Wikipedysta:Robert.ploucha/brudnopis

Generator elektryczny jest urządzeniem przetwarzającym na energię elektryczną inne rodzaje energii, w tym energię mechaniczną, zgodnie z prawami opisującymi zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Zjawisko odwrotne, czyli przekształcenie energii elektrycznej w energię mechaniczną występuje w silnikach. Silniki i generatory mają wiele podobieństw. Źródłem energii mechanicznej może być ruch posuwisto-zwrotny, turbina parowa w tym napędzana parą uzyskana z promieniowania słonecznego (eng.wiki Solar power in Spain), woda przepływająca przez turbinę wodną lub koło wodne, silnik spalania wewnętrznego, turbina gazowa, turbina wiatrowa, mechanizm korbowy napędzany siłą mięśni, sprężone powietrze lub jakiekolwiek inne źródło energii mechanicznej. Źródłem energii zamienianej na energię elektryczną może byc też ciepło wykorzystywane w termogeneratorach lub generatorach MHD (link wewnetrzny), energia wiązań atomowych wykorzystywana w ogniwach paliwowych, energia promienista (promieniowanie alfa lub beta) czy też energia słoneczna wykorzystana w fotoogniwach.

Generator elektryczny (z wyjątkiem generatora MHD i generatorów elektrostatycznych) oraz silniki elektryczne posiadają dwie części główne.

• Rotor: część ruchoma - wirująca
• Stojant: stacjonarna część urządzenia

lub

• Armature: The power-producing component of an alternator, generator, dynamo or motor. In a generator, alternator, or dynamo the armature windings generate the electrical current. The armature can be on either the rotor or the stator.
• Field: The magnetic field component of an alternator, generator, dynamo or motor. The magnetic field of the dynamo or alternator can be provided by either electromagnets or permanent magnets mounted on either the rotor or the stator. (For a more technical discussion, refer to the Field coil article.)

Since power transferred into the field circuit is much less than in the armature circuit, AC generators nearly always have the field winding on the rotor and the stator as the armature winding. Only a small amount of field current must be transferred to the moving rotor, using slip rings. Direct current machines necessarily have the commutator on the rotating shaft, so the armature winding is on the rotor of the machine.

Zanim odkryto połączenie pomiędzy zjawiskami magnetyzmu i elektryczności, wymyślono generatory elektrostatyczne, które wytwarzały bardzo wysokie napięcia i charakteryzowały się bardzo małymi wydajnościami prądowymi. Pracowały na zasadzie wykorzystania poruszających się ładowanych elektrostatycznie trzpieni, płyt lub dysków, przenoszących ładunek elektryczny na elektrodę o wysokim potencjale. Ładunek elektrostatyczny był wytwarzany na dwa różne sposoby:

• Indukcja elektrostatyczna
• Efekt triboelektryczny (ładowanie przez pocieranie, Elektrostatyka), gdzie kontakt między dwoma izolatorami powoduje, że gromadzą się ładunki elektryczne w sposób charakterystyczny dla materiału z jakiego są wykonane izotaltory.

Z powodu ich małej wydajności i trudności izolowania maszyn produkujących bardzo wysokie napięcia, elektrostatyczne generatory miały małą sprawność i nigdy nie zostały użyte w komercyjnych zastosowaniach, przy produkcji znacznych ilości energii elektrycznej. Maszyna Wimshurst i generator Van de Graaffa są przykładami tych maszyn, które są używane do chwili obecnej.

Dysk Faraday'a[edytuj | edytuj kod]

W latach 1831-1832 Michael Faraday odkrył zasady działania generatorów elektromagnetycznych. Reguła ta, nazwana później Prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya mówi, że na końcach przewodnika elektrycznego poruszającego się w polu magnetycznym pojawia sie różnica potencjałów elektrycznych, a więc napięcie elektryczne, wprost proporcjonalne do szybkości ruchu tego przewodnika w poprzek strumienia magnetycznego. Równanie opisujące to zjawisko stało sie jednym z równań Maxwella opisujących własności pola elektroycznego i magnetycznego oraz zależności między nimi. Zamknięcie obwodu powoduje przepływ prądu elektrycznego. Michael Faraday zbudował pierwszy generator elektromagnetyczny, nazwany Dyskiem Faradaya, będący typem generatora homopolarnego. Zbudowany jest z miedzianego dysku wirującego wewnątrz biegunów podkowiastego magnesu stałego. Dysk Faradaya generuje małe napięcie i bardzo duży prąd. W latach 60 wieku XX w:Sir Mark Oliphant pracujący w w:Australian National University zbudował 500MJ wysokoprądowy Dysk Faradaya, z którego uzyskiwano bardzo duże prądy - aż do 2 MA.

Taka konstrukcja jest bardzo nieefektywna. Pojawiają się prądy płynące w przeciwnym kierunku w rejonach poza miejscem w którym jest strumień magnetyczny od magnesu stałego. Prądy te ograniczają moc wyjściowa którą można pobrać z dysku oraz powodują rozgrzewanie się dysku. W późniejszych typach generatorów homopolarnych rozwiązywano ten problem wykorzystując macierze magnesów umieszczonych wokół obwodu tak by ustabilizować kierunek przepływu prądu

Dynamo - Prądnica prądu stałego[edytuj | edytuj kod]

Main article Dynamo

Dynamo było pierwszym generatorem elektrycznym zdolnym dostarczać energię elektryczną dla przemysłu. Dynamo zwane też prądnica prądu stałego wykorzystuje prawa elektromagnetyczne do zamiany ruchu wirowego na pulsujący prąd elektryczny poprze wykorzystanie komutatora. Pierwsze Dynamo wybudował Hippolyte Pixii w 1932.

Prądnica prądu stałego składa się ze stojana wytwarzającego stałe pole magnetyczne oraz obracającego się wirnika, na którym nawinięto uzwojenia. W małych maszynach – prądnicach pole magnetyczne wytwarzane jest przez jeden lub więcej magnesów stałych. W większych stałe pole jest wytwarzane przez cewki indukcyjne, w których płynie prąd stały.

Dynamo przez szereg przypadkowych odkryć stało się źródłem wielu późniejszych odkryć, wliczają w to silnik elektryczny prądu stałego, alternator prądu zmiennego, silnik asynchroniczny i przekształtnik elektromechaniczne.

Ze względu na złożoność budowy Prądnice prądu stałego nie są obecnie szeroko stosowane do produkcji energii elektrycznej o dużych mocach. Powodem jest komutator niezdolny znieść długotrwałe obciążenia dużymi prądami. Jak skomplikowane jest to urządzenie, widać na rysunku przedstawiającym prądnicę z 1917 wykorzystywaną w przemysłowym procesie elektrolizy. Także współczesne systemy dystrybucji energii elektrycznej oparte są na prądzie przemiennym.

Prądnice prądu stałego stosuje się obecnie w samochodach, są jednak zastępowane wydajniejszymi i mniej awaryjnymi alternatorami

Generatory Elektromagnetyczne z częściami wirującymi[edytuj | edytuj kod]

Without a commutator, the dynamo is an example of an alternator, which is a synchronous singly-fed generator. With an electromechanical commutator, the dynamo is a classical direct current (DC) generator. The alternator must always operate at a constant speed that is precisely synchronized to the electrical frequency of the power grid for non-destructive operation. The DC generator can operate at any speed within mechanical limits but always outputs a direct current waveform.

Other types of generators, such as the asynchronous or induction singly-fed generator, the doubly-fed generator, or the brushless wound-rotor doubly-fed generator, do not incorporate permanent magnets or field windings (i.e, electromagnets) that establish a constant magnetic field, and as a result, are seeing success in variable speed constant frequency applications, such as wind turbines or other renewable energy technologies.

