ставшую источником питания для элеватора.
Простейшая схема генератора переменного тока представляет собой проволочную катушку, совершающую вращение в магнитном поле. Альтернативный вариант — когда катушка остаётся недвижима, а её пересекает магнитное поле. В обоих случаях будет вырабатываться электрическая энергия. Пока продолжается движение, в проводнике вырабатывается переменный ток. Генераторы применяются для выработки тока во всем мире. Они являются частью глобальной системы электроснабжения Земного шара.
Конструкция генератора переменного тока
То как устроен генератор, зависит от его назначения, и возможны различные модификации. Однако существуют две основные составляющие:
- Ротор — подвижный элемент, изготовленный из цельного железа.
- Статор — неподвижный, он собирается из изолированных железных листов. Внутри на нём есть пазы, в которых проходит проволочная обмотка.
Чтобы получить наибольшую магнитную индукцию, расстояние между этими частями агрегата должно быть как можно меньшим. Обмотка возбуждения, находящаяся на роторе, питается через систему щёток.
Выделяются два типа конструкции:
- с вращающимся якорем и неподвижным магнитным полем;
- магнитное поле вращается, а якорь остаётся на месте.
Наибольшее применение получили машины с подвижными магнитными полюсами. Гораздо удобнее снимать электричество со статора, нежели с ротора. В целом генератор построен так же, как электродвигатель.
Классификация и виды агрегатов
Агрегаты для преобразования механической энергии в электрическую имеют сходную конструкцию. Они могут различаться принципом действия генератора и обмотки возбуждения:
независимое возбуждение происходит от аккумулятора;- источником является генератор постоянного тока;
- источник возбуждения размещается на том же валу, что и основной;
- самовозбуждение выпрямленным током;
- от постоянных магнитов.
По конструкции:
- явно выраженные полюса;
- не выраженные.
По способу соединения обмоток:
система Тесла;- звезда;
- треугольник;
- славянка.
В зависимости от количества фаз:
- однофазные;
- двухфазные;
- трехфазные.
Агрегаты постоянного тока устроены таким образом, что механизм для съёма энергии состоит из двух изолированных полуколец, на каждое из которых поступает заряд определённого потенциала. На выходе получается пульсирующий ток одной направленности.
Синхронные генераторы имеют якорь с обмоткой, на которую подаётся постоянный ток. Регулируя его величину, можно изменять силу магнитного поля и контролировать напряжение на выходе. В асинхронных нет обмотки, вместо этого используется эффект намагничивания.
Основные сферы применения
Стоит помнить о том, что обычное электричество в розетках появляется благодаря работе огромных генераторов переменного тока на тепловых электростанциях. Сфера использования этих электрических машин включает в себя все виды деятельности человека:
- используются в качестве резервного источника энергии на объектах, где нельзя допускать перебоев электроснабжения;
- незаменимы в местах, где отсутствуют линии электропередачи;
- бо́льшая часть транспортных средств снабжена генератором, он вырабатывает электричество для бортовой сети;
- питание установок для гидролиза;
- промышленность;
- на атомных и гидроэлектростанциях.
В последнее время всё большую популярность набирают бытовые агрегаты для выработки электроэнергии. Они отличаются компактными размерами и малым потреблением топлива. Могут работать на бензине и на дизеле. Применяются в походных условиях, на даче или как аварийный источник питания.
Изобретение способа получения электричества из механического движения имело эпохальное значение для развития современной цивилизации. Окружающий мир полон загадок, ответы на которые неизвестны, но, возможно, людей ждут и другие важные открытия, способные изменить жизнь.
