Generátor Zařízení, které přeměňuje jednu formu energie na jinou.
V tomto případě uvažujeme přeměnu mechanické energie rotace na elektrickou energii.

Existují dva typy takových generátorů. Synchronní a asynchronní.

Synchronní generátor. Princip fungování

Charakteristickým rysem synchronního generátoru je pevné spojení mezi frekvencí f proměnné EMF indukované ve vinutí statoru a otáčkách rotoru n , nazývaná synchronní rychlost:

n = f /str

kde p – počet párů pólů vinutí statoru a rotoru.
Obvykle je rychlost otáčení vyjádřena v otáčkách za minutu a frekvence EMF v Hertzech (1 / s), pak pro počet otáček za minutu bude mít vzorec tvar:

n = 60 ·f /str

Na Obr. 1.1 ukazuje funkční schéma synchronního generátoru. Na statoru 1 je třífázové vinutí, které se zásadně neliší od podobného vinutí asynchronního stroje. Na rotoru je umístěn elektromagnet s budicím vinutím 2, který je napájen stejnosměrným proudem zpravidla přes kluzné kontakty vytvořené pomocí dvou sběracích kroužků umístěných na rotoru a dvou pevných kartáčů.
V některých případech lze v konstrukci rotoru synchronního generátoru použít místo elektromagnetů permanentní magnety, pak odpadá nutnost kontaktů na hřídeli, ale možnosti stabilizace výstupních napětí jsou výrazně omezené.

Hnací motor (PD), který se používá jako turbína, spalovací motor nebo jiný zdroj mechanické energie, rotor generátoru je poháněn synchronními otáčkami. V tomto případě se také magnetické pole elektromagnetu rotoru otáčí synchronní rychlostí a indukuje proměnnou EMF ve vinutí třífázového statoru EA , EB и EC , které mají stejnou hodnotu a fázově posunuté vůči sobě o 1/3 periody (120°), tvoří symetrický třífázový EMF systém.

Při připojení zátěže na svorky C1, C2 a C3 statorového vinutí se ve fázích statorového vinutí objevují proudy IA, IB, IC které vytvářejí rotující magnetické pole. Frekvence otáčení tohoto pole je rovna frekvenci otáčení rotoru generátoru. V synchronním generátoru se tedy magnetické pole statoru a rotor otáčejí synchronně. Okamžitá hodnota EMF vinutí statoru v uvažovaném synchronním generátoru

e = 2Blwv = 2πBlwDn

Zde: B – magnetická indukce ve vzduchové mezeře mezi jádrem statoru a póly rotoru, T;
l – aktivní délka jedné strany štěrbiny statorového vinutí, tzn. délka jádra statoru, m;
w – počet otáček;
v = πDn – lineární rychlost pohybu pólů rotoru vůči statoru, m/s;
D – vnitřní průměr jádra statoru, m.

READ
Co je to adaptérový kabel?

Vzorec EMF ukazuje, že při konstantní rychlosti rotoru n tvar grafu proměnné EMF vinutí kotvy (statoru) je určen výhradně zákonem rozdělení magnetické indukce B v mezeře mezi statorem a póly rotoru. Pokud je graf magnetické indukce v mezeře sinusoida B=Bmax sinα , pak EMF generátoru bude také sinusový. U synchronních strojů se vždy usiluje o získání rozdělení indukce v mezeře co nejblíže sinusovému.

Pokud tedy vzduchová mezera δ konstanta (obr. 1.2), dále magnetická indukce B ve vzduchové mezeře je rozdělena podle lichoběžníkového zákona (graf 1). Pokud jsou okraje pólů rotoru “zkosené” tak, že mezera na okrajích pólových nástavců je rovna δmax (jak je znázorněno na obr. 1.2), pak se graf rozložení magnetické indukce v mezeře bude blížit sinusoidě (graf 2) a následně se graf EMF indukovaného ve vinutí generátoru bude blížit sinusoidě. EMF frekvence synchronního generátoru f (Hz) úměrné rychlosti