เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1832 ชาวฝรั่งเศสชื่อ Bixi ได้ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นมา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยโรเตอร์และสเตเตอร์ โรเตอร์ตั้งอยู่ในโพรงกลางของสเตเตอร์ มีขั้วแม่เหล็กบนโรเตอร์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก เมื่อมอเตอร์ขับเคลื่อนหมุนโรเตอร์ พลังงานกลจะถูกถ่ายโอน ขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วสูงไปพร้อมกับโรเตอร์ ทำให้เกิดปฏิกิริยากับขดลวดสเตเตอร์ ปฏิกิริยานี้ทำให้สนามแม่เหล็กตัดผ่านตัวนำของขดลวดสเตเตอร์ ก่อให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบ่งออกเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและการผลิตทางการเกษตร การป้องกันประเทศ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และชีวิตประจำวัน

พารามิเตอร์โครงสร้าง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปประกอบด้วยสเตเตอร์ โรเตอร์ ฝาปิด และลูกปืน

สเตเตอร์ประกอบด้วยแกนสเตเตอร์ ขดลวด โครง และชิ้นส่วนโครงสร้างอื่นๆ ที่ยึดชิ้นส่วนเหล่านี้ไว้

โรเตอร์ประกอบด้วยขดลวดแกนโรเตอร์ (หรือขั้วแม่เหล็ก โช้กแม่เหล็ก) วงแหวนป้องกัน วงแหวนกลาง วงแหวนลื่น เพลาพัดลมและโรเตอร์และส่วนประกอบอื่นๆ

สเตเตอร์และโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อและประกอบกันด้วยตลับลูกปืนและฝาปิด เพื่อให้โรเตอร์สามารถหมุนในสเตเตอร์และเคลื่อนที่ตัดเส้นแรงแม่เหล็ก จึงทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งถูกนำออกทางขั้วต่อและเชื่อมต่อกับวงจร จากนั้นจึงเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น

คุณสมบัติการใช้งาน

ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสนั้นโดดเด่นด้วยคุณลักษณะการทำงานแบบไม่มีโหลดและแบบมีโหลดเป็นหลัก ซึ่งคุณลักษณะเหล่านี้ถือเป็นพื้นฐานสำคัญที่ผู้ใช้ใช้ในการเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การกำหนดลักษณะเมื่อไม่มีโหลด:เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานโดยไม่มีโหลด กระแสอาร์เมเจอร์จะเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นสภาวะที่เรียกว่าการทำงานแบบวงจรเปิด ณ เวลานี้ ขดลวดสามเฟสของสเตเตอร์มอเตอร์จะมีเพียงแรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะไม่มีโหลด E0 (สมมาตรสามเฟส) ซึ่งเหนี่ยวนำโดยกระแสกระตุ้น If และขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของ If อย่างไรก็ตาม ทั้งสองอย่างนี้ไม่เป็นสัดส่วนกันเนื่องจากแกนกลางของวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์อิ่มตัว เส้นโค้งที่สะท้อนความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะไม่มีโหลด E0 และกระแสกระตุ้น If เรียกว่าลักษณะเฉพาะขณะไม่มีโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส

ปฏิกิริยาของอาร์เมเจอร์:เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับโหลดแบบสมมาตร กระแสสามเฟสในขดลวดอาร์เมเจอร์จะสร้างสนามแม่เหล็กหมุนอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่าสนามปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์ ความเร็วของสนามแม่เหล็กจะเท่ากับความเร็วของโรเตอร์ และทั้งสองจะหมุนพร้อมกัน

ทั้งสนามปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์และสนามกระตุ้นโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสามารถประมาณได้ว่ามีการกระจายตามกฎไซน์ ความแตกต่างของเฟสเชิงพื้นที่ของสนามปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเฟสเวลาระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะไม่มีโหลด E0 และกระแสอาร์เมเจอร์ I นอกจากนี้ สนามปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์ยังสัมพันธ์กับสภาวะโหลด เมื่อโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นแบบเหนี่ยวนำ สนามปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์จะมีผลในการล้างอำนาจแม่เหล็ก ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลง ในทางกลับกัน เมื่อโหลดเป็นแบบคาปาซิทีฟ สนามปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์จะมีผลในการทำให้แม่เหล็ก ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ลักษณะการทำงานของโหลด:ส่วนใหญ่หมายถึงคุณลักษณะภายนอกและคุณลักษณะการปรับค่า ลักษณะภายนอกอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้า U และกระแสโหลด I เมื่อกำหนดความเร็วรอบที่กำหนด กระแสกระตุ้น และตัวประกอบกำลังโหลดคงที่ ลักษณะการปรับค่าอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากระตุ้น I และกระแสโหลด I เมื่อกำหนดความเร็วรอบที่กำหนด แรงดันที่ขั้ว และตัวประกอบกำลังโหลดคงที่

อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสอยู่ที่ประมาณ 20-40% โหลดอุตสาหกรรมและครัวเรือนทั่วไปต้องการแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างคงที่ ดังนั้น กระแสกระตุ้นจึงต้องปรับตามกระแสโหลดที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของลักษณะการควบคุมจะตรงกันข้ามกับลักษณะภายนอก แต่จะเพิ่มขึ้นสำหรับโหลดแบบเหนี่ยวนำและแบบต้านทานล้วน ในขณะที่โดยทั่วไปจะลดลงสำหรับโหลดแบบคาปาซิทีฟ

หลักการทำงาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล

เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยแปลงพลังงานจากน้ำมันดีเซลเป็นพลังงานไฟฟ้า ภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ดีเซล อากาศสะอาดที่กรองโดยไส้กรองอากาศจะผสมเข้ากับน้ำมันดีเซลแรงดันสูงที่ถูกฉีดเข้าหัวฉีด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นด้านบน อัดส่วนผสม ปริมาตรจะลดลง และอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงจุดติดไฟของน้ำมันดีเซล ซึ่งจะทำให้น้ำมันดีเซลติดไฟ ส่งผลให้ส่วนผสมเกิดการเผาไหม้อย่างรุนแรง การขยายตัวอย่างรวดเร็วของก๊าซจะดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ลง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า "งาน"

เครื่องปั่นไฟเบนซิน

เครื่องยนต์เบนซินขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยแปลงพลังงานเคมีของน้ำมันเบนซินเป็นพลังงานไฟฟ้า ภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์เบนซิน ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะเกิดการเผาไหม้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ปริมาตรขยายตัวอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ลูกสูบเคลื่อนลงและทำงาน

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งแบบดีเซลและเบนซิน แต่ละกระบอกสูบจะทำงานตามลำดับที่กำหนดไว้ แรงที่กระทำต่อลูกสูบจะถูกแปลงโดยก้านสูบให้เป็นแรงหมุน ซึ่งขับเคลื่อนเพลาข้อเหวี่ยง เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบซิงโครนัสไร้แปรงถ่าน ซึ่งติดตั้งร่วมกับเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์กำลัง ช่วยให้การหมุนของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรโหลดแบบปิด