Как сделан генератор электричества

Постоянное повышение стоимости электроэнергии заставляет многих задумываться о необходимости организации независимой системы собственного энергообеспечения. Кроме того, иногда это единственный способ оборудования электричеством надлежащего качества. Поиск вариантов решения проблемы самообеспечения напряжением приводит к необходимости разобраться в том, как сделан генератор.

Хотя сейчас существует довольно много революционных решений, позволяющих получать электроэнергию практически «из ничего», они не находят практического применения, будучи не всегда работоспособными, уступая место проверенному временем варианту с электродвигателем.

Предпосылки создания генерирующего устройства

Изучать, как сделать генератор электричества, следует с вспоминания азов электротехнической науки. В разделе, посвященном двигателям, четко указано, что любой из них может работать не только в качестве потребителя, выполняя конвертацию работы заряда в механическую энергию вращения вала, но и в противоположном режиме, преобразовывая механический момент в потенциал на клеммах. Эта особенность получила название закона обратимости электротехнических машин. Собственно, это основа того, как сделан генератор.

Двигатели

При выборе электромотора следует знать, что они могут быть постоянного или переменного тока. Так как рассматривая то, как сделан генератор, чаще всего подразумевают именно «переменку», то о «постоянке» мы говорить не будем. Машины переменного тока существуют в вариациях с фазным и короткозамкнутым ротором. В первом случае концы обмоток выведены на специальное устройство с набором контактных площадок, подача питания на которые выполняется при помощи графитных «щеток». Использование таких решений в качестве генератора более сложно.

Принцип работы

Чтобы понять, как сделан генератор, нужно представлять процессы, происходящие в двигателе при работе. Рассмотрим трехфазную модель. При подаче питания на выводы обмотки статора (неподвижная часть) в нем возникает магнитное поле, линии напряженности которого пересекают замкнутую обмотку ротора (вращающийся «барабан»). Благодаря этому в последней индуцируется ток, который генерирует собственное магнитное поле. Взаимодействие этих двух полей создает вращающий момент. Вот так все просто.

Следовательно, исходя из закона обратимости, необходимо внешним воздействием раскрутить ротор, а с обмоток статора снимать напряжение. В генераторах, продающихся в торговых сетях, вращающий момент создает бензиновый двигатель. Хотя КПД такой системы мало, она работает.

Несколько нюансов

Люди, уже изучавшие, как сделан генератор, знают, что есть ряд особенностей подключаемых схем. Раскрутив вал и подсоединив к выводам нагрузку, не удастся в полной мере раскрыть потенциал устройства. Причина этого кроется в том, что в витках обмотки ротора ток не возникает (намагниченность мала и угасает). Для решения этой проблемы используют эффективное решение: между тремя выводами рассматриваемого трехфазного двигателя размещают блок конденсаторов, включенных треугольником. То есть, к каждому углу подводится провод от клеммы статорной обмотки, отсюда же отходят три вывода на нагрузку. Должны использоваться конденсаторы неэлектролитического типа, такие как МБГТ, МБГО и пр. Их напряжение должно быть не меньше 600 В. Емкость же зависит от нагрузки (чем она мощнее, тем выше класс конденсаторов) и характеристик двигателя. Например, для 2 кВА генератора емкость батареи составляет не менее чем 28 мкФ.

Без нагрузки использовать генератор не рекомендуется из-за возникающего нагрева. Также нужно учесть, что для трехфазного электродвигателя, с которого в режиме генератора снимается 220 В, мощность составит треть от паспортной.

Скорость вращения вала должна быть не ниже синхронной. В противном случае наблюдается снижение частоты и/или напряжения.

Чаще всего у людей возникает вопрос: «Как сделать ветровой генератор?» Все логично: ветер – бесплатный ресурс, который всегда доступен. В состав такого решения входят: двигатель; лопасти на валу, настроенные на определенный угол; блок конденсаторов. Если изначально планируется выработка низкого напряжения, то дополнительно потребуются инвертор и аккумуляторная батарея.