Izmjenična struja pokretačka je snaga mnogih industrija i transporta, posebice automobila. Postoje i mali modeli veličine šake i divovski uređaji visoki nekoliko metara.
Generator je isti tehnički sustav koji pretvara mehaničku (kinetičku) energiju u električnu energiju. Kako generator radi?
Bez obzira na to kako je generator uređen, njegovo djelovanje temelji se na procesu elektromagnetska indukcija- pojava u zatvorenom krugu električne struje pod utjecajem modificiranog magnetskog toka.
Generator je konvencionalno podijeljen na 2 dijela: induktor i armaturu.
Induktor je dio uređaja u kojem se stvara magnetsko polje, a armatura je polovica gdje se stvara elektromotorna sila ili struja.
Njegova tehnička struktura ostaje konstantna: žičani namot i magnet.
Pod utjecajem magnetskog polja u namotu nastaje elektromotorna sila. Ovo je osnova za generator. Ali snažna izmjenična struja ne može se dobiti iz tako primitivnog dizajna. Pretvorba zahtijeva jak magnetski tok.
Za to se žičanom namotu dodaju 2 čelične jezgre koje određuju namjenu i strukturu alternatora. To su stator i rotor. Namot koji stvara magnetsko polje postavljen je u utor jedne jezgre - to je stator, ili induktor. Ostaje nepomičan, za razliku od rotora. Stator se napaja istosmjernom strujom. Bipolarni su ili multipolarni.
Rotor, ili također armatura, aktivno se rotira uz pomoć ležajeva i proizvodi elektromotornu silu ili izmjeničnu struju. Ima unutarnju jezgru s namotanom bakrenom žicom.
Generator ima robusno metalno kućište s više izlaza, ovisno o namjeni uređaja. Broj namotanih kalemova je promjenjiv.
Razumijemo značajke rada jedinice
Sada ćemo saznati na kojem se principu temelji rad alternatora. Shema rada je prilično jednostavna i jasna. Uz konstantnu brzinu rotora, električna struja će se proizvoditi u jednoj struji.
Rotacija rotora izaziva promjenu magnetskog toka. Zauzvrat, električno polje stvara pojavu električne struje. Kroz kontakte s prstenovima na kraju, struja iz rotora prelazi u električni krug uređaja. Prstenovi imaju dobra klizna svojstva. Čvrsto su u kontaktu s četkama, koje su stalni, stacionarni vodiči između električnog kruga i namota bakrene žice rotora.
U bakrenom namotu oko magneta postoji struja, ali je vrlo slaba u odnosu na snagu električne struje koja teče od rotora kroz strujni krug do uređaja.
Zbog toga se za okretanje rotora koristi samo slaba struja koja se primjenjuje na klizne kontakte.
Prilikom sastavljanja alternatora vrlo je važno održavati proporcije dijelova, veličinu, veličinu praznina, debljinu žica.
Alternator možete sastaviti ako u svom domu imate sve potrebne dijelove i dovoljnu količinu bakrene žice. Sasvim je moguće napraviti malu jedinicu. Ili postoje detaljne upute za uporabu.
Uređaj i princip rada alternatora u videu
Strujni generator pretvara mehaničku (kinetičku) energiju u električnu energiju. U elektroenergetici se koriste samo generatori rotirajućih električnih strojeva, koji se temelje na pojavi elektromotorne sile (EMF) u vodiču, na koju na neki način djeluje promjenjivo magnetsko polje. Dio generatora, koji je dizajniran za stvaranje magnetskog polja, naziva se induktor, a dio u kojem se inducira EMF naziva se armatura.
Rotirajući dio stroja naziva se rotor, a stacionarni dio - stator... Kod sinkronih strojeva na izmjeničnu struju induktor je obično rotor, a kod istosmjernih strojeva stator. U oba slučaja induktor je obično dvo- ili višepolni elektromagnetski sustav opremljen uzbudnim namotom napajanim istosmjernom strujom (uzbudna struja), ali postoje i prigušnice koje se sastoje od sustava trajnih magneta. U indukciji (asinkroni) alternatori induktor i armatura ne mogu se jasno (strukturno) međusobno razlikovati (možemo reći da su stator i rotor istovremeno i induktor i armatura).
Više od 95% električne energije u svjetskim elektranama proizvodi se korištenjem sinkroni alternatori... Uz pomoć rotirajuće prigušnice u tim se generatorima stvara rotirajuće magnetsko polje koje inducira promjenjivi EMF u statorskom (obično trofaznom) namotu, čija frekvencija točno odgovara brzini rotora (sinkronizirano s brzinom induktora) . Ako induktor, na primjer, ima dva pola i rotira se frekvencijom od 3000 r / min (50 r / s), tada se u svakoj fazi statorskog namota inducira izmjenični EMF s frekvencijom od 50 Hz. Dizajn takvog generatora je pojednostavljen na Sl. jedan.
Riža. 1. Princip rada dvopolnog sinkronog generatora. 1 stator (armatura), 2 rotora (induktor), 3 osovine, 4 kućišta. U-X, V-Y, W-Z - dijelovi namota tri faze smješteni u utorima statora
Magnetski sustav statora je komprimirani paket tankih čeličnih limova, u čijim se žljebovima nalazi namot statora. Namot se sastoji od tri faze, pomaknute u slučaju dvopolnog stroja jedna u odnosu na drugu za 1/3 perimetra statora; u faznim namotima, dakle, induciraju se EMF-i, pomaknuti jedan u odnosu na drugi za 120o. Namot svake faze, zauzvrat, sastoji se od zavojnica s više zavoja povezanih serijski ili paralelno. Jedna od najjednostavnijih opcija dizajna za takav trofazni namot dvopolnog generatora pojednostavljena je na Sl. 2 (obično je broj zavojnica u svakoj fazi veći nego što je prikazano na ovoj slici). Oni dijelovi zavojnica koji se nalaze izvan utora na prednjoj površini statora nazivaju se krajnjim spojevima.
Riža. 2. Najjednostavniji princip rasporeda namota statora trofaznog dvopolnog sinkronog generatora u slučaju dva svitka u svakoj fazi. 1 skeniranje površine magnetskog sustava statora, 2 zavojnice, U, V, W početak faznih namota, X, Y, Z krajevi faznih namota
Polovi induktora i, u skladu s tim, polovi polova statora mogu biti više od dva. Što se rotor sporije okreće, to bi broj polova trebao biti veći na danoj frekvenciji struje. Ako se, na primjer, rotor okreće frekvencijom od 300 o/min, tada bi broj polova generatora, za dobivanje frekvencije izmjenične struje od 50 Hz, trebao biti 20. Na primjer, u jednoj od najvećih hidroelektrana u u svijetu, generatori HE Itaipu (Itaipu, vidi sliku 4) koji rade na 50 Hz su 66-polni, a generatori koji rade na 60 Hz su 78-polni.
Uzbudni namot dvo- ili četveropolnog generatora postavljen je kako je prikazano na sl. 1, u žljebovima masivne čelične jezgre rotora. Takav dizajn rotora je neophodan u slučaju generatora velike brzine koji rade pri brzini od 3000 ili 1500 o/min (posebno za turbinske generatore koji su predviđeni za spajanje na parne turbine), budući da pri toj brzini na rotor djeluju velike centrifugalne sile. navijanje. Kod većeg broja polova svaki pol ima zaseban namot polja (slika 3.12.3). Ovaj princip uređaja s istaknutim polovima koristi se, posebice, u slučaju generatora male brzine namijenjenih spajanju na hidrauličke turbine (hidrogeneratore), koji obično rade pri brzini od 60 o/min do 600 o/min.
Vrlo često se takvi generatori, u skladu s dizajnom snažnih hidrauličnih turbina, izrađuju s okomitom osovinom.
Riža. 3. Princip konstrukcije rotora sinkronog generatora male brzine. 1 pol, 2 pobudna namota, 3 kotačića za pričvršćivanje, 4 osovine
Uzbudni namot sinkroni generator obično se napaja istosmjernom strujom iz vanjskog izvora kroz klizne prstenove na osovini rotora. Prije je za to bio predviđen poseban generator istosmjerne struje (uzbuđivač), kruto spojen na osovinu generatora, a sada se koriste jednostavniji i jeftiniji poluvodički ispravljači. Postoje i sustavi uzbude ugrađeni u rotor, u kojima se EMF inducira statorskim namotom. Ako se trajni magneti koriste za stvaranje magnetskog polja umjesto elektromagnetskog sustava, tada izvor struje uzbude nestaje i generator postaje mnogo jednostavniji i pouzdaniji, ali u isto vrijeme i skuplji. Stoga se trajni magneti obično koriste u generatorima relativno male snage (do nekoliko stotina kilovata).
Dizajn turbinskih generatora, zahvaljujući relativno malom promjeru cilindričnog rotora, vrlo je kompaktan. Njihova specifična težina je obično 0,5 ... 1 kg / kW, a nazivna snaga može doseći 1600 MW. Uređaj hidrogeneratora je nešto složeniji, promjer rotora je velik i njihova specifična težina je stoga obično 3,5 ... 6 kg / kW. Do sada su se proizvodili s nazivnom snagom do 800 MW.
Kada generator radi, u njemu nastaju gubici energije uzrokovani aktivnim otporom namota (gubici u bakru), vrtložnim strujama i histerezom u aktivnim dijelovima magnetskog sustava (gubici u čeliku) i trenjem u ležajevima rotacije. dijelovi (gubici zbog trenja). Unatoč činjenici da ukupni gubici obično ne prelaze 1 ... 2% snage generatora, uklanjanje topline oslobođene kao rezultat gubitaka može biti teško. Ako na pojednostavljen način pretpostavimo da je masa generatora proporcionalna njegovoj snazi, tada su njegove linearne dimenzije proporcionalne kubičnom korijenu snage, a dimenzije površine proporcionalne snazi na snagu 2/3. S povećanjem snage, dakle, površina hladnjaka raste sporije od nazivne snage generatora. Ako je kod kapaciteta reda nekoliko stotina kilovata dovoljno koristiti prirodno hlađenje, onda je pri većim kapacitetima potrebno prijeći na prisilnu ventilaciju i, počevši od oko 100 MW, umjesto zraka koristiti vodik. Kod još većih kapaciteta (npr. više od 500 MW) potrebno je hlađenje vodikom nadopuniti vodenim hlađenjem. U velikim generatorima ležajevi se također moraju posebno hladiti, obično pomoću cirkulacije ulja.
Rasipanje topline generatora može se značajno smanjiti korištenjem supravodljivih uzbudnih namota. Prvi takav generator (4 MVA), namijenjen za korištenje na brodovima, proizvela je 2005. njemačka elektrotehnička tvrtka Siemens (Siemens AG). Nazivni napon sinkronih generatora, ovisno o snazi, obično je u rasponu od 400 V do 24 kV. Korišteni su i viši nazivni naponi (do 150 kV), ali iznimno rijetko. Osim sinkronih generatora mrežne frekvencije (50 Hz ili 60 Hz), proizvode se visokofrekventni generatori (do 30 kHz) i generatori smanjene frekvencije (16,67 Hz ili 25 Hz), koji se koriste na elektrificiranim željeznicama nekih Evropske zemlje. Sinkroni generatori, u principu, uključuju i sinkroni kompenzator, koji je sinkroni motor koji radi u praznom hodu i isporučuje jalove snage u visokonaponsku distribucijsku mrežu. Uz pomoć takvog stroja moguće je pokriti potrošnju jalove snage lokalnih industrijskih električnih potrošača i osloboditi glavnu mrežu elektroenergetskog sustava od prijenosa jalove snage.
Osim sinkronih generatora, relativno je rijetko i pri relativno malim snagama (do nekoliko megavata) asinkroni generatori... U namotu rotora takvog generatora struja se inducira magnetskim poljem statora ako se rotor rotira brže od rotacionog magnetskog polja statora frekvencije mreže. Potreba za takvim generatorima obično se javlja kada je nemoguće osigurati stalnu brzinu vrtnje glavnog pokretača (npr. vjetroturbina, neke male hidroturbine itd.).
Imati DC generator magnetski polovi zajedno s namotom polja obično se nalaze u statoru, a armaturni namot se nalazi u rotoru. Budući da se u namotu rotora tijekom njegove rotacije inducira promjenjivi EMF, armatura mora biti opskrbljena kolektorom (komutatorom), uz pomoć kojeg se na izlazu generatora (na kolektorskim četkama) dobiva konstantna EMF. Trenutno se generatori istosmjerne struje rijetko koriste, budući da je istosmjernu struju lakše dobiti pomoću poluvodičkih ispravljača.
Generatori električnih strojeva uključuju elektrostatski generatori, na čijem se rotirajućem dijelu trenjem (triboelektrično) stvara električni naboj visokog napona. Prvi takav generator (ručno rotirajuću sumpornu kuglu, koja je naelektrizirana trenjem o ljudsku ruku) izradio je 1663. gradonačelnik grada Magdeburga (Magdeburg, Njemačka) Otto von Guericke (1602-1686). Tijekom svog razvoja, takvi su generatori omogućili otkrivanje mnogih električnih pojava i uzoraka. Ni sada nisu izgubili svoju važnost kao sredstvo za provođenje eksperimentalnih istraživanja u fizici.
Prvu je 4. studenog 1831. izradio profesor Kraljevske ustanove (Royal Institution) Michael Faraday (Michael Faraday, 1791-1867). Generator se sastojao od trajnog magneta u obliku potkovice i bakrenog diska koji je rotirao između magnetskih polova (slika 3.12.4). Kada je disk rotirao između svoje osi i ruba, induciran je konstantni EMF. Napredniji unipolarni generatori raspoređeni su po istom principu, koji se i danas koriste (iako relativno rijetko).
Riža. 4. Princip uređaja unipolarni generator Michael Faraday. 1 magnet, 2 rotirajuća bakrena diska, 3 četke. Ručka za disk nije prikazana
Michael Faraday rođen je u siromašnoj obitelji i nakon osnovne škole, u dobi od 13 godina, postao je šegrt knjigoveža. Iz knjiga je samostalno nastavio školovanje, a iz Britanske enciklopedije upoznao se s elektricitetom, izradio elektrostatički generator i Leyden teglu. Kako bi proširio svoje znanje, počeo je pohađati javna predavanja iz kemije kod ravnatelja Kraljevskog instituta Humphreyja Davyja (1778.–1829.), a 1813. je unaprijeđen u svog asistenta. Godine 1821. postao je glavni inspektor ovog instituta, 1824. - član Kraljevskog društva (Royal Society), a 1827. godine - profesor kemije na Kraljevskom institutu. Godine 1821. započeo je svoje slavne pokuse na elektricitetu, tijekom kojih je predložio princip rada elektromotora, otkrio fenomen elektromagnetske indukcije, princip magnetoelektričnog generatora, zakone elektrolize i mnoge druge temeljne fizikalne pojave. Godinu dana nakon gore opisanog Faradayevog eksperimenta, 3. rujna 1832., pariški mehaničar Hippolyte Pixii (1808-1835) proizveo je, po narudžbi i pod vodstvom utemeljitelja elektrodinamike Andre Marie Amperea (1775-1836), generator s ručno rotiranim na Faradayu, magnetom (slika 5). Promjenjivi EMF inducira se u namotu armature Pixie generatora. Kako bi se ispravila rezultirajuća struja, na generator je najprije pričvršćena otvorena živina sklopka, koja je mijenjala polaritet EMF-a pri svakom pola okretaja rotora, ali je ubrzo zamijenjena jednostavnijim i sigurnijim cilindričnim četkčastim kolektorom, prikazanim na sl. 5.
Riža. 5. Princip uređaja magnetoelektrični generator Ippolita Pixie (a), graf induciranog EMF-a (b) i graf pulsirajuće konstantne EMF dobivene uz pomoć kolektora (c). Ručka i konusni zupčanik nisu prikazani
Generator, izgrađen na principu Pixie, prvi je 1842. godine u svojoj tvornici u Birminghamu upotrijebio engleski industrijalac John Stephen Woolrich (1790. – 1843.) u svojoj tvornici u Birminghamu za napajanje kupki za galvanizaciju, koristeći 1-litreni parni stroj kao pogonski motor. S. Napon generatora mu je bio 3 V, nazivna struja 25 A, a učinkovitost oko 10%. Isti, ali snažniji generatori brzo su se počeli uvoditi u druga poduzeća za galvanizaciju u Europi. Godine 1851. njemački vojni liječnik Wilhelm Josef Sinsteden (1803-1891) predložio je korištenje elektromagneta umjesto trajnih magneta u induktoru i opskrbu ih strujom iz manjeg pomoćnog generatora; također je otkrio da bi se učinkovitost generatora povećala ako čelična jezgra elektromagneta nije napravljena masivnom, već od paralelnih žica. Međutim, Sinstedenove ideje počeo je zapravo koristiti tek 1863. engleski samouki inženjer elektrotehnike Henry Wilde (1833.-1919.), koji je, između ostalih inovacija, predložio da se na osovinu generatora postavi uzbuđivač (engleski exitatrice). Godine 1865. proizveo je generator neviđene snage od 1 kW, s kojim je čak mogao demonstrirati taljenje i zavarivanje metala.
Najvažnije poboljšanje DC generatori postao njihov samouzbuđenje, čiji je princip 1854. patentirao glavni inženjer državnih željeznica Danske Soren Hjorth (Soren Hjorth, 1801-1870), ali u to vrijeme nije našao praktičnu primjenu. Godine 1866. ovaj princip ponovno je samostalno otkrilo nekoliko inženjera elektrotehnike, uključujući već spomenutog G. Wildea, ali je postao nadaleko poznat u prosincu 1866., kada ga je njemački industrijalac Ernst Werner von Siemens (1816.-1892.) primijenio u mom kompaktnom i visoko učinkovit generator. Dana 17. siječnja 1867. u Berlinskoj akademiji znanosti pročitano je njegovo poznato predavanje o dinamo-električnom principu (samouzbude). Samouzbuđenje omogućilo je odustajanje od pomoćnih generatora uzbude (od uzbuđivača), što je omogućilo proizvodnju znatno jeftinije električne energije u velikim količinama. Zbog toga se 1866. godina često smatra godinom rođenja visokostrujne elektrotehnike. U prvim samouzbudnim generatorima uzbudni namot je bio uključen, kao u Siemensu, serijski (serijski) s namotom armature, ali je u veljači 1867. engleski inženjer elektrotehnike Charles Wheatstone (1802.-1875.) predložio paralelnu pobudu, koja omogućuje bolju regulaciju EMF-a generatora, do čega je došao i prije izvješća o sekvencijalnoj pobudi koje je otkrio Siemens (slika 6).
Riža. 6. Razvoj sustava uzbude za istosmjerne generatore. a uzbuda permanentnim magnetom (1831), b vanjska pobuda (1851), c sekvencijalna samopobuda (1866), d paralelna samopobuda (1867). 1 armatura, 2 namota uzbude. Nisu prikazani regulacijski reostati struje uzbude.
Potreba za alternatori nastao 1876. godine, kada je ruski inženjer elektrotehnike Pavel Jabločkov (1847–1894), radeći u Parizu, počeo osvjetljavati gradske ulice uz pomoć lučnih svjetiljki naizmjenične struje (Jabločkovih svijeća) koje je izradio. Prve generatore potrebne za to stvorio je pariški izumitelj i industrijalac Zenobe Theophile Gramme (1826.-1901.). S početkom masovne proizvodnje žarulja sa žarnom niti 1879., izmjenična struja je na neko vrijeme izgubila svoju vrijednost, ali je ponovno dobila na važnosti zbog povećanja udaljenosti prijenosa električne energije sredinom 1880-ih. Godine 1888.-1890. vlasnik vlastitog istraživačkog laboratorija Tesla-Electric (Tesla-Electric Co., New York, USA), srpski inženjer elektrotehnike koji je emigrirao u Sjedinjene Države, Nikola Tesla (Nikola Tesla, 1856.-1943.) i glavni inženjer tvrtke AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft), ruski inženjer elektrotehnike Mihail Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919) koji je emigrirao u Njemačku, razvio je trofazni sustav izmjenične struje. Kao rezultat toga, proizvodnja sve snažnije sinkroni generatori za termo i hidroelektrane u izgradnji.
Važnom etapom u razvoju turbinskih generatora može se smatrati razvoj 1898. cilindričnog rotora od strane suvlasnika švicarske tvornice elektrotehnike Brown, Boveri i tvrtke (Brown, Boveri & Cie., BBC) Charlesa Eugena Lancelot Browna (1863-1924). Prvi generator hlađen vodikom (snage 25 MW) proizvela je 1937. američka tvrtka General Electric, a s linijskim vodenim hlađenjem - 1956. godine engleska tvrtka Metropolitan Vickers.
Trenutno se sinkroni generatori uglavnom koriste za proizvodnju električne energije. Asinkroni strojevi se najčešće koriste kao motori.
Generatori izmjenične struje uglavnom se sastoje od fiksnog namota - statora i pokretnog - rotora.
Razlika između sinkronog stroja i asinkronog stroja je u tome što se kod prvoga magnetsko polje statora rotira istovremeno s kretanjem rotora, a kod asinkronih strojeva ili napreduje ili zaostaje za poljem u rotoru.
Široka upotreba sinkronih strojeva je posljedica njihovih parametara kvalitete. Sinkroni generatori proizvode vrlo stabilan napon pogodan za spajanje širokog spektra električnih uređaja.
S kratkim spojem u opterećenju ili velikom potrošnjom energije kroz namote statora teče značajna struja, što može dovesti do kvara generatora. Za takve strojeve potrebno je hlađenje - na osovinu rotora postavlja se turbina, koja hladi cijelu strukturu.
S obzirom na to, sinkroni generatori su osjetljivi na uvjete okoline.
Asinkroni generatori u većini slučajeva imaju zatvoreno kućište i neosjetljivi su na veliku startnu struju potrošača energije.
Međutim, za njihov rad potrebna je vanjska snažna struja prednapona. Općenito, indukcijski generatori proizvode nestabilne napone. Takvi generatori se široko koriste kao izvori energije za strojeve za zavarivanje.
Sinkroni generatori su rasprostranjeni kao pretvarači mehaničke energije u električnu u hidroelektranama, termoelektranama, kao benzinski i dizel generatori u kućanstvu, kao izvori energije na brodu u prometu.
Statori sinkronog i asinkronog generatora ne razlikuju se jedan od drugog u dizajnu.
Jezgra statora sastoji se od nekoliko ploča od električnog čelika, međusobno izoliranih i sastavljenih u jednu strukturu (slika 1.). Zavojnice za namotaje postavljene su na utore s unutarnje strane statora.
Za svaku fazu, namot uključuje dvije zavojnice postavljene jedna nasuprot drugoj i spojene u seriju. Takva shema namota naziva se dvopolna.
Ukupno su na statoru ugrađene tri skupine zavojnica (slika 2), s pomakom od 120 stupnjeva. Fazne skupine su međusobno povezane u "zvijezdu" ili "trokut". Postoje skupine zavojnica s velikim brojem polova. Injekcija 
pomak zavojnice jedan u odnosu na drugi općenito se izračunava formulom (2π / 3) / n, gdje je n broj polova namota.
Rotor generatora je elektromagnet koji pobuđuje izmjenično magnetsko polje u statoru. Za male generatore male snage, obični magneti se često nalaze na rotoru.
.
Rotoru sinkronog generatora potreban je vanjski uzbudnik - generator istosmjerne struje, u najjednostavnijem slučaju, instaliran na istoj osovini kao i rotor.
Pobuđivač mora osigurati promjenu struje u rotoru za regulaciju načina rada i mogućnost brzog gašenja magnetskog polja u slučaju isključivanja u nuždi.
Rotori se dijele na istaknute i neupadljive. Izvedba rotora s istaknutim polovima (slika 3) sastoji se od polova elektromagneta 1 formiranih od polnih svitaka 2 spojenih na jezgru 3. Uzbuda se dovodi do namota preko prstenastih kontakata 4.
Takvi se rotori koriste pri malim brzinama vrtnje, na primjer, u hidrauličkim turbinama. Bržom rotacijom osovine nastaju značajne centrifugalne sile koje mogu uništiti rotor.
U ovom slučaju se koriste rotori bez istaknutih polova (slika 4). Neizraženi rotor sadrži utore 1 formirane u jezgri 2. Namoti rotora su učvršćeni u žljebovima (nisu prikazani na slici 4). Vanjska se pobuda također prenosi preko kontakata 3. Dakle, rotor s implicitnim polovima je stator "iznutra prema van". 
Magnetno bipolarno polje rotirajućeg rotora može se zamijeniti sličnim poljem stalnog magneta koji rotira kutnom brzinom rotora. Smjer struje u svakom namotu određen je pravilom kardana.
Ako je struja, na primjer, usmjerena od početka namota A do točke X, tada će se takva struja konvencionalno uzeti kao pozitivna (slika 5). Kada se rotor okreće, u namotu statora javlja se izmjenična struja s faznim pomakom od 2 π / 3. 
Da biste povezali promjenu struje faze A s grafikonom, razmotrite rotaciju u smjeru kazaljke na satu. U početnom trenutku vremena magnetsko polje rotora ne stvara struju u skupini zavojnica faze A, (slika 6, pozicija a).
U namotu faze B djeluju negativne struje (od kraja namota do početka), a u namotu faze C pozitivne struje. Daljnjom rotacijom rotor se pomiče za 90 stupnjeva udesno (slika 6, b). Struja u namotu A zauzima maksimalnu pozitivnu vrijednost, au faznim namotima B i C - srednju negativnu.
Magnetno polje rotora pomaknuto je za još jednu četvrtinu perioda, rotor je pomaknut za 180 stupnjeva (slika 6, c). Struja u namotu A opet doseže nulu, u namotu B je pozitivna, u namotu faze C negativna.
Daljnjom rotacijom rotora u točki, fazna struja u namotu A doseže maksimalnu negativnu vrijednost, struja u namotima B i C je pozitivna (slika 6, d). Daljnja rotacija rotora ponavlja sve prethodne faze.
Sinkroni generatori su dizajnirani za spajanje opterećenja s visokim faktorom snage (cosϕ> 0,8). S povećanjem induktivne komponente opterećenja javlja se učinak demagnetiziranja rotora, što dovodi do smanjenja napona na stezaljkama.
Da bi se to nadoknadilo, potrebno je povećati struju uzbude, što dovodi do povećanja temperature namota. Kapacitivno opterećenje, s druge strane, povećava magnetizaciju rotora i povećava napon.
Jednofazni generatori se ne koriste široko u industriji. Da bi se dobila jednofazna struja, fazni namoti trofaznih spojeni su u zajednički krug. U ovom slučaju postoje mali gubici snage u usporedbi s trofaznim prebacivanjem.
Napišite komentare, dodatke na članak, možda sam nešto propustio. Pogledajte, bit će mi drago ako nađete još nešto korisno na mom.
Nakon otkrića fenomena elektromagnetske indukcije, M. Faraday je 1831. izumio razne električne strojeve. Električni generatori među njima su okosnica svih modernih električnih mreža. Oni su izvori električne energije i prvi određuju njezinu količinu i kvalitetu. Prije nego što potrošači mogu koristiti električnu energiju, potrebno je više puta izvršiti pretvorbu napona kako bi se smanjili gubici uzrokovani prijenosom električne energije.
Iz tog razloga, AC električne mreže su dugo bile najučinkovitije. Njihova frekvencija u različitim zemljama je odabrana ili 50 ili 60 Hertz, jer su te vrijednosti opet ekonomski najopravdanije u sadašnjoj fazi razvoja znanosti i tehnologije. Na samom početku svake električne mreže nalazi se jedan ili više sinkronih alternatora.
Princip rada
Da bi se električna struja pojavila u vodiču, linije sile magnetskog polja moraju biti pomične u odnosu na ovaj vodič. U tu svrhu u alternatoru se nalazi pomični rotirajući magnet koji svojim magnetskim poljem prelazi preko stacionarnih vodiča. Nalazi se na osovini koju pokreće vanjski izvor mehaničke energije.
Osovina s magnetom naziva se rotor ili induktor. Strukturno, rotor se može izraditi ili s trajnim magnetom od posebnog magnetskog materijala, ili s elektromagnetom. Takav električni stroj nazivamo sinkronim jer se magnetsko polje u njemu rotira s rotorom.
Za postizanje najučinkovitijeg magnetskog polja najraširenija je izvedba s rotorom izrađenim od posebnih legura u obliku jezgre okružene zavojima namota, kroz koje teče istosmjerna struja. Namotaj se naziva "namotaj polja". Izvor struje uzbude može biti vanjski ili ugrađen u rotor. Vanjski izvor spojen je na dvije fiksne četke.
Potonji se nalaze na bazi, u odnosu na koju rotor rotira, i tvore klizne kontakte s dva odgovarajuća prstena smještena na rotoru. Ugrađeni izvor je zasebni namot s AC ispravljačem. Njegova prednost je što su klizni kontakti isključeni iz ovog dizajna. Rotori mogu biti strukturno različiti. Učinjeni su istaknutim, implicitnim, opskrbljeni prigušnim namotima.
Da bi se dobila tražena vrijednost frekvencije struje i napona, potrebno je dobiti određeni broj presjecišta linija sile magnetskog polja s vodičem u jedinici vremena. S ciljem što učinkovitije interakcije magnetskog polja i vodiča, izrađen je u obliku zavoja namota koji se nalaze na jezgri izrađenoj od posebne legure. Izrađuje se onoliko takvih jezgri koliko je potrebno u skladu s tehničkim problemom koji se rješava.
Nalaze se oko rotora i nazivaju se stator. Svaka jezgra statora sastoji se od dva dijela, između kojih se nalazi rotor s određenim razmakom. Ova dva dijela čine takozvani par polova električnog generatora. Dok se rotira, suprotni magnetski polovi rotora pomiču se pored suprotnih dijelova jezgre statora.
Parovi polova nalaze se na bazi u odnosu na koju se rotor kreće. Strukturno, ova baza je izrađena u obliku kućišta alternatora. Stator, četke, prstenovi i rotor skriveni su unutar kućišta. Iz njega strše osovina i terminali četkica. Kada se osovina okreće vanjskom silom, na primjer, turbinom, stator je izvor EMF-a. Frekvencija napona i struje u statoru ovisi o tome koliko se puta u jedinici vremena magnetski pol rotora pomakne pored jezgri statora.
Konstruktivne sorte
Stoga na frekvenciju napona i struje može utjecati ili brzina rotora, ili broj parova polova, ili oboje zajedno. Prilikom usporavanja brzine rotora potrebno je povećati broj parova polova kako bi se održao napon i frekvencija struje. To razlikuje generatore termoelektrana od generatora hidroelektrana i vjetroturbina.
Parna turbina se brzo okreće, a vodena polako. Ali u isto vrijeme, frekvencija napona i struje koju proizvode oba ova generatora su jednake. Međutim, hidroelektrični generator ima nekoliko puta veći broj parova polova, a najčešće se izrađuju s rotorima s istaknutim polovima. Generatori u termoelektranama, zbog velikih brzina vrtnje od 1500 i 3000 o/min, izrađuju se s implicitnim rotorima. Broj parova polova također ovisi o broju faza. Jedna faza odgovara jednom paru polova statora. Stoga trofazne izvedbe sadrže najmanje tri para polova.
- Prostorni raspored parova polova u višefaznim generatorima određuje fazni pomak napona i struja u faznim namotima.
Prostorni raspored generatora u radnom stanju duž položaja osi rotacije rotora može biti horizontalan i okomit. Rad s parnom ili plinskom turbinom, zbog velikih centrifugalnih opterećenja, zahtijeva samo horizontalni raspored, najmanji mogući promjer i najveću moguću duljinu generatora. Primjer takvog električnog stroja prikazan je na donjoj slici:
U hidroelektranama, ovisno o tlaku vode, mogu se koristiti i horizontalne i vertikalne konstrukcije ovih električnih strojeva. Postoje posebne izvedbe generatora s istaknutim polovima relativno malih snaga reda deset kilovata. U njima je induktor (koji je obično rotor) nepomičan, a armatura (koja je obično stator) se okreće. Proizvedena električna energija se opskrbljuje teretu kroz prstenove i četke.
Druga vrsta izvora električne energije je asinkroni alternator. Ima najjednostavniji dizajn i visoku pouzdanost. Ali njegove energetske karakteristike, napon i stabilnost frekvencije struje su male u usporedbi sa sinkronim strojevima. To ograničava opseg uporabe asinkronih generatora. Koriste se samo tamo gdje se zahtijevaju jednostavnost, pouzdanost i najniža cijena.
Više od stoljeća čovječanstvo koristi električnu energiju u svim sferama djelatnosti. Bez toga je jednostavno nemoguće zamisliti normalan život. Uz pomoć posebnih strojeva mehanička energija se pretvara u izmjeničnu ili istosmjernu struju. Da biste bolje razumjeli kako se to događa, morate razumjeti od čega se generator sastoji i kako radi.
Pretvorba mehaničke energije u električnu energiju
U srcu svakog generatora leži princip magnetske indukcije... Prvi električni automobili pojavili su se u drugoj polovici 19. stoljeća. Njihovi izumitelji bili su Michael Faraday i Hippolyte Pixie. Godine 1886. održana je javna demonstracija alternatora, uređaja sposobnog generirati struju iz mehaničkog kretanja.
Prvi trofazni alternator razvio je ruski državljanin Dolivo-Dobrovolsky. Godine 1903. izgradio je i prvu industrijsku elektranu na Zemlji, koja je postala izvor energije za dizalo.
Najjednostavniji krug za alternator je žičana zavojnica koja se vrti u magnetskom polju. Alternativa je kada zavojnica ostane nepomična i presijeca je magnetsko polje. U oba slučaja proizvodit će se električna energija. Dok se kretanje nastavlja, u vodiču se stvara izmjenična struja. Generatori se koriste za generiranje struje diljem svijeta. Oni su dio globalnog sustava opskrbe električnom energijom svijeta.
Način rada generatora ovisi o njegovoj namjeni, a moguće su i razne modifikacije. ali postoje dvije glavne komponente:
- Rotor je pokretni element izrađen od čvrstog željeza.
- Stator je nepokretan, sastavljen je od izoliranih željeznih limova. Iznutra ima utore u kojima prolazi namot žice.
Da bi se postigla najveća gustoća magnetskog toka, udaljenost između ovih dijelova jedinice treba biti što manja. Uzbudni namot, koji se nalazi na rotoru, napaja se kroz sustav četkica.
Postoje dvije vrste gradnje:
- s rotirajućom armaturom i stacionarnim magnetskim poljem;
- magnetsko polje rotira, ali armatura ostaje na mjestu.
Najviše korišteni strojevi su strojevi s pokretnim magnetskim polovima. Mnogo je prikladnije crpiti struju iz statora nego iz rotora. Generalno, generator je izgrađen na isti način kao i električni motor.
Klasifikacija i vrste jedinica
Jedinice za pretvaranje mehaničke energije u električnu imaju sličan dizajn. Mogu se razlikovati u principu rada generatora i namota polja:
Po dizajnu:
- izraženi polovi;
- nije izraženo.
Metodom spajanja namota:
Ovisno o broju faza:
- jednofazni;
- dvofazni;
- tri faze.
DC jedinice su dizajnirane na način da se mehanizam za oduzimanje energije sastoji od dva izolirana poluprstena, od kojih svaki prima naboj određenog potencijala. Na izlazu se dobiva pulsirajuća struja jednog smjera.
Sinkroni generatori imaju armaturu s namotom koji se napaja istosmjernom strujom. Podešavanjem njegove vrijednosti možete promijeniti jačinu magnetskog polja i kontrolirati izlazni napon. U asinkronim nema namota, umjesto toga se koristi učinak magnetiziranja.
Glavna područja primjene
Vrijedno je zapamtiti da obična struja u utičnicama dolazi od rada ogromnih alternatora u termoelektranama. Opseg ovih električnih strojeva uključuje sve vrste ljudskih aktivnosti:
- koriste se kao rezervni izvor energije u objektima u kojima se ne smiju dopustiti nestanci struje;
- nezamjenjiv na mjestima gdje nema dalekovoda;
- većina vozila opremljena je generatorom, on proizvodi električnu energiju za mrežu na vozilu;
- napajanje za hidrolizne jedinice;
- industrija;
- u nuklearnim i hidroelektranama.
U posljednje vrijeme kućanski aparati za proizvodnju električne energije dobivaju sve veću popularnost. Kompaktne su veličine i niske potrošnje goriva. Mogu raditi na benzin i dizel. Koriste se u terenskim uvjetima, na selu ili kao izvor napajanja u nuždi.
Pronalazak metode za proizvodnju električne energije iz mehaničkog kretanja bio je od epohalnog značaja za razvoj moderne civilizacije. Svijet oko nas prepun je misterija čiji su odgovori nepoznati, ali, možda, ljude čekaju druga važna otkrića koja im mogu promijeniti život.
