Un generator electric este un dispozitiv pentru producerea energiei electrice dintr-o altă formă de energie . În schimb, un dispozitiv care consumă energie electrică se numește receptor electric .
Un generator real poate fi modelat în două moduri diferite:
Generatorul ideal de tensiune este un model teoretic. Este un dipol capabil să impună o tensiune constantă indiferent de sarcina conectată la bornele sale. Se mai numește și o sursă de tensiune .
Pentru generatorul de curent ideal, curentul produs este constant, indiferent de tensiunea solicitată și de sarcina de furnizat. Se mai numește și o sursă curentă .
Este, de asemenea, un model teoretic, deoarece deschiderea unui circuit care cuprinde un generator de curent diferit de zero ar trebui să conducă la furnizarea unei tensiuni infinite. Este imposibil să plasați doi generatori de curent cu valori diferite în serie, deoarece acest lucru înseamnă impunerea a doi curenți diferiți în același fir.
Marea majoritate a generatoarelor electrice sunt mașini rotative, adică sisteme care au o parte fixă și o parte mobilă care se rotește în (sau în jurul) părții fixe. Cu toate acestea, varietatea de mașini rotative create de-a lungul secolelor implică diferențe semnificative în diferite tehnologii și tehnici utilizate pentru a produce curent, pe de o parte, și în sistemele „auxiliare“ ( invertoarele , electronica de putere , etc. ) , eventual necesare acestora funcționare corectă.
Generatorul electrostatic nu este o mașină rotativă, deși folosește rotația unui disc care freacă periile. Cu toate acestea, acest concept se află la originea proiectării mașinilor rotative.
Mașina electrostatică folosește legile electrostatice spre deosebire de așa-numitele mașini electromagnetice . Deși au fost imaginate motoarele electrostatice (acestea funcționează pe principiul reciprocității generatoarelor electrostatice), nu au avut succes (dar nanotehnologiile ar putea oferi astfel de „nanomotori” electrostatici); pe de altă parte, ca generatoare de înaltă tensiune, mașinile electrostatice își cunosc principala aplicație în domeniul acceleratorilor de ioni sau de electroni. Ele transformă energia mecanică în energie electrică, ale cărei caracteristici sunt tensiunea directă foarte mare și microamperajul. Puterea mașinilor a XVIII - lea secol și XIX - lea lea a fost într - adevăr mică (câțiva wați) și frecare mecanică le -a lăsat o performanță foarte slabă. Motivul este că densitatea maximă de energie a câmpului electric din aer este foarte mică. Mașinile electrostatice pot fi utilizate (industrial) numai dacă funcționează într-un mediu în care densitatea energetică a câmpului electric este destul de mare, adică practic într-un gaz comprimat, care este de obicei hexafluorura de hidrogen sau de sulf (SF 6 ), la presiuni cuprinse între 10 și 30 de atmosfere .
Un generator de curent continuu numit popular „ dinam ” este, la fel ca mulți generatori electrici, o mașină rotativă. A fost inventat în 1861 de maghiarul Ányos Jedlik și îmbunătățit în 1871 de belgianul Zénobe Gramme .
Deoarece această mașină este reversibilă, poate funcționa atât ca generator, cât și ca motor. Devine cu ușurință un motor electric, ceea ce implică faptul că, atunci când este oprit, dinamul trebuie deconectat de la sarcina sa dacă acesta din urmă îi poate asigura un curent în schimb: baterie de acumulator , alt dinam. Această caracteristică a fost utilizată în automobilele mici în anii 1970. Un sistem de releu a conectat bateria la aceasta pentru a furniza curent la dinastar, care a pornit motorul cu ardere internă și a trecut automat la o dinamă când a atins o anumită viteză.
Descoperirea în 1832 de către Faraday a fenomenelor de inducție electromagnetică i-a permis să ia în considerare producerea de tensiuni alternative și curenți electrici folosind magneți . Pixii , la instrucțiunile lui Ampère , a construit în același an o primă mașină care a fost apoi perfecționată (1833 - 1834) de Sexton și Clarke. Un alternator este o mașină rotativă care transformă energia mecanică furnizată rotorului în energie electrică de curent alternativ.
Peste 95% din energia electrică este produsă de alternatoare : mașini electromecanice care furnizează tensiuni alternative de frecvență proporționale cu viteza lor de rotație. Aceste mașini sunt mai puțin costisitoare și au o eficiență mai bună decât dinamurile , mașini care furnizează tensiuni continue (eficiență de ordinul 95% în loc de 85%).
Principiul alternatoruluiAceastă mașină este alcătuită dintr-un rotor (partea rotativă) și un stator (partea fixă).
rotorul inductorul poate consta dintr - un permanent magnet (generând astfel un câmp constant), în acest caz , tensiunea livrată de către aparatul nu este reglabil (dacă nu iau în considerare pierderile în conductoarele) și valoarea sa efectivă și de frecvența variază cu viteza de rotație. Mai frecvent, un electromagnet asigură inducție. Această înfășurare este alimentată cu curent continuu , fie prin intermediul unui colector rotativ de inel (un inel dublu cu perii) care aduce o sursă externă, fie printr-o diodă rotativă și un excitator fără perii. Un sistem de reglare permite reglarea tensiunii sau a fazei curentului produs. statorului armătura constă din înfășurări care va fi scaunul curentului electric alternativ indus prin variația fluxului câmpului magnetic datorită mișcării relative a inductorului în raport cu armătura. Diferite tipuri de alternatoare Alternatoare industrialeÎn alternatoarele industriale, armătura constă din trei înfășurări dispuse la 360 ° / 3p (p: numărul de perechi de poli ) sau 120 ° / 1p pentru o pereche de poli și trei înfășurări, care asigură un sistem de curenți alternativi trifazici .
Creșterea numărului de perechi de poli face posibilă scăderea vitezei de rotație a mașinii. Deoarece frecvența rețelei este de 50 Hz ( 50 de cicluri pe secundă sau 3.000 de cicluri pe minut), mașinile sincrone trebuie să urmeze acest ritm pentru a furniza rețeaua. Creșterea numărului de poli permite efectuarea mai multor cicluri pentru o singură rotație și pe măsură ce frecvența este fixă, viteza de rotație trebuie încetinită pentru a respecta 3.000 de cicluri pe minut (în 50 Hz ).
În alternatoarele domestice ( generator monofazat), armătura constă dintr-o singură înfășurare.
Alternatoare la bordAlternatoarele de la bord , printre altele pe autovehicule , sunt alternatoare trifazate prevăzute cu un sistem redresor ( diode ), care furnizează un curent continuu la o tensiune de aproximativ 14 V pentru autoturisme și 28 V pentru camioane , alimentând energia electrică a vehiculului și reîncărcarea bateriei pentru a furniza energie la oprirea motorului. Acesta trebuie asociat cu un regulator de tensiune care protejează bateria de supraîncărcare.
„Dinamele” rău numite ale bicicletelor sunt, de asemenea, alternatoare, din care inductorul este format din unul sau mai mulți magneți permanenți.
În anumite cazuri, de exemplu pe anumite turbine eoliene , rotorul este extern și statorul, fix, este plasat în centrul generatorului. Palele turbinei eoliene sunt conectate direct la rotor. Turbina eoliană este un alternator .
La mașinile asincrone care funcționează hypersynchronous (frecvență mai mare decât frecvența de rotație sincronă) furnizează , de asemenea , puterea de la rețeaua electrică la care sunt conectate. Au dezavantajul că nu pot regla tensiunea , spre deosebire de mașinile sincrone care pot asigura stabilitatea rețelelor electrice . Cu toate acestea, acestea sunt utilizate din ce în ce mai mult în generatoarele de energie mici și mijlocii, cum ar fi turbinele eoliene și micro-barajele, datorită progreselor recente în electronica de putere . Una dintre aplicații este mașina asincronă cu alimentare dublă .
Există generatoare electrice care nu necesită o mașină rotativă , cum ar fi:
Alte tehnologii generatoare sunt în curs de dezvoltare fără a avea încă o aplicație industrială pe scară largă: