Ini terdiri dari generator arus listrik. Penemuan dan alternator pertama

Generator pertama seperti generator modern arus bolak-balik menghasilkan listrik. Listrik merupakan salah satu komponen utama siklus energi di alam. Alternator dirancang untuk mengubah energi apa pun menjadi energi listrik, diterjemahkan dari bahasa Latin - pabrikan. Perangkat, menghasilkan listrik, mengubah energi mekanik atau alami menjadi energi listrik. Gerakan mekanis yang paling umum digunakan adalah mesin uap, turbin gas, hidrolik atau diesel.

Sejarah penemuan generator listrik

Sejarah penemuan generator listrik menunjukkan bahwa fondasi generator pertama diletakkan oleh penemuan baterai oleh Italia Alessandro Volta, pembangkitan medan magnet dari arus listrik Dane Hans Christian Oersted dan elektromagnet Inggris William Sturgeon. Setelah secara praktis menemukan dan mempelajari induksi elektromagnetik dengan menggulirkan cakram tembaga di antara kutub magnet, Faraday menghasilkan arus listrik dalam medan magnet yang berubah, sehingga membuat prototipe generator listrik pertama. Sejak saat itu, generator pertama mulai diproduksi.

Pada tahun 1833, seorang ilmuwan Rusia asal Jerman Emil Khristianovich Lenz menerbitkan sebuah artikel tentang hukum timbal balik fenomena magneto-listrik, yaitu, tentang pertukaran perangkat yang menghasilkan listrik dan mesin. Generator pertama, ditemukan pada abad ke-19, memutar magnet permanen yang berat di dekat gulungan kawat, secara bertahap meningkatkan dan menemukan aplikasi praktis. Secara bertahap, kekuatan dan properti konsumen perangkat disempurnakan dari waktu ke waktu. Sekarang kita tidak bisa hidup tanpa listrik dan produsennya. Jika listrik tidak dapat disambungkan dari pembangkit listrik, pembangkit listrik diesel bergerak ditawarkan dengan menyewa generator.
Tidak ada penghasil energi saat ini, karena transformasi dari satu jenis ke jenis lainnya adalah dasar kehidupan. Menerima energi dari Matahari, angin, Bumi, pergerakan air, sumber hidrolik, nuklir, pasang surut, panas bumi tidak akan mengejutkan siapa pun.

Bahkan ada generator yang menerima energi tanpa bahan bakar dan gerakan eksternal dengan bantuan perangkat dengan menggunakan medan magnet bumi.

Jadi, generator konversi energi adalah bagian kecil dari proses abadi sirkulasi energi yang terbentuk sebagai akibat dari Big Bang di Semesta, melepaskan energi dan mengikatnya dalam proses perkembangannya.
Ada teori yang didasarkan pada pembangkitan energi bebas yang bergantung pada gravitasi dan waktu, tetapi penelitian ini berada di luar cakupan fisika materialistik dan sains pada umumnya.

generator listrik- perangkat di mana bentuk energi non-listrik (mekanik, kimia, termal) diubah menjadi energi listrik.

• 1. Sejarah
  • 1.1 dinamo Jedlik
  • 1.2 Disk Faraday
  • 1.3 Dinamo
  • 1.4 Generator listrik lainnya menggunakan rotasi
  • 1.5 MHD generator
• 2 Klasifikasi
• 3 generator induksi elektromekanis
  • 3.1 Klasifikasi generator elektromekanis
• 4 Lihat juga
• 5 Tautan

Cerita

Dinamo Jedlik

Pada tahun 1827, Agnos Istvan Jedlik, seorang Hungaria, mulai bereksperimen dengan perangkat berputar elektromagnetik, yang disebutnya rotor berputar sendiri elektromagnetik. prototipe motor listrik unipolarnya (selesai antara tahun 1853 dan 1856) baik bagian yang diam maupun yang berputar adalah elektromagnetik. Dia merumuskan konsep dinamo setidaknya 6 tahun sebelum Siemens dan Wheatstone, tetapi tidak mematenkan penemuannya karena dia pikir dia bukan yang pertama melakukannya. Inti dari idenya adalah menggunakan dua elektromagnet yang terletak berlawanan, bukan magnet permanen, yang menciptakan medan magnet di sekitar rotor. Penemuan Yedlik adalah dekade di depan waktunya.

Disk Faraday

Pada tahun 1831 Michael Faraday menemukan cara kerja generator elektromagnetik. Prinsipnya, yang kemudian disebut hukum Faraday, adalah bahwa perbedaan potensial terbentuk antara ujung-ujung konduktor yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia juga membangun generator elektromagnetik pertama, yang disebut piringan Faraday, yang merupakan generator unipolar menggunakan piringan tembaga yang berputar di antara kutub magnet tapal kuda. Ini menghasilkan tegangan konstan kecil dan arus yang kuat.

Kelemahan lainnya adalah tegangan keluaran sangat kecil, karena hanya satu putaran fluks magnet yang terbentuk. Eksperimen telah menunjukkan bahwa dengan menggunakan banyak lilitan kawat dalam koil, tegangan tinggi yang sering dibutuhkan dapat diperoleh. Gulungan kabel menjadi fitur karakteristik utama dari semua perkembangan generator selanjutnya.

Namun, kemajuan terbaru (magnet tanah jarang) telah memungkinkan motor unipolar dengan magnet pada rotor, dan harus membawa banyak perbaikan pada desain yang lebih tua.

mesin dinamo

Artikel utama Dinamo

Dinamo merupakan generator listrik pertama yang mampu menghasilkan tenaga untuk industri. Pengoperasian dinamo didasarkan pada hukum elektromagnetisme untuk mengubah energi mekanik menjadi arus searah yang berdenyut. Arus searah dihasilkan melalui penggunaan sakelar mekanis. Hippolyte Pixie membangun dinamo pertama pada tahun 1832.

Setelah melalui sejumlah penemuan yang kurang signifikan, dinamo menjadi prototipe dari mana penemuan lebih lanjut muncul, seperti motor DC, alternator, motor sinkron, konverter putar.

Dinamo terdiri dari stator yang menciptakan medan magnet konstan dan satu set belitan yang berputar di medan ini. Pada mesin kecil, medan magnet konstan dapat dibuat dengan menggunakan magnet permanen, pada mesin besar, medan magnet konstan dibuat oleh satu atau lebih elektromagnet, belitan yang biasanya disebut belitan eksitasi.

Dinamo besar yang kuat sekarang jarang terlihat di mana pun, karena keserbagunaan yang lebih besar dalam menggunakan arus bolak-balik pada catu daya dan konverter DC-AC elektronik solid-state. Namun, sebelum arus bolak-balik ditemukan, dinamo besar yang menghasilkan arus searah adalah satu-satunya cara untuk menghasilkan listrik. Dinamo sekarang sudah langka.

Reversibilitas mesin listrik

Pada awal tahun 1833, ilmuwan Rusia E. Kh. Lenz menunjukkan reversibilitas mesin listrik: mesin yang sama dapat bekerja sebagai motor listrik jika ditenagai oleh arus, dan dapat berfungsi sebagai generator arus listrik jika rotornya dipasang. menjadi rotasi oleh beberapa jenis mesin, seperti mesin uap. 1838 Lenz, salah seorang anggota komisi untuk pengujian pengoperasian motor listrik Jacobi, dibuktikan dengan pengalaman reversibilitas mesin listrik.

Generator arus listrik pertama berdasarkan fenomena induksi elektromagnetik dibangun pada tahun 1832 oleh Pixin bersaudara, seorang teknisi Paris. Generator ini sulit digunakan, karena perlu memutar magnet permanen yang berat sehingga arus listrik bolak-balik muncul dalam dua gulungan kawat, dipasang di dekat kutubnya. Generator dilengkapi dengan perangkat untuk memperbaiki arus. Dalam upaya meningkatkan daya mesin listrik, penemu menambah jumlah magnet dan kumparan. Salah satu mesin tersebut, dibangun pada tahun 1843, adalah generator Emil Stehrer. Mesin ini memiliki tiga magnet bergerak yang kuat dan enam kumparan yang diputar dengan tangan di sekitar sumbu vertikal. Jadi, pada tahap pertama dalam pengembangan generator arus elektromagnetik (hingga 1851), magnet permanen digunakan untuk mendapatkan medan magnet. Pada tahap kedua (1851-1867), generator dibuat, di mana magnet permanen digantikan oleh elektromagnet untuk meningkatkan daya. Gulungan mereka ditenagai oleh generator arus kecil independen dengan magnet permanen. Mesin serupa diciptakan oleh orang Inggris Henry Wilde pada tahun 1863.

Selama pengoperasian mesin ini, ternyata generator, yang memasok listrik ke konsumen, dapat secara bersamaan memberi makan magnet mereka sendiri dengan arus. Ternyata inti elektromagnet mempertahankan magnet sisa setelah arus dimatikan. Karena ini, generator yang tereksitasi sendiri memberikan arus bahkan ketika dimulai dari keadaan diam. 1866-1867 sejumlah penemu menerima paten untuk mesin dengan self-excitation.

Pada tahun 1870, Zenob Gramm Belgia, yang bekerja di Prancis, menciptakan generator yang banyak digunakan di industri. Dalam dinamonya, ia menggunakan prinsip eksitasi diri dan memperbaiki jangkar cincin, yang ditemukan pada tahun 1860 oleh A. Pacinotti.

Di salah satu mesin Gramma pertama, angker cincin yang dipasang pada poros horizontal diputar di antara potongan kutub dua elektromagnet. Armature digerakkan melalui drive pulley, lilitan elektromagnet dihubungkan secara seri dengan lilitan armature. Generator Gramm menyediakan arus searah, yang dihilangkan menggunakan sikat logam yang meluncur di sepanjang permukaan kolektor. Pada Pameran Internasional Wina pada tahun 1873, dua mesin Gramm yang identik didemonstrasikan, dihubungkan dengan kabel sepanjang 1 km. Salah satu mesin digerakkan oleh mesin pembakaran dalam dan berfungsi sebagai pembangkit energi listrik. Mesin kedua menerima energi listrik melalui kabel dari yang pertama dan, bekerja sebagai mesin, menggerakkan pompa. Itu adalah demonstrasi spektakuler dari reversibilitas mesin listrik, yang ditemukan oleh Lenz, dan demonstrasi prinsip transmisi energi dari jarak jauh.

Sebelum hubungan antara listrik dan magnet ditemukan, generator elektrostatik digunakan, yang bekerja berdasarkan prinsip elektrostatik. Mereka bisa menghasilkan tegangan tinggi, tetapi memiliki arus kecil. Pekerjaan mereka didasarkan pada penggunaan sabuk, pelat, dan cakram berlistrik untuk mentransfer muatan listrik dari satu elektroda ke elektroda lainnya. Biaya dihasilkan menggunakan salah satu dari dua mekanisme:

• induksi elektrostatik
• Efek triboelektrik, di mana muatan listrik muncul karena kontak mekanis dua dielektrik

Karena efisiensi yang rendah dan sulitnya mengisolasi mesin tegangan tinggi, generator elektrostatik berdaya rendah dan tidak pernah digunakan untuk menghasilkan listrik pada skala industri. Contoh mesin semacam ini yang bertahan hingga saat ini adalah mesin elektrofor dan generator Van de Graaff.

Generator listrik lainnya menggunakan rotasi

Tanpa komutator, dinamo adalah contoh alternator. Dengan komutator elektromekanis, dinamo adalah generator DC klasik. Alternator harus selalu memiliki kecepatan rotor yang konstan dan sinkron dengan generator lain dalam jaringan distribusi tenaga listrik. Generator DC dapat beroperasi pada frekuensi rotor apa pun dalam batas yang diizinkan, tetapi menghasilkan arus searah.

pembangkit MHD

Generator magnetohidrodinamik secara langsung menghasilkan listrik dari energi plasma yang bergerak melalui medan magnet atau media konduktif serupa lainnya (misalnya, elektrolit cair) tanpa menggunakan bagian yang berputar. Pengembangan generator jenis ini dimulai karena menghasilkan produk pembakaran suhu tinggi yang dapat digunakan untuk memanaskan uap di pembangkit listrik siklus gabungan dan dengan demikian meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Generator MHD adalah perangkat yang dapat dibalik, yaitu dapat juga digunakan sebagai mesin.

Klasifikasi

• Elektromekanis
  • induksi
  • mesin elektrofor
• Termoelektrik
  • Termokopel
  • Transduser termionik
• fotosel
• Magnetohydro (gas) generator dinamis
• Sumber arus kimia
  • sel galvanik
  • sel bahan bakar
• Biogenerator

Generator induksi elektromekanis

Generator elektromekanis adalah mesin listrik pekerjaan mekanis diubah menjadi energi listrik.

Menetapkan hubungan antara EMF dan laju perubahan fluks magnet yang menembus belitan generator.

Klasifikasi generator elektromekanis

• Menurut jenis penggerak utama:
  • turbogenerator - generator listrik digerakkan oleh turbin uap atau mesin turbin gas;
  • Hidrogenerator - generator listrik yang digerakkan oleh turbin hidrolik;
  • Generator diesel - generator listrik yang digerakkan oleh mesin diesel;
  • Generator angin - generator listrik yang mengubah energi kinetik angin menjadi listrik;
• Berdasarkan jenis arus listrik keluaran
  • Generator tiga fase
    • Dengan dimasukkannya belitan bintang
    • Dengan dimasukkannya belitan dalam segitiga
• Dengan cara eksitasi
  • Dengan eksitasi magnet permanen
  • dengan rangsangan eksternal
  • Dengan eksitasi diri
    • Dengan eksitasi berurutan
    • Dengan eksitasi paralel
    • Dengan kegembiraan yang campur aduk

Lihat juga

• Tachogenerator
• Generator unipolar

Tautan

• Generator unipolar, Computerra
• Desain mesin listrik

Informasi Generator Listrik tentang

Video Informasi Generator Listrik

Generator listrik apa, Generator listrik siapa, Penjelasan generator listrik

Sumber listrik pertama yang paling sederhana ditemukan pada tahun 1663 oleh seorang ilmuwan Jerman Otto von Guericke. Dia menciptakan generator elektrostatik yang mengekstraksi bola yang digosok dari belerang, yang diputar dengan tangan, percikan api yang signifikan, yang suntikannya bahkan bisa menyakitkan. Akibatnya, muatan listrik terakumulasi pada bola - "cairan listrik" sebagaimana fenomena listrik ini disebut pada waktu itu. Gerika berhasil melihat cahaya redup dari bola berlistrik dalam kegelapan dan, yang paling penting, untuk pertama kalinya menemukan bahwa bulu yang ditarik oleh bola menolaknya setelah beberapa saat - baik Gerika maupun banyak orang sezamannya tidak dapat menjelaskan fenomena ini selama waktu yang lama. Kekuatan bola kurang dari 1 W. Tampaknya - sepele, tetapi dengan bantuannya, banyak fenomena dan sifat penting listrik ditemukan.

F. Hawkesby pada 1705 ia menciptakan generator listrik, menggunakan kaca sebagai pengganti bola belerang. Pada tahun 1744, kontak geser diperkenalkan ke mesin seperti itu - konduktor - tabung logam yang digantung pada benang sutra, dan kemudian dipasang pada penyangga isolasi. Kontak ini berfungsi sebagai reservoir untuk mengumpulkan muatan listrik, dan mesin dapat terus menerus melepaskan energi listrik selama rotasi. Setelah penemuan toples Leyden (lihat di bawah), perangkat ini juga dipasang di sebelah mesin.

Pada tahun 1799 seorang ilmuwan Italia Alessandro Volta menemukan yang lebih sempurna daripada Mushenbrook (lihat di bawah), dan yang paling penting, sumber arus listrik yang hampir kontinu (ditentukan oleh kadar air paking) - generator elektrokimia pertama, disebut "pilar volta". Dia menamai sumber listriknya setelah ahli anatomi Italia Luigi Galvani. elemen galvanis. Itu adalah sumber listrik yang lebih kuat dari generator Guericke.

Mempelajari eksperimen Galvani, yang menemukan kontraksi otot-otot katak yang dibedah ketika mereka bersentuhan dengan dua logam yang berbeda, Volta tidak setuju bahwa fenomena ini disebabkan oleh listrik "hewan" khusus yang melekat pada organisme hidup. Dia berpendapat bahwa katak dalam eksperimen Galvani "adalah elektrometer yang sensitif," dan sumber listriknya adalah kontak dari dua logam yang berbeda.

Namun, banyak percobaan telah menunjukkan bahwa kontak logam sederhana tidak cukup untuk mendapatkan arus yang nyata. Arus listrik kontinu hanya dapat terjadi pada rangkaian tertutup. sirkuit listrik, terdiri dari berbagai konduktor: logam (yang ia sebut konduktor kelas pertama) dan cairan (yang ia sebut konduktor kelas kedua).

Di antara piringan kecil tembaga dan seng (elektroda), Volta menempatkan bantalan berpori yang diresapi dengan asam atau alkali (elektrolit).

Sebagai akibat dari reaksi kimia yang terjadi antara elektroda dan elektrolit, kelebihan elektron terbentuk pada elektroda seng, dan memperoleh muatan listrik negatif, dan pada elektroda tembaga, sebaliknya, ada kekurangan. elektron, dan memperoleh muatan positif. Dalam hal ini, antara muatan listrik yang berlawanan dari sumber arus seperti itu, Medan listrik, gaya gerak listrik (disingkat EMF) atau tegangan bertindak. Segera setelah konduktor terhubung ke kutub sel atau baterai, medan listrik akan muncul di dalamnya, di bawah pengaruhnya elektron akan bergerak ke tempat yang kurang, yaitu dari kutub negatif melalui konduktor ke kutub positif sumber energi listrik. Ini adalah pergerakan elektron yang teratur dalam konduktor - arus listrik. Arus mengalir melalui konduktor karena gaya gerak listrik bekerja di sirkuit yang dihasilkan (kutub positif sel, konduktor, kutub negatif sel, elektrolit).

Saat paking basah, reaksi kimia terjadi antara cakram dan larutan, menciptakan arus listrik yang lemah pada konduktor yang menghubungkan cakram. Dengan menghubungkan pasangan disk ke dalam baterai, sudah dimungkinkan untuk mendapatkan arus listrik yang signifikan. Baterai semacam itu disebut kutub volta. Mereka meletakkan dasar untuk teknik listrik.

Mengumpulkan sejumlah besar elemen tersebut secara seri, Volta menerima sumber listrik elektrokimia dengan tegangan hingga 2 kV. Ini sudah cukup untuk mempelajari listrik, memperoleh busur listrik, busi busur listrik, pengelasan logam, dll.

Baterai yang sekarang kita gunakan di jam tangan, receiver, dll. adalah kolom volta yang sama, tetapi ditingkatkan - sel galvanik.

Jika Anda membuat kolom dari beberapa pasang logam yang berbeda, misalnya, seng dan perak (tanpa spacer), maka setiap pelat seng, yang bermuatan listrik dengan tanda yang sama, akan bersentuhan dengan dua pelat perak identik yang bermuatan listrik. tanda yang berlawanan, dan tindakan bersama mereka akan membatalkan satu sama lain. .

Agar aksi pasangan individu diringkas, perlu untuk memastikan bahwa setiap pelat seng bersentuhan hanya dengan satu pelat perak, yaitu, untuk mengecualikan kontak logam lawan. Ini dilakukan dengan bantuan konduktor kelas dua (lingkaran kain basah); lingkaran seperti itu memisahkan uap logam dan pada saat yang sama tidak mengganggu pergerakan listrik.

Telah ditetapkan bahwa elektron dalam konduktor bergerak dari kutub negatif (di mana ada kelebihan) ke positif (di mana ada kekurangan), namun, bahkan sekarang, seperti pada abad terakhir, umumnya menerima bahwa arus mengalir dari plus ke minus, mis. dalam arah yang berlawanan dengan pergerakan elektron. Arah bersyarat arus, di samping itu, ditempatkan oleh para ilmuwan sebagai dasar untuk sejumlah aturan yang terkait dengan definisi banyak fenomena listrik. Pada saat yang sama, konvensionalitas seperti itu tidak menimbulkan ketidaknyamanan tertentu, jika diingat dengan kuat bahwa arah arus dalam konduktor berlawanan dengan arah gerak elektron. Dalam kasus di mana arus dibuat oleh muatan listrik positif, misalnya, dalam elektrolit dari sumber kimia arus searah, arus "lubang" dalam semikonduktor, tidak ada kontradiksi seperti itu sama sekali, karena arah pergerakan muatan positif bertepatan dengan arah arus. Selama sel atau baterai aktif, arus mengalir dalam arah yang sama di bagian luar rangkaian listrik. Arus ini disebut permanen.

Jika kutub elemen dipertukarkan, maka hanya arah pergerakan elektron yang akan berubah, tetapi arus dalam hal ini akan konstan. Dan jika kutub sumber arus dipertukarkan dengan sangat cepat dan, terlebih lagi, berirama? Dalam hal ini, elektron-elektron di bagian luar rangkaian juga akan berganti-ganti arah pergerakannya. Pertama, mereka akan mengalir dalam satu arah, kemudian, ketika kutub dibalik, di lain, berlawanan dengan yang sebelumnya, kemudian lagi ke arah depan, lagi di arah yang berlawanan, dll. Sirkuit tidak lagi mengalir konstan, tetapi arus bolak-balik.

Dengan arus bolak-balik, elektron dalam konduktor tampaknya berosilasi dari sisi ke sisi. Oleh karena itu, arus bolak-balik disebut juga getaran listrik. Arus bolak-balik lebih baik dibandingkan dengan arus searah karena dapat dengan mudah diubah. Jadi, misalnya, menggunakan transformator, Anda dapat meningkatkan tegangan AC atau, sebaliknya, menurunkannya. Arus bolak-balik, di samping itu, dapat diperbaiki, yaitu, diubah menjadi arus searah.

Dalam 2 - 3 tahun setelah pembuatan kolom volta, sejumlah ilmuwan mengembangkan beberapa modifikasi baterai sel galvanik yang berbeda. Di antara berbagai desain kolom volta, baterai galvanik yang dibuat pada tahun 1802 patut mendapat perhatian khusus. V.V. Petrov(Lihat di bawah).

Banyak percobaan dengan kolom volta, yang dilakukan oleh para ilmuwan dari berbagai negara, sudah dalam waktu 2 - 3 tahun setelah pembuatan kolom, mengarah pada penemuan efek kimia, termal, cahaya, dan magnetik dari arus listrik.

Pada tahun 1824 Arago menggambarkan fenomena rotasi magnet”, yang baik dia maupun fisikawan lain tidak dapat menjelaskannya dengan memuaskan. Inti dari fenomena tersebut adalah sebagai berikut (Gambar 4.2) . Magnet berbentuk tapal kuda dapat berputar pada sumbu vertikal, dan di atas kutubnya terdapat piringan aluminium, yang juga dapat berputar pada sumbu yang searah dengan sumbu rotasi magnet. Saat istirahat, tidak ada interaksi antara disk dan magnet yang diamati. Tetapi begitu magnet mulai berputar, piringan itu bergegas mengejarnya dan sebaliknya. Untuk mengecualikan kemungkinan masuknya piringan oleh arus udara, magnet dan piringan dipisahkan oleh kaca.

Penemuan induksi elektromagnetik (1831) membantu Faraday menjelaskan fenomena Arago dan, pada awal penelitian, menulis: "Saya berharap dapat membuat sumber listrik baru dari pengalaman Tuan Arago." Faraday pertama kali memperkenalkan konsep garis gaya magnet, yang totalitasnya merupakan medan magnet, sebagai realitas fisik. Dia membuktikan bahwa induksi arus hanya terjadi ketika konduktor bergerak melintasi garis gaya magnet. Ini menyiratkan kemungkinan menghasilkan arus listrik ketika menggerakkan konduktor tertutup di medan magnet.

Dari piringan Arago, Faraday benar-benar membuat sumber listrik baru. Sebagai hasil dari banyak eksperimen, Faraday membangun generator elektromagnetik pertama, yang disebut "cakram Faraday", yang dengannya dimungkinkan untuk mendapatkan arus listrik.

Setelah membuat piringan aluminium atau tembaga berputar di antara kutub magnet, Faraday menempatkan sikat pada sumbu piringan dan di pinggirannya. Dengan demikian, mesin listrik (generator DC) dirancang, yang kemudian menerima nama generator unipolar (Gbr. 4.4).

Studi lebih lanjut tentang induksi elektromagnetik mengarah pada pembentukan hukum tentang arah arus induksi. Hukum ini dirumuskan pada tahun 1832. Emil Lenz dan mengizinkannya merumuskan prinsip paling penting untuk teknik elektro - reversibilitas generator dan mode motor mesin listrik.