Elektrický generátor

Elektrický generátor, také nazývaný dynamo, jakýkoli stroj, který přeměňuje mechanickou energii na elektřinu pro přenos a distribuci přes elektrické vedení na domácí, komerční a průmyslové zákazníky. Generátory také produkují elektrickou energii potřebnou pro automobily, letadla, lodě a vlaky.

Mechanický výkon pro elektrický generátor je obvykle získáván z rotujícího hřídele a je roven momentu hřídele násobenému rotační nebo úhlovou rychlostí. Mechanická energie může pocházet z několika zdrojů: hydraulické turbíny na přehradách nebo vodopádech; větrné turbíny; parní turbíny využívající páru produkovanou teplem ze spalování fosilních paliv nebo z jaderného štěpení; plynové turbíny spalující plyn přímo v turbíně; nebo benzínové a naftové motory. Konstrukce a rychlost generátoru se mohou značně lišit v závislosti na vlastnostech mechanického hnacího ústrojí.

Téměř všechny generátory používané k napájení elektrických energetických sítí generují střídavý proud, který mění polaritu při pevné frekvenci (obvykle 50 nebo 60 cyklů, nebo dvojí reverze za sekundu). Protože několik generátorů je připojeno k energetické síti, musí pro současnou výrobu fungovat na stejné frekvenci. Jsou proto známy jako synchronní generátory nebo v některých kontextech alternátory.

Synchronní generátory

Hlavním důvodem pro výběr střídavého proudu pro energetické sítě je to, že jeho neustálá změna v čase umožňuje použití transformátorů. Tato zařízení převádějí elektrickou energii při jakémkoli napětí a proudu, které jsou generovány, na vysoké napětí a nízký proud pro dálkový přenos a poté je transformují na nízké napětí vhodné pro každého jednotlivého zákazníka (obvykle 120 nebo 240 V pro domácí službu). Zvláštní forma použitého střídavého proudu je sinusová vlna, která má tvar znázorněný na obrázku 1. To bylo vybráno, protože je to jediný opakující se tvar, pro který lze dvě vlny posunuté od sebe navzájem přidat nebo odečíst a mít Výsledkem je stejný tvar. Ideální je tedy mít všechna napětí a proudy sinusového tvaru. Synchronní generátor je navržen tak, aby vytvořil tento tvar tak přesně, jak je to praktické. To bude zřejmé, protože hlavní komponenty a vlastnosti takového generátoru jsou popsány níže.

Rotor

Elementární synchronní generátor je znázorněn v řezu na obrázku 2. Centrální hřídel rotoru je spojena s mechanickým hnacím pohybem. Magnetické pole je vytvářeno vodiči nebo cívkami, navinutými do štěrbin řezaných na povrchu válcového rotoru železa. Tato sada cívek, zapojených do série, je tedy známa jako vinutí pole. Poloha cívek pole je taková, že směrem ven směřující nebo radiální složka magnetického pole vytvářená ve vzduchové mezeře ke statoru je přibližně sinusoidálně distribuována kolem obvodu rotoru. Na obrázku 2 je hustota pole ve vzduchové mezeře maximální směrem ven nahoře, maximální směrem dovnitř dole a nulou na obou stranách, přibližující se sinusoidální distribuci.

Stator

Stator elementárního generátoru na obr. 2 sestává z válcového prstence vyrobeného ze železa, který poskytuje snadnou cestu pro magnetický tok. V tomto případě stator obsahuje pouze jednu cívku, přičemž obě strany jsou umístěny ve štěrbinách v železe a konce jsou spojeny dohromady zakřivenými vodiči kolem obvodu statoru. Cívka se obvykle skládá z několika závitů.

Když se rotor otáčí, indukuje se v cívce statoru napětí. V každém okamžiku je velikost napětí úměrná rychlosti, jakou magnetické pole obklopené cívkou se mění s časem - tj. Rychlost, jakou magnetické pole prochází oběma stranami cívky. Napětí bude tedy maximální v jednom směru, když se rotor otočí o 90 ° z polohy znázorněné na obrázku 2 a bude maximální v opačném směru o 180 ° později. Vlnová křivka napětí bude přibližně sinusového tvaru znázorněného na obrázku 1.