En elektrisk generator er en enhed til produktion af elektrisk energi fra en anden form for energi . I modsætning hertil kaldes en enhed, der bruger elektrisk energi, en elektrisk modtager .
En ægte generator kan modelleres på to forskellige måder:
Den ideelle spændingsgenerator er en teoretisk model. Det er en dipol, der er i stand til at pålægge en konstant spænding uanset belastningen forbundet med dens terminaler. Det kaldes også en spændingskilde .
For den ideelle strømgenerator er den producerede strøm konstant, uanset den krævede spænding og den belastning, der skal leveres. Det kaldes også en aktuel kilde .
Det er også en teoretisk model, fordi åbningen af et kredsløb, der omfatter en generator med ikke-nul strøm, skal føre til forsyning af en uendelig spænding. Det er umuligt at placere to strømgeneratorer med forskellige værdier i serie, fordi dette svarer til at indføre to forskellige strømme i samme ledning.
Langt størstedelen af elektriske generatorer er roterende maskiner, det vil sige systemer, der har en fast del, og en mobil del, der roterer i (eller omkring) den faste del. Men de mange forskellige roterende maskiner er skabt gennem århundreder indebærer betydelige forskelle i de forskellige teknologier og teknikker, der anvendes til at producere strøm på den ene side og i de »accessoriske systemer ( invertere , effektelektronik , osv ) muligvis er nødvendige for deres korrekt funktion.
Den elektrostatiske generator er ikke en roterende maskine, selvom den bruger rotationen af en skive, der gnides på børsterne. Imidlertid er dette koncept oprindelsen til designet af roterende maskiner.
Den elektrostatiske maskine bruger lovene om elektrostatik i modsætning til de såkaldte elektromagnetiske maskiner . Selvom man har forestillet sig elektrostatiske motorer (de fungerer på princippet om gensidighed mellem elektrostatiske generatorer), har de ikke haft succes (men nanoteknologier kunne tilbyde sådanne elektrostatiske "nanomotorer"); på den anden side, som meget høj spænding generatorer , elektrostatiske maskiner kender deres vigtigste anvendelse inden for ion eller elektronacceleratorer. De omdanner mekanisk energi til elektrisk energi, hvis egenskaber er meget høj direkte spænding og mikro-strømstyrke. Effekten af de maskiner af XVIII th århundrede og XIX th århundrede var faktisk meget lille (nogle få watt) og mekanisk friktion forlod dem en meget dårlig præstation. Årsagen er, at den maksimale energitæthed for det elektriske felt i luften er meget lav. Elektrostatiske maskiner kan kun anvendes (industrielt), hvis de fungerer i et miljø, hvor energitætheden i det elektriske felt er ret høj, dvs. praktisk talt i en komprimeret gas, som normalt er hydrogen eller svovlhexafluorid (SF 6 ), ved tryk mellem 10 og 30 atmosfærer .
En jævnstrøms generator populært kaldet en " dynamo " er, ligesom mange elektriske generatorer, en roterende maskine. Det blev opfundet i 1861 af den ungarske Ányos Jedlik og forbedret i 1871 af den belgiske Zénobe Gramme .
Da denne maskine er reversibel, kan den fungere som en generator såvel som en motor. Det bliver let en elektrisk motor, hvilket indebærer, at når den stoppes, skal dynamoen kobles fra dens belastning, hvis sidstnævnte kan give den en strøm til gengæld: akkumulatorbatteri , anden dynamo. Denne funktion blev brugt i små biler i 1970'erne. Et relæsystem tilsluttede batteriet til det for at levere strøm til dynastaren, som startede forbrændingsmotoren og automatisk skiftede til en dynamo, når den nåede en bestemt hastighed.
Opdagelsen i 1832 af Faraday af fænomenerne elektromagnetisk induktion tillod ham at overveje at producere skiftende spændinger og elektriske strømme ved hjælp af magneter . På vejledning fra Ampère byggede Pixii samme år en første maskine, som derefter blev perfektioneret (1833 - 1834) af Sexton og Clarke. En generator er en roterende maskine, der omdanner mekanisk energi leveret til rotoren til vekselstrøm elektrisk energi .
Mere end 95% af den elektriske energi produceres af generatorer : elektromekaniske maskiner, der leverer alternerende spændinger med en frekvens, der er proportional med deres rotationshastighed. Disse maskiner er billigere og har en bedre effektivitet end dynamoer , maskiner der leverer kontinuerlige spændinger (effektivitet i størrelsesordenen 95% i stedet for 85%).
Princip for generatorenDenne maskine består af en rotor (roterende del) og en stator (fast del).
den rotor den inductor kan bestå af en permanent magnet (hvorved der genereres et konstant felt), i dette tilfælde spændingen fra maskinen kan ikke justeres (hvis vi ikke tager hensyn til tab i lederne) og dens effektivværdi og dens hyppighed varierer med rotationshastigheden. Mere almindeligt giver en elektromagnet induktion. Denne vikling forsynes med jævnstrøm , enten ved hjælp af en roterende ringsamler (en dobbeltring med børster), der bringer en ekstern kilde, eller ved hjælp af en roterende diode og en børsteløs exciter . Et reguleringssystem tillader justering af spændingen eller fasen af den producerede strøm. den stator den ankeret består af viklinger, som vil være sæde for vekslende elektrisk strøm induceret af variationen i strømmen af magnetfeltet på grund af den relative bevægelse af induktoren i forhold til ankeret. Forskellige typer generatorer Industrielle generatorerI industrielle generatorer består armaturet af tre viklinger arrangeret ved 360 ° / 3p (p: antal par af poler ) eller 120 ° / 1p for et par poler og tre viklinger, som giver et system med trefaseskiftende strømme .
Forøgelse af antallet af polpar gør det muligt at sænke maskinens rotationshastighed. Som netværket frekvens er 50 Hz ( 50 cykler per sekund, eller 3000 cykler pr minut), skal synkronmaskiner følge denne rytme til at forsyne netværket. Forøgelse af antallet af poler gør det muligt at udføre flere cyklusser for en enkelt omdrejning, og da frekvensen er fast, skal rotationshastigheden sænkes for at respektere 3.000 cyklusser pr. Minut (i 50 Hz ).
I husholdningsgeneratorer ( enfasegenerator ) består ankeret af en enkelt vikling.
Indbyggede generatorerIndbyggede generatorer , blandt andet på motorkøretøjer , er trefasede generatorer udstyret med et ensrettersystem ( dioder ), der leverer en jævnstrøm ved en spænding på ca. 14 V for biler og 28 V for lastbiler , der leverer køretøjets elektriske energi og genoplade batteriet for at give energi, når motoren er stoppet. Det skal være forbundet med en spændingsregulator, der beskytter batteriet mod overopladning.
De dårligt navngivne "dynamoer" af cykler er også generatorer, hvoraf spolen består af en eller flere permanente magneter.
I visse tilfælde, for eksempel på visse vindmøller , er rotoren ekstern, og statoren, fast, er placeret i midten af generatoren. Vindmøllens knive er direkte forbundet med rotoren. Vindmøllen er en generator .
De asynkrone maskiner, der betjener hypersynkron (rotationsfrekvens større end den synkrone frekvens), leverer også strøm til det elektriske netværk, som de er tilsluttet. De har den ulempe, at de ikke er i stand til at regulere spændingen i modsætning til synkrone maskiner, som kan sikre elektriske netværks stabilitet . De bruges dog i stigende grad i små og mellemstore kraftgeneratorer som vindmøller og mikrodæmninger takket være de seneste fremskridt inden for kraftelektronik . En af applikationerne er den asynkrone maskine med dobbelt fodring .
Der er elektriske generatorer, der ikke kræver en roterende maskine , såsom:
Andre generatorteknologier er under udvikling uden endnu at have en stor industriel anvendelse: