Kuidas generaator töötab?

Millegi genereerimine tähendab selle loomist muudest koostisosadest. Võite luua lühikese loo, kasutades ideede juppe ümbritsevast maailmast; inimesed loovad oma eluplaanid mitmesugustest allikatest kogutud teabe põhjal.

Generaator on igapäevases keeles üksus, mis on võimeline tootma elektrit, tavaliselt elektrit, inimtegevuseks. Kuna jõudu ja energiat ei saa kahjuks luua eimillestki, peavad generaatorid ise olema toidetud mingist välisest allikast, energiast, mis seejärel suunatakse kasutatavasse elektrisse. Kui olete kunagi veetnud aega telkides hästi ettevalmistatud inimeste omanduses olevas kajutis, võite olla tuttav gaasiga töötava generaatori kontseptsiooniga. Tänapäeval eksisteerib mitmesuguseid generaatoritüüpe, kuid kõik need toetuvad samadele füüsikalise generaatori tööpõhimõtetele.

Füüsik Michael Faraday avastas 1831. aastal, et kui magnetit juhtmemähise sees liigutada, siis voolavad traadi sees elektronid, seda liikumist nimetatakse elektrivooluks. Generaator on mis tahes masin, mis muundab energia elektrivooluks, kuid olenemata selle energiaallikast - olgu see siis kivisüsi, hüdro- või tuuleenergia - peamine põhjus, miks elektrivool tekib, toimub magnetis liikumise kaudu valdkonnas.

Suure tõenäosusega olete näinud magneteid mingil moel toimimas - võib-olla väikesed ristkülikukujulised magnetid, mida kasutatakse kodus ja kontoris külmikute jaoks huvipakkuvate esemete kinnitamiseks. Spetsiaalne silindrikujuline magnet, mida nimetatakse elektromagnetiks, asetatakse juhtivatraadi (näiteks vasktraadi) isoleeritud rullide ümber, mis on ümbritsetud keskvõlliga. Igaüks neist paljudest mähistest on nagu võlli ümbritsev rõngas, mis on telje telje suhtes täisnurga all, täpselt nagu rehvide suhe neid hoidvale teljele. Juhtmetega ühendatud võlli pöörlemisel tekib vool, sest silindrikujuline elektromagnet väljaspool juhtmeid ei pöörle koos nendega, luues seeläbi suhtelise liikumise magnetvälja ja laengu vahel juhtmes traat.

Sama juhtuks siis, kui magnetvälja allikas liiguks statsionaarse traadi või juhtmete läheduses. Pole tähtis, kumb liigub, magnet või traat (või mõlemad), kui nende vahel toimub suhteline pidev liikumine.

Miks on jätkuv elektritootmine alati murettekitav? Miks teate, et teie elu katkeb ja tõenäoliselt katkeb, kui "vool ära läheb" enam kui üheks päevaks? Lihtne vastus on see, et kuigi inimesed saavad hädaolukordades kasutamiseks tohututes kogustes fossiilseid kütuseid, nagu maagaas ja nafta, pole suurt viisi elektri salvestamiseks head viisi. Tõenäoliselt on teil olemas versioon inimkonna parimatest katsetest hoida käeulatuses elektrit, milleks on aku. Kuid kuigi patareid, nagu kõik muu tehnikamaailmas, on aja jooksul tugevamaks muutunud ja kauakestvamad, on need nii on äärmiselt piiratud nende võimekuse osas säilitada terveid ja kaasaegseid linnu toiteks vajalikke massiivseid pingeväljundeid majandused.

Tänu sellele, et tänapäevases maailmas pole usaldusväärset viisi elektrienergia salvestamiseks, peab alati olema võimalus toorainest toota. Sellepärast on enamikul ettevõtetel oma olemusest sõltuvalt varugeneraatorid juhuks, kui ümbruskonna varustus katkeb. Kuigi pesapallikaardipood, mis kaotab toite tund aega, ei pruugi olla katastroofiline, kaaluge haigla intensiivravi mõjusid üksus, milles elektrimootoriga masinad hoiavad inimesi sõna otseses mõttes elus nende ja teiste elutähtsate hingamisteede kaudu funktsioone.

Kujutage ette kaks suurt kuubikujulist magnetit, mis on paigutatud meetri kaugusele, üks lõunapoolusega on suunatud teise põhjapooluse poole ja tekitab seeläbi nende vahel tugeva aditiivse magnetvälja. See väli osutab põhjapooluse suunas ja ja kui magnetite otsad on täiesti vertikaalsed põranda suhtes on magnetvälja suund põrandaga paralleelne nagu nähtamatute virn vaibad. Kui juhtmeid, mis seisavad otse ülespoole, liigutatakse magnetite vahelises ruumis ja see jääb täpselt 0,5 meetri kaugusel mõlemast on juhtme liikumine magnetväljaga risti ja mööda traat. Magnetväli, traadi liikumine ja voolu suund (ja ka traadi suund) on seega vastastikku risti.

Selle oluline takistus on see, et see magnet-juhtme seade on ideaalselt loodud püsiva elektrivarustuse loomiseks seni, kuni keskvõll jätkab pöörata, liigutades silindrilise magneti sisse keeratud juhtmeid nii, et oleks tagatud ühtlane vooluhulk läbi juhtmete ja välisele masinale, koju või kogu voolu ruudustik. Trikk on siin muidugi võlli pöörlemiseks vajaliku jõu andmine. Insenerid on tootnud mitmesuguseid generaatoreid, mis kasutavad erinevaid jõuallikaid.

Elektrigeneraatorid võib jagada soojusgeneraatoriteks, mis kasutavad elektri tootmiseks soojust, ja kineetilisteks generaatoriteks, mis kasutavad elektri tootmiseks liikumisenergiat. (Pange tähele, et soojusel, tööl ja energial on kõigil ühesugused ühikud - tavaliselt džaulid või nende kordsed, kuid mõnikord kalorid, ergid või Briti soojusühikud [BTU]. Võimsus on energia ajaühikus ja on tavaliselt vattides või hobujõudes.)

Soojusgeneraatorid: Fossiilkütusel töötavad generaatorid on tööstusharu standard ning neid töötavad söe, nafta (nafta) või maagaasi põletamine. Neid kütuseid on palju, kuid need on piiratud ja need tekitavad hulgaliselt keskkonna- ja terviseprobleeme, mis on innustanud inimkonda alternatiive pakkuma. Koostootmine hõlmab sellist tüüpi tehaste heitgaaside juhtimist klientidele, kes kasutavad auru oma väiksemate generaatorite jaoks. Tuumaenergia on tuumalõhustumisel eralduva energia kasutamine, "puhas", kuid vaieldav protsess. Maagaas generaatorid toodavad elektrit ilma auru tootmata ja neid saab kombineerida auru tootmisega. Biomass taimed, kus kütusena kasutatakse mittetraditsioonilisi esemeid (näiteks puitu või taimset ainet), on 21. sajandi alguses hoo sisse saanud.

Kineetilinegeneraatorid: Kineetiliste elektrigeneraatorite kaks peamist tüüpi on hüdroelektrijaamad ja tuuleenergia (või tuuleturbiinid). Hüdroelektrijaamad Generaatorite sees olevate võllide keerutamiseks tuginege veevoolule. Kuna vähesed jõed voolavad aastaringselt ühtlaselt sarnaneva kiirusega, hõlmavad enamus neist rajatistest paisude tekitatud kunstjärvi (näiteks järve Mead Lõuna-Nevada osariigis ja Arizona põhjaosas, moodustunud Hooveri tammist), et turbiinide voolu saaks vastavalt piirkonnale kunstlikult manipuleerida vajadustele. Tuuleenergia selle eeliseks on, et see ei häiri kohalikku maad ja elusloodust samamoodi nagu tehisjärved, kuid õhku on palju energia tootmisel vähem efektiivne kui vesi, ja see toob kaasa ka erineva kiiruse ja taseme probleemi tuul. Kuigi "tuuleveskid" võivad teatud taseme loomiseks hõlmata mitut omavahel ühendatud turbiini võimsus, tuuleenergia, mis on piisav elektrienergia pakkumiseks suurtele kogukondadele, ei olnud veel teostatav 2018.