Ein elektrischer Generator ist ein Gerät zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer anderen Energieform . Im Gegensatz dazu wird ein Gerät, das elektrische Energie verbraucht, als elektrischer Empfänger bezeichnet .
Ein realer Generator kann auf zwei verschiedene Arten modelliert werden:
Der ideale Spannungsgenerator ist ein theoretisches Modell. Es ist ein Dipol, der in der Lage ist, unabhängig von der an seinen Klemmen angeschlossenen Last eine konstante Spannung aufzubringen. Sie wird auch als Spannungsquelle bezeichnet .
Für den idealen Stromgenerator ist der erzeugte Strom konstant, unabhängig von der angeforderten Spannung und der zu versorgenden Last. Sie wird auch als Stromquelle bezeichnet .
Es ist auch ein theoretisches Modell, da das Öffnen eines Stromkreises, der einen Generator mit einem Strom ungleich Null umfasst, zur Lieferung einer unendlichen Spannung führen sollte. Es ist unmöglich, zwei Stromgeneratoren mit unterschiedlichen Werten in Reihe zu schalten, da dies darauf hinausläuft, zwei unterschiedliche Ströme in demselben Draht zu erzeugen.
Die überwiegende Mehrheit der elektrischen Generatoren sind rotierende Maschinen, dh Systeme mit einem feststehenden Teil und einem beweglichen Teil, der sich im (oder um) den feststehenden Teil dreht. Die Vielfalt der im Laufe der Jahrhunderte entstandenen rotierenden Maschinen impliziert jedoch erhebliche Unterschiede in den verschiedenen Technologien und Techniken, die zur Stromerzeugung verwendet werden , einerseits und in den "Neben"-Systemen ( Wechselrichter , Leistungselektronik usw. ), die möglicherweise für ihre ordnungsgemäßes Funktionieren.
Der elektrostatische Generator ist keine rotierende Maschine, obwohl er die Rotation einer Scheibe verwendet, die an den Bürsten reibt. Dieses Konzept steht jedoch am Anfang der Konstruktion rotierender Maschinen.
Die elektrostatische Maschine nutzt im Gegensatz zu den sogenannten elektromagnetischen Maschinen die Gesetze der Elektrostatik . Obwohl elektrostatische Motoren erfunden wurden (sie arbeiten nach dem Prinzip der Reziprozität elektrostatischer Generatoren), waren sie nicht erfolgreich (aber Nanotechnologien könnten solche elektrostatischen „Nanomotoren“ anbieten); auf der anderen Seite, wie sehr hohe Spannungsgeneratoren Sie wandeln mechanische Energie in elektrische Energie um, die sich durch eine sehr hohe Gleichspannung und Mikrostromstärke auszeichnet. Die Macht der Maschinen des XVIII - ten Jahrhunderts und das XIX - ten Jahrhundert war in der Tat klein (einige Watt) und mechanische Reibung ließ sie eine sehr schlechte Leistung. Der Grund dafür ist, dass die maximale Energiedichte des elektrischen Feldes in der Luft sehr gering ist. Elektrostatische Maschinen können (industriell) nur verwendet werden, wenn sie in einer Umgebung mit einer relativ hohen Energiedichte des elektrischen Feldes betrieben werden, d. h. praktisch in einem komprimierten Gas, das normalerweise Wasserstoff oder Schwefelhexafluorid (SF 6 ) ist, at Drücke zwischen 10 und 30 Atmosphären .
Ein Gleichstromgenerator allgemein ein „genannt dynamo “ ist, wie viele elektrische Generatoren, eine rotierende Maschine. Es wurde 1861 vom Ungar Ányos Jedlik erfunden und 1871 vom Belgier Zénobe Gramme verbessert .
Da diese Maschine reversibel ist, kann sie sowohl als Generator als auch als Motor betrieben werden. Es wird leicht zu einem Elektromotor, was bedeutet, dass der Dynamo beim Stoppen von seiner Last getrennt werden muss, wenn dieser ihn mit Strom versorgen kann: Akku , anderer Dynamo. Diese Funktion wurde in den 1970er Jahren in Kleinwagen eingesetzt: Ein Relaissystem verband die Batterie damit, um den Dynastar mit Strom zu versorgen, der den Verbrennungsmotor startete und bei einer bestimmten Geschwindigkeit automatisch auf einen Dynamo umschaltete.
Die Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion im Jahr 1832 durch Faraday erlaubte ihm, die Erzeugung von Wechselspannungen und elektrischen Strömen mit Hilfe von Magneten in Erwägung zu ziehen . Pixii baute im selben Jahr auf Anweisung von Ampère eine erste Maschine, die dann von Sexton und Clarke (1833 - 1834) perfektioniert wurde. Ein Wechselstromgenerator ist eine rotierende Maschine , die dem Rotor zugeführte mechanische Energie in elektrische Wechselstromenergie umwandelt .
Mehr als 95 % der elektrischen Energie wird von Generatoren erzeugt : elektromechanische Maschinen, die Wechselspannungen mit einer Frequenz proportional zu ihrer Rotationsgeschwindigkeit liefern. Diese Maschinen sind kostengünstiger und haben einen besseren Wirkungsgrad als Dynamos , Maschinen, die Dauerspannungen liefern (Wirkungsgrad in der Größenordnung von 95 % statt 85 %).
Prinzip der LichtmaschineDiese Maschine besteht aus einem Rotor (rotierender Teil) und einem Stator (fester Teil).
Der Rotor der Induktor kann aus einem Permanentmagneten bestehen (der ein konstantes Feld erzeugt), in diesem Fall ist die von der Maschine gelieferte Spannung nicht einstellbar (wenn wir die Verluste in den Leitern nicht berücksichtigen) und sein Effektivwert und seine Frequenz variieren mit der Rotationsgeschwindigkeit. Häufiger sorgt ein Elektromagnet für Induktion. Diese Wicklung wird mit Gleichstrom versorgt , entweder durch einen rotierenden Ringkollektor (ein Doppelring mit Bürsten), der eine externe Quelle bringt, oder durch eine rotierende Diode und einen bürstenlosen Erreger . Ein Regelsystem ermöglicht die Einstellung der Spannung oder Phase des erzeugten Stroms. Der Stator der Anker besteht aus Wicklungen, die den Sitz des elektrischen Wechselstroms bilden, der durch die Änderung des Magnetfeldflusses aufgrund der Relativbewegung des Induktors in Bezug auf den Anker induziert wird . Verschiedene Arten von Generatoren Industrielle LichtmaschinenIn industriellen Wechselstromgeneratoren, besteht der Anker aus drei Wicklungen bei 360 ° / 3p angeordnet (p: Anzahl der Paare des Pols ) oder 120 ° / 1p für ein Paar von Polen und drei Wicklungen, die ein System von liefern dreiphasigen Wechselstrom .
Durch die Erhöhung der Polpaarzahl kann die Drehzahl der Maschine gesenkt werden. Da die Netzfrequenz 50 Hz beträgt ( 50 Zyklen pro Sekunde oder 3.000 Zyklen pro Minute), müssen Synchronmaschinen diesem Rhythmus folgen, um das Netz zu versorgen. Durch Erhöhung der Polzahl können mehr Zyklen für eine einzelne Umdrehung durchgeführt werden, und da die Frequenz fest ist, muss die Rotationsgeschwindigkeit auf 3.000 Zyklen pro Minute (in 50 Hz ) verringert werden .
In häuslichen Generatoren ( einphasiger Generator ), besteht der Anker aus einem einzigen Wicklung.
On-Board-GeneratorenOn- Board Generatoren , unter anderem von Kraftfahrzeugen , sind Drehstrom - Generatoren mit einer Einbaugleichrichtersystem ( Dioden ), die bei einer Spannung von ca. 14 einen Gleichstrom liefert V für Autos und 28 V für Lastkraftwagen , wobei das Fahrzeug über die elektrische Energieversorgung und Aufladen seiner Batterie, um Energie bereitzustellen, wenn der Motor gestoppt wird. Es muss mit einem Spannungsregler verbunden sein, der die Batterie vor Überladung schützt.
Auch die schlecht benannten „Dynamos“ von Fahrrädern sind Lichtmaschinen, deren Induktivität aus einem oder mehreren Permanentmagneten besteht.
In bestimmten Fällen, zum Beispiel bei bestimmten Windkraftanlagen , ist der Rotor außen und der Stator ist fest in der Mitte des Generators platziert. Die Rotorblätter der Windkraftanlage sind direkt mit dem Rotor verbunden. Die Windkraftanlage ist eine Lichtmaschine .
Die Asynchronmaschinen Betriebshyper liefern (Drehfrequenz größer ist als die Synchronfrequenz) auch die Stromversorgung des elektrischen Netzes , zu dem sie verbunden sind. Sie haben den Nachteil, dass sie die Spannung nicht regulieren können , im Gegensatz zu Synchronmaschinen, die die Stabilität elektrischer Netze gewährleisten können . Dank der jüngsten Fortschritte in der Leistungselektronik werden sie jedoch zunehmend in kleinen und mittleren Stromgeneratoren wie Windturbinen und Mikrodämmen eingesetzt . Eine der Anwendungen ist die doppelt gespeiste Asynchronmaschine .
Es gibt elektrische Generatoren, die keine rotierende Maschine benötigen , wie zum Beispiel:
Weitere Generatortechnologien befinden sich in der Entwicklung, haben aber noch keine großindustrielle Anwendung: