เครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานประเภทที่ไม่ใช่ไฟฟ้า (เคมี, เครื่องกล, ความร้อน) เป็นพลังงานไฟฟ้า นอกจากนี้การออกแบบยังใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
หลักการทำงานและอุปกรณ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่ง่ายที่สุด
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2374 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday (1791-1867) ซึ่งค้นพบว่าเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาผ่านวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในภายหลัง หลักการนี้รองรับเครื่องกำเนิดใด ๆ
ในทางปฏิบัติ หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะดำเนินการดังนี้: กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในกรอบปิด (โรเตอร์) เมื่อมันถูกข้ามโดยสนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดขึ้น ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และการออกแบบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยแม่เหล็กถาวรหรือแบบพิเศษ ขดลวดกระตุ้น เมื่อเฟรมหมุน ค่าฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนไป ยิ่งหมุนเร็ว แรงดันไฟขาออกก็จะยิ่งสูงขึ้น
ในปี ค.ศ. 1827 นักฟิสิกส์ชาวฮังการี Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) ได้ค้นพบผลกระทบนี้และใช้มันเพื่อสร้างแบบจำลองดั้งเดิมของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเชื่อว่าเป็นที่รู้จักกันดี นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้จดสิทธิบัตรการค้นพบของเขา และประกาศการสร้างไดนาโมเครื่องแรกในปี 1850 เท่านั้น
ในการระบายกระแสไฟฟ้า เฟรมจะติดตั้งตัวสะสมกระแสไฟ ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นวงปิดและให้การสัมผัสคงที่ของเฟรมที่หมุนได้กับองค์ประกอบที่อยู่กับที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แปรงที่บรรจุสปริงจะถูกกดลงบนวงแหวนของตัวสะสมและทำให้กระแสไฟฟ้าถูกส่งไปยังขั้วเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เมื่อหมุนไป ครึ่งหนึ่งของกรอบจะเคลื่อนผ่านไปใกล้ขั้วแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้จะเกิดการเปลี่ยนแปลงวัฏจักรในทิศทางของการเคลื่อนที่ของกระแสที่เกิดขึ้น - ที่แต่ละขั้ว กระแสจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตได้ทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบของตัวสะสม
- ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง สำหรับแต่ละครึ่งหนึ่งของขดลวดในชุดสะสม จะมีวงแหวนครึ่งวงแยกออกจากกัน เนื่องจากวงแหวนครึ่งวงเหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาด้วยแปรง กระแสน้ำจะไม่เปลี่ยนทิศทางของมัน แต่เพียงแค่เต้นเป็นจังหวะ
- ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ปลายของเฟรมจะผูกติดกับวงแหวนลื่นและโครงสร้างทั้งหมดจะหมุนรอบแกน เมื่อโครงหมุน แปรงซึ่งแต่ละอันจะติดกับวงแหวนของมันอย่างแน่นหนา ให้ตัวนำลงที่เชื่อถือได้ ในกรณีนี้ ตำแหน่งของแปรงจะไม่เปลี่ยนแปลงตามวัฏจักร
ส่วนที่หมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่าโรเตอร์และส่วนที่อยู่กับที่เรียกว่าสเตเตอร์
หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC และ DC เหมือนกัน พวกเขาแตกต่างกันในการออกแบบแหวนลื่นที่อยู่บนโรเตอร์หมุนและการกำหนดค่าของขดลวด
ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ มักใช้วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคดั้งเดิม โดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่า EMF เกิดขึ้นในตัวนำไม่เพียงแต่เมื่อมันหมุนในสนามแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเมื่อสนามแม่เหล็กหมุนเองเมื่อเทียบกับตัวนำที่อยู่กับที่
เอฟเฟกต์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยนักพัฒนาที่วางแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์ที่หมุนได้ ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าจะถูกลบออกจากขดลวดที่ติดตั้งอยู่กับที่ ซึ่งทำให้สามารถกำจัดการออกแบบที่ซับซ้อนของหน่วยเก็บกระแสไฟ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
- ประสิทธิภาพเชิงสร้างสรรค์
- วิธีการตื่นเต้น
- จำนวนเฟส
ตามวิธีการกระตุ้นผู้บริโภคอาจพบหน่วย:
- ด้วยแรงกระตุ้นอิสระ - ขดลวดกระตุ้นนั้นขับเคลื่อนโดยกระแสตรงจากแหล่งพลังงานอิสระ
- ด้วยการกระตุ้นตัวเอง - กระแสที่แก้ไขจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังขดลวดกระตุ้น
- ด้วยแรงกระตุ้นจากแม่เหล็กถาวร - ไม่มีขดลวดกระตุ้น
- ด้วยการกระตุ้นจากเครื่องกระตุ้น - เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงกำลังต่ำ "นั่ง" บนเพลาเดียวกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กำลังให้บริการ
ตามจำนวนเฟสเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ:
- เฟสเดียว;
- biphasic;
- สามเฟส.
ในทางปฏิบัติ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด นี่เป็นเพราะข้อดีหลายประการที่มีลักษณะเฉพาะของมวลรวมประเภทนี้:
- ได้รับผลกระทบทางเศรษฐกิจในการพัฒนาระบบสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล - ลดการใช้วัสดุของอุปกรณ์หม้อแปลงไฟฟ้าและสายไฟ สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยการมีสนามแม่เหล็กทรงกลม
- อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นซึ่งทำให้มั่นใจถึงความสมดุลของระบบ
- การใช้แรงดันสายและเฟสพร้อมกัน
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสมีสามขดลวดอิสระที่อยู่ในสเตเตอร์ในวงกลมโดยมีค่าชดเชย 120 °ซึ่งสัมพันธ์กัน ในกรณีนี้ ขดลวดแต่ละอันเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเฟสเดียว ซึ่งสามารถจ่ายแรงดันไฟสลับให้กับผู้บริโภค R ได้ ขดลวดเดี่ยวดังกล่าวเรียกว่า "เฟส" ขดลวดเฟสสามารถเชื่อมต่อกันได้โดยใช้ "เดลต้า" หรือ "สตาร์"
มีโครงร่างอื่น ๆ สำหรับการเชื่อมต่อขดลวดเช่นระบบเทสลาหกสายหรือการเชื่อมต่อ Slavyanka (การรวมกันของหกขดลวดในรูปแบบของ "ดาว" หนึ่งดวงและ "สามเหลี่ยมหนึ่งอัน") แต่ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย
บทบาทของเฟรมในอุปกรณ์ที่สร้างกระแสสลับนั้นเล่นโดยแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งในขณะที่หมุนอยู่ จะแทนที่ EMF ที่เหนี่ยวนำในขดลวดโดยหนึ่งในสามของรอบที่สัมพันธ์กัน
ในบรรดาเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจำนวนมาก มีการออกแบบสองประเภทหลัก: ซิงโครนัสและอะซิงโครนัส เมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนจำนวนมากที่ควบคุมโดยไมโครโปรเซสเซอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใหม่จึงปรากฏขึ้น - อินเวอร์เตอร์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบซิงโครนัสประกอบด้วยโครงสร้างสองส่วน ได้แก่ โรเตอร์ที่เคลื่อนที่ได้และสเตเตอร์แบบตายตัว
เมื่อโรเตอร์หมุน ซึ่งเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแกนและขดลวดกระตุ้น เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานภายนอกโดยใช้กลไกของแปรง EMF จะเหนี่ยวนำให้เกิดในขดลวดสเตเตอร์ ซึ่งจะถูกป้อนไปยังขั้วเอาท์พุทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การออกแบบนี้ช่วยลดความจำเป็นในการเลื่อนหน้าสัมผัส ซึ่งทำให้การออกแบบตัวเครื่องง่ายขึ้นมาก ในขั้นต้น ฟลักซ์แม่เหล็กจะตื่นเต้นจากตัวกระตุ้นภายนอกที่ติดอยู่กับเพลาทั่วไปและเชื่อมต่อกับระบบโดยใช้คัปปลิ้ง
ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสกำลังต่ำ ขดลวดกระตุ้นจะถูกขับเคลื่อนโดยกระแสไฟฟ้าที่แก้ไข ในกรณีนี้ วงจรไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการกระตุ้นของหม้อแปลงไฟฟ้าที่รวมอยู่ในวงจรโหลด มีวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์รวมอยู่ด้วย วงจรไฟฟ้าหลักประกอบด้วย:
- ขดลวดกระตุ้น;
- การปรับลิโน่
คุณสมบัติหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสคือความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นแปรผันตามความเร็วของโรเตอร์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส
การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสนั้นเรียบง่าย แต่ในขณะเดียวกันก็มีลักษณะทางเทคนิคที่แย่ที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับหน่วยซิงโครนัส - ข้อผิดพลาดในความถี่สามารถเข้าถึง 4% และในแง่ของแรงดันไฟฟ้า - สูงถึง 10% นอกจากนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสมีความสำคัญต่อกระแสเริ่มต้น ดังนั้นจึงขอแนะนำให้ใช้งานร่วมกับตัวปรับความคงตัว และในบางกรณี เช่น สำหรับการสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างนุ่มนวล อาจจำเป็นต้องใช้เครื่องแปลงความถี่
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสทั่วไปที่เอาต์พุตซึ่งมีการติดตั้งตัวปรับความเสถียรเพิ่มเติมของพารามิเตอร์เอาต์พุต
มันทำงานดังนี้: แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสเข้าสู่อินเวอร์เตอร์ซึ่งได้รับการแก้ไขครั้งแรกจากนั้นพัลส์ของความถี่และรอบการทำงานที่กำหนดจะเกิดขึ้นจากแรงดันคงที่ที่ได้รับ ที่เอาต์พุตของอุปกรณ์ พัลส์เหล่านี้จะถูกแปลงเป็นแรงดันไซน์ที่มีลักษณะทางเทคนิคเกือบสมบูรณ์แบบ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
ในสภาพแวดล้อมภายในประเทศ โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ที่ใช้เชื้อเพลิง เช่น น้ำมันเบนซินหรือดีเซล ในเวลาเดียวกันอายุการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซินที่ติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในสองจังหวะคือประมาณ 500 ชั่วโมงต่อปี (ไม่เกิน 4 ชั่วโมงต่อวัน) ICE สี่จังหวะถึง 5,000 ชั่วโมงต่อปี
ขอแนะนำให้ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซินสำหรับไฟฟ้าดับระยะสั้นและ/หรือสำหรับการออกไปต่างจังหวัด
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลมีประสิทธิภาพและทนทานกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซิน ในหมู่พวกเขามีรุ่นที่มีการระบายความร้อนด้วยอากาศและของเหลว แนะนำให้ใช้เครื่องระบายความร้อนด้วยอากาศในสถานที่ที่มีการตัดไฟบ่อยครั้งเป็นเวลานาน
การใช้อุปกรณ์ในครัวเรือนนั้นง่ายมาก - คุณต้องเติมน้ำมันเชื้อเพลิงลงในถัง บิดกุญแจเพื่อสตาร์ทเครื่องยนต์และเชื่อมต่อโหลด แผงควบคุมของพวกเขามีป้ายกำกับและสัญลักษณ์ที่จำเป็นและใช้งานง่ายทั้งหมด
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลระบายความร้อนด้วยของเหลวเป็นอุปกรณ์ประเภทที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง สามารถทำงานได้ทั้งกลางวันและกลางคืน และส่วนใหญ่ใช้ในองค์กรเพื่อเป็นแหล่งพลังงานสำรอง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอุตสาหกรรม ออกแบบมาเพื่อสร้างกระแสสลับและจ่ายให้กับผู้บริโภคในระยะทางไกลโดยใช้สายไฟฟ้าแรงสูง (PTL) ทำงานโดยการเปิดใช้งานกังหันไฮดรอลิกหรือไอน้ำ ในหน่วยดังกล่าว กลไกโรเตอร์จะเชื่อมต่อโดยตรงกับล้อกังหัน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันมีกำลังสูง (สูงถึง 100,000 กิโลวัตต์) และสามารถสร้างกระแสสลับที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 16 kV ในกรณีนี้ความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์สามารถเข้าถึงได้ 6.5 และ 15 เมตรตามลำดับและความเร็วในการหมุนของโรเตอร์จะอยู่ในช่วง 1500 ... 3000 รอบต่อนาที หน่วยดังกล่าวได้รับการติดตั้งในห้องแยกต่างหากบนฐานคอนกรีตที่เตรียมไว้เป็นพิเศษ
ตัวเลือกและความสามารถของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในครัวเรือน
เพื่อความสะดวกในการใช้งาน ผู้ผลิตได้จัดเตรียมผลิตภัณฑ์ด้วยตัวเลือกที่มีประโยชน์มากมาย ได้แก่:
- อุปกรณ์สำหรับสตาร์ทเครื่องอัตโนมัติในกรณีที่ไฟฟ้าดับ
- การมี RCD ในตัวที่ตัดการเชื่อมต่ออุปกรณ์จากแหล่งจ่ายไฟหลักในกรณีที่ฉนวนชำรุดและมีลักษณะของกระแสไฟรั่ว
- การควบคุมพารามิเตอร์และการแสดงผลบนจอแสดงผล
- ป้องกันการโอเวอร์โหลด
เมื่อโหลดเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งค่าจะต่ำกว่าค่าที่กำหนดหน่วยจะเริ่ม "กิน" ส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงเหลวอย่างไร้ประโยชน์ไม่ได้ใช้ความสามารถอย่างเต็มที่
มันจะไม่ฟุ่มเฟือยที่จะมีชุดป้องกันเสียงรบกวนพิเศษ, ถังน้ำมันที่ขยายใหญ่ขึ้น, ปลอกหุ้มที่ปกป้องตัวเครื่องจากผลกระทบของอุณหภูมิต่ำเป็นต้น
คุณสมบัติการติดตั้ง
เจ้าของที่มีศักยภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับก่อนซื้อควรดูแลเตรียมสถานที่สำหรับการติดตั้ง ไม่ว่าจะติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวไว้ที่ใด ในร่มหรือกลางแจ้ง จะต้องมีแพลตฟอร์มที่เรียบและมั่นคง การติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนพื้นที่ไม่เรียบจะเพิ่มการสั่นสะเทือน ซึ่งจะเร่งการสึกหรอของชิ้นส่วนและอาจทำให้อุปกรณ์ราคาแพงทำงานล้มเหลว
เมื่อติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายในอาคาร สิ่งสำคัญคือต้องมีการระบายอากาศเสีย นอกจากนี้ ในระหว่างการทำงานของเครื่อง ขอแนะนำให้เปิดประตูห้องทิ้งไว้ ซึ่งจะต้องติดตั้งตะแกรงที่ทางเข้าประตูที่ขวางกั้นบุคคลภายนอก และที่สำคัญที่สุด เด็ก ๆ สามารถเข้าถึงเขตอันตรายได้
เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับแหล่งจ่ายไฟหลักอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดที่กำหนดไว้ในคู่มือการใช้งาน ในกรณีนี้ต้องต่อสายไฟฟ้าหลังจากเครื่องแนะนำและมิเตอร์ไฟฟ้า