The full output performance of any generator can be optimized with electronic control but only the doubly-fed generators or the brushless wound-rotor doubly-fed generator incorporate electronic control with power ratings that are substantially less than the power output of the generator under control, which by itself offer cost, reliability and efficiency benefits.

Generator MHD[edytuj | edytuj kod]

Generatory MHD wytwarzają energię elektryczną bezpośrednio z przemiany energii cieplnej i kinetycznej gorącego zjonizowanego gazu przepływającego przez pole magnetyczne. W generatorach MHD nie występują w nich jakiekolwiek części ruchme. Odkrycie generatorów MHD zostało spowodowane faktem, że plazma potrafi ogrzewać generatory pary. Pozwala to, teoretycznie, zwiększyć sprawność takich "kombinowanych układów termodynamicznych".

wstawić http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Rankine_cycle_layout.png i dorysować MHD

Pierwszy projekt, który doczekał się realizacji to AVCO Mk.25 z 1965 roku. W 1987 roku rząd USA współfinansował demonstracyjną instalację w 25MW elektrowni.

Obecnie (2007) elektrownie cieplne z generatorami MHD i turbogeneratorami pracujące z kombinowanym cyklem termodynamicznym są mniej wydajne niż połączenie tyrbiny gazowej i klasycznego parowego turbogeneratora.

Generator "przesuwa" zawsze obecny w przewodniku ładunek elektryczny, ale go nie "tworzy". Można to porównać do pompy wodnej, która powoduje przepływ wody, ale nie "tworzy" wody w rurach. Inne typy generatorów bazują na innych zjawiskach fizycznych: piezoelektryczność, przepływ plazmy w polu magnetycznym - magnethodrodynamika itp. Konstrukcja generatorów indukcyjnych jest podobna do budowy silnika elektrycznego. Wszystkie typy generatorów indukcyjnych mogą w specyficznych warunkach pracować jako silniki.

Main article Excitation (magnetic)

An electric generator or electric motor that uses field coils rather than permanent magnets will require a current flow to be present in the field coils for the device to be able to work. If the field coils are not powered, the rotor in a generator can spin without producing any usable electrical energy, while the rotor of a motor may not spin at all. Very large power station generators often utilize a separate smaller generator to excite the field coils of the larger.

In the event of a severe widespread power outage where islanding of power stations has occurred, the stations may need to perform a black start to excite the fields of their largest generators, in order to restore customer power service.

The equivalent circuit of a generator and load is shown in the diagram to the right. To determine the generator's ${\displaystyle V_{G}}$ and ${\displaystyle R_{G}}$ parameters, follow this procedure: -

• Before starting the generator, measure the resistance across its terminals using an ohmmeter. This is its DC internal resistance ${\displaystyle R_{GDC}}$.
• Start the generator. Before connecting the load ${\displaystyle R_{L}}$, measure the voltage across the generator's terminals. This is the open-circuit voltage ${\displaystyle V_{G}}$.
• Connect the load as shown in the diagram, and measure the voltage across it with the generator running. This is the on-load voltage ${\displaystyle V_{L}}$.
• Measure the load resistance ${\displaystyle R_{L}}$, if you don't already know it.
• Calculate the generator's AC internal resistance ${\displaystyle R_{GAC}}$ from the following formula:

${\displaystyle R_{GAC}={R_{L}}\left({{{V_{G}} \over {V_{L}}}-1}\right)}$

Note 1: The AC internal resistance of the generator when running is generally slightly higher than its DC resistance when idle. The above procedure allows you to measure both values. For rough calculations, you can omit the measurement of ${\displaystyle R_{GAC}}$ and assume that ${\displaystyle R_{GAC}}$ and ${\displaystyle R_{GDC}}$ are equal.

Note 2: If the generator is an AC type, use an AC voltmeter for the voltage measurements.

The maximum power theorem states that the maximum power can be obtained from the generator by making the resistance of the load equal to that of the generator. This is inefficient since half the power is wasted in the generator's internal resistance; practical electric power generators operate with load resistance much higher than internal resistance, so the efficiency is greater.

Szablon:See

Early motor vehicles until about the 1960's tended to use DC generators with electromechanical regulators. These were not particularly reliable or efficient and have now been replaced by alternators with built-in rectifier circuits. These power the electrical systems on the vehicle and recharge the battery after starting. Rated output will typically be in the range 50-100 A at 12 V, depending on the designed electrical load within the vehicle - some cars now have electrically-powered steering assistance and air conditioning, which places a high load on the electrical system. Commercial vehicles are more likely to use 24 V to give sufficient power at the starter motor to turn over a large diesel engine without the requirement for unreasonably thick cabling. Vehicle alternators do not use permanent magnets and are typically only 50-60% efficient over a wide speed range. Motorcycle alternators often use permanent magnet stators made with rare earth magnets, since they can be made smaller and lighter than other types. See also hybrid vehicle.

Some of the smallest generators commonly found power bicycle lights. These tend to be 0.5 ampere, permanent-magnet alternators supplying 3-6 W at 6 V or 12 V. Being powered by the rider, efficiency is at a premium, so these may incorporate rare-earth magnets and are designed and manufactured with great precision. Nevertheless, the maximum efficiency is only around 60% for the best of these generators - 40% is more typical - due to the use of permanent magnets. A battery would be required in order to use a controllable electromagnetic field instead, and this is unacceptable due to its weight and bulk.

Sailing yachts may use a water or wind powered generator to trickle-charge the batteries. A small propeller, wind turbine or impeller is connected to a low-power alternator and rectifier to supply currents of up to 12 A at typical cruising speeds.

 Osobny artykuł: Engine-generator.

An engine-generator is the combination of an electrical generator and an engine (prime mover) mounted together to form a single piece of self-contained equipment. The engines used are usually piston engines, but gas turbines can also be used. Many different versions are available - ranging from very small portable petrol powered sets to large turbine installations.

Main article: Self-powered equipment

Patrz zdjęcie genratora w wersji angielskiej wiki A generator can also be driven by human muscle power (for instance, in field radio station equipment).

Human powered direct current generators are commercially available, and have been the project of some DIY enthusiasts. Typically operated by means of pedal power, a converted bicycle trainer, or a foot pump, such generators can be practically used to charge batteries as large as 12 volts, and in some cases are designed with an integral inverter. Portable radio receivers with a crank are made to reduce battery purchase requirements, see clockwork radio.

• U.S. Patent 222,881 -- Magneto-Electric Machines : Thomas Edison's main continuous current dynamo. The device's nickname was the "long-legged Mary-Ann". This device has large bipolar magnets. It is inefficient.
• U.S. Patent 373,584 -- Dynamo-Electric Machine : Edison's improved dynamo which includes an extra coil and utilizes a field of force.
• U.S. Patent 359 748 -- Dynamo Electric Machine - Nikola Tesla's construction of the alternating current induction motor / generator.
• U.S. Patent 406 968 -- Dynamo Electric Machine - Tesla's "Unipolar" machine (i.e., a disk or cylindrical conductor is mounted in between magnetic poles adapted to produce a uniform magnetic field).
• U.S. Patent 417 794 -- Armature for Electric Machines -Tesla's construction principles of the armature for electrical generators and motors. (Related to patents numbers US327797, US292077, and GB9013.)
• U.S. Patent 447 920 -- Method of Operating Arc-Lamps - Tesla's alternating current generator of high frequency alternations (or pulsations) above the auditory level.
• U.S. Patent 447 921 -- Alternating Electric Current Generator - Tesla's generator that produces alternations of 15000 per second or more.

• Faraday's law of induction
• Alternator
• Homopolar generator
• Solar cell
• Radioisotope thermoelectric generator
• Thermogenerator
• Welding sets.
• Wind turbine

• Texas Community Powered by Biodiesel Generator
• Simple generator

pl:Prądnica