En elektrisk generator er en enhet for å produsere elektrisk energi fra en annen form for energi . Derimot kalles en enhet som bruker elektrisk energi en elektrisk mottaker .
En ekte generator kan modelleres på to forskjellige måter:
Den ideelle spenningsgeneratoren er en teoretisk modell. Det er en dipol som er i stand til å pålegge en konstant spenning uansett hvilken belastning som er koblet til terminalene. Det kalles også en spenningskilde .
For den ideelle strømgeneratoren er den produserte strømmen konstant, uansett spenning og belastning som skal tilføres. Det kalles også en nåværende kilde .
Det er også en teoretisk modell fordi åpningen av en krets som består av en generator med ikke-null strøm, bør føre til tilførsel av en uendelig spenning. Det er umulig å plassere to strømgeneratorer med forskjellige verdier i serie fordi dette tilsvarer å påføre to forskjellige strømmer i samme ledning.
De aller fleste elektriske generatorer er roterende maskiner, det vil si systemer som har en fast del, og en mobil del som roterer i (eller rundt) den faste delen. Imidlertid innebærer mangfoldet av roterende maskiner som er opprettet gjennom århundrene betydelige forskjeller i de forskjellige teknologiene og teknikkene som brukes til å produsere strøm, på den ene siden og i de 'tilleggs' systemene ( omformere , kraftelektronikk , etc. ) muligens nødvendige riktig funksjon.
Den elektrostatiske generatoren er ikke en roterende maskin, selv om den bruker rotasjonen til en plate som gnir på børstene. Imidlertid er dette konseptet opprinnelsen til utformingen av roterende maskiner.
Den elektrostatiske maskinen bruker lovene til elektrostatikk i motsetning til de såkalte elektromagnetiske maskinene . Selv om elektrostatiske motorer har blitt forestilt seg (de opererer på prinsippet om gjensidighet av elektrostatiske generatorer), har de ikke lykkes (men nanoteknologier kan tilby slike elektrostatiske "nanomotorer"); på den annen side, som meget høy spenning generatorer , elektrostatiske maskiner vite deres viktigste anvendelse innen ion eller elektron-akseleratorer. De forvandler mekanisk energi til elektrisk energi, hvis egenskaper er veldig høy jevnspenning og mikro-strømstyrke. Kraften av maskinene i XVIII th århundre og XIX th -tallet var faktisk liten (noen få watt) og mekanisk friksjon forlot dem en svært dårlig ytelse. Årsaken er at den maksimale energitettheten til det elektriske feltet i luften er veldig lav. Elektrostatiske maskiner kan bare brukes (industrielt) hvis de opererer i et miljø der energitettheten til det elektriske feltet er ganske høy, det vil si praktisk talt i en komprimert gass, som vanligvis er hydrogen eller svovelheksafluorid (SF 6 ), ved trykk mellom 10 og 30 atmosfærer .
En likestrømsgenerator populært kalt en " dynamo " er, som mange elektriske generatorer, en roterende maskin. Den ble oppfunnet i 1861 av den ungarske Ányos Jedlik og forbedret i 1871 av den belgiske Zénobe Gramme .
Siden denne maskinen er reversibel, kan den fungere som en generator så vel som en motor. Det blir lett en elektrisk motor, noe som innebærer at når den stoppes, må dynamoen kobles fra lasten hvis sistnevnte kan gi den en strøm i retur: akkumulatorbatteri , annen dynamo. Denne funksjonen ble brukt i små biler på 1970-tallet. Et relésystem koblet batteriet til det for å levere strøm til dynastaren som startet forbrenningsmotoren og byttet automatisk til en dynamo når den nådde en viss hastighet.
Oppdagelsen i 1832 av Faraday av fenomenene elektromagnetisk induksjon tillot ham å vurdere å produsere vekselspenninger og elektriske strømmer ved hjelp av magneter . På instruksjoner fra Ampère bygde Pixii samme år en første maskin som deretter ble perfeksjonert (1833 - 1834) av Sexton og Clarke. En generator er en roterende maskin som omdanner mekanisk energi som tilføres rotoren til vekselstrøm elektrisk energi .
Mer enn 95% av den elektriske energien produseres av generatorer : elektromekaniske maskiner som leverer vekselspenninger med frekvens proporsjonal med rotasjonshastigheten. Disse maskinene er billigere og har bedre effektivitet enn dynamoer , maskiner som leverer kontinuerlige spenninger (effektivitet i størrelsesorden 95% i stedet for 85%).
Prinsippet om generatorenDenne maskinen består av en rotor (roterende del) og en stator (fast del).
den rotoren den induktor kan bestå av en permanentmagnet (for derved å generere et konstant felt), i dette tilfelle den spenning som leveres av maskinen er ikke justerbar (hvis vi ikke tar hensyn til tapene i lederne) og dens effektivverdi og dens frekvens varierer med rotasjonshastigheten. Oftere gir en elektromagnet induksjon. Denne viklingen forsynes med likestrøm , enten ved hjelp av en roterende ringsamler (en dobbel ring med børster) som bringer en ekstern kilde, eller av en roterende diode og børsteløs magnet . Et reguleringssystem tillater justering av spenningen eller fasen til produsert strøm. den stator den armaturen består av vindinger som vil være sete for vekslende elektrisk strøm som induseres ved variasjonen i fluksen til det magnetiske felt på grunn av den relative bevegelse av induktoren i forhold til armaturen. Ulike typer generatorer Industrielle generatorerI industrielle generatorer består ankeret av tre viklinger arrangert ved 360 ° / 3p (p: antall par av poler ) eller 120 ° / 1p for et par poler og tre viklinger, som gir et system med trefases vekselstrøm .
Å øke antall polpar gjør det mulig å senke maskinens rotasjonshastighet. Som nettfrekvensen er 50 Hz ( 50 sykluser per sekund eller 3000 cykler per minutt), må synkronmaskiner følge denne rytme for å forsyne nettverket. Å øke antallet poler gjør at flere sykluser kan utføres for en enkelt omdreining, og når frekvensen er fast, må rotasjonshastigheten reduseres for å respektere 3000 sykluser per minutt (i 50 Hz ).
På markedet i dynamoer ( enfaset generator ), armaturen består av en enkelt vikling.
Alternatorer om bordInnebygde generatorer , blant annet på motorvogner , er trefasegeneratorer utstyrt med et likerettersystem ( dioder ), som leverer en likestrøm med en spenning på ca. 14 V for biler og 28 V for lastebiler , som leverer kjøretøyets elektriske energi og lade opp batteriet for å gi energi når motoren er stoppet. Det må være forbundet med en spenningsregulator som beskytter batteriet mot overlading.
De dårlig kalt "dynamoer" av sykler er også generatorer, hvorav spolen består av en eller flere permanente magneter.
I visse tilfeller, for eksempel på visse vindturbiner , er rotoren ekstern og statoren, fast, er plassert i midten av generatoren. Vindturbinens kniver er direkte koblet til rotoren. Vindturbinen er en generator .
De asynkrone maskinene som driver hypersynkron (rotasjonsfrekvens større enn den synkrone frekvensen) gir også strøm til det elektriske nettverket de er koblet til. De har ulempen med ikke å kunne regulere spenningen , i motsetning til synkrone maskiner som kan sikre elektriske nettverk . Imidlertid blir de i økende grad brukt i små og mellomstore kraftgeneratorer som vindturbiner og mikrodammer takket være nylig fremgang innen kraftelektronikk . En av applikasjonene er den asynkrone maskinen med dobbel mating .
Det er elektriske generatorer som ikke trenger en roterende maskin , for eksempel:
Andre generatorteknologier er under utvikling uten å ha en stor industriell applikasjon: