Скорость вращения ротора в синхронном генераторе соответствует скорости вращения магнитного поля в статоре. При вращении ротора и пересечении его магнитного поля с обмоткой статора вырабатывается электроэнергия. С другой стороны, асинхронный генератор работает в режиме торможения, когда ротор вращается в том же направлении, что и магнитное поле статора, но с небольшим опережением.
Виды генераторов
Кроме синхронных и асинхронных генераторов, существуют бензиновые и дизельные генераторы, используемые в различных отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство, строительство, бытовые электростанции. Дизельные генераторы известны своей надежностью, экономичностью и длительным сроком службы, что позволяет использовать их в качестве автономных источников электроэнергии. Такие генераторы широко используются на электростанциях, в строительных компаниях и телестудиях при отключении электроэнергии, в аварийных ситуациях, при ремонте и для переносных объектов. Бензиновые же генераторы работают на бензине, и состав топлива для них должен определяться производителем двигателя, прежде чем использовать смесь бензина со спиртом или противогнилостными присадками.
Как бензиновые, так и дизельные генераторы имеют такие преимущества, как компактность, простота эксплуатации и надежность. Дизельные генераторы необходимо размещать в хорошо отапливаемых помещениях с температурой не ниже 5°С, соблюдая при этом пожарные и сантехнические нормы. Для обеспечения нормального функционирования генераторов необходима зона обслуживания не менее одного метра, периодическая заправка дизельным топливом и регулярная замена масла. Установка мягкой вставки между стеной и радиатором позволяет предотвратить вибрации и повторное проникновение горячего воздуха в помещение. Кроме того, для поддержания постоянного воздушного потока необходимы отверстия в наружных стенах, где установлен генератор. Вытяжная труба также необходима для отвода отработанных газов, образующихся в процессе работы генератора. Генератор рекомендуется устанавливать на фундамент массой не менее 1,5 массы оборудования, используя специальный изоляционный материал. Для подключения дизель-генератора устанавливается распределительный щит, оснащенный защитными автоматами. Доступность энергии, вырабатываемой дизельными электростанциями, сделала эти генераторы широко популярными благодаря их быстрой окупаемости.
В дизельных электростанциях используются двигатели внутреннего сгорания, в которых топливо воспламеняется в результате сжатия воздуха, выделяя тепло и совершая механическую работу. Эта механическая работа затем используется дизель-генератором на валу двигателя для выработки электроэнергии. В дизельных генераторах обычно используется дистиллятное и остаточное топливо. С другой стороны, газовые генераторы обладают определенными преимуществами перед другими типами генераторов.
Газовые электростанции не только вырабатывают электроэнергию, но и выделяют тепло, которое может быть использовано для обогрева зданий и сооружений. Они обладают дополнительными функциями, такими как когенерация, предполагающая получение горячей воды при утилизации тепла, и тригенерация, при которой вторичная тепловая энергия преобразуется в холодную. Системы тригенерации используются в морозильных камерах и кондиционерах. Газовые электростанции работают бесшумно с точки зрения производства электроэнергии, что позволяет устанавливать их вблизи жилых домов и учреждений. Кроме того, эти электростанции экологически безопасны, так как работают на природном газе, который является экологически чистым топливом. Автоматизация и простота газовых электростанций позволяют управлять ими с минимальным количеством персонала.
Генераторы нового поколения
Ожидается, что по мере роста цен на энергоносители солнечные генераторы, работающие на солнечной энергии, будут вытеснять традиционные генераторы. Солнечные панели или коллекторы преобразуют солнечное излучение в электроэнергию, что дает преимущество перед топливными или газовыми генераторами с их неисчерпаемыми ресурсами. Солнечная энергия бесплатна и доступна повсеместно. Дополнительным преимуществом солнечных генераторов является их экологичность, бесшумность работы и минимальный износ. Солнечные генераторы работают на основе вогнутых зеркал или полированного металла, которые собирают солнечный свет и фокусируют его на трубках с поглощающими покрытиями. Теплоноситель проходит через эти приемники, нагревается, выделяя в теплообменниках пар, который затем уплотняется в турбинах, приводящих генераторы в действие. Солнечные генераторы уже используются для нагрева и опреснения воды, а также для отопления и вентиляции зданий. Кроме того, разрабатываются экспериментальные транспортные средства на солнечных батареях — автомобили, корабли, яхты и катера.
Другой тип электростанций — ветрогенераторы, использующие энергию ветра. Для выработки 100 кВт энергии ветроэлектростанциям с горизонтальной осью требуется скорость ветра 2-3 м/с, а для выработки 200 кВт — не менее 4 м/с. Ветроэнергетическая установка состоит из мачты с контейнером, в котором размещены редуктор и генератор. Контейнер поворачивается в сторону направления ветра, а лопасти крепятся к оси редуктора ветрогенератора.
Ветрогенераторы с вертикальной осью, хотя и менее популярны, не требуют ориентации на ветер, поскольку генератор располагается под мачтой. Ветроэнергетические установки широко распространены в странах с ограниченными природными ресурсами, подходящим климатом и низким рельефом. Эти генераторы экологически безопасны, соответствуют международным стандартам экологической безопасности и не выделяют вредных веществ. Кроме того, ветрогенераторы экономически выгодны благодаря безграничности ветроэнергетических ресурсов.
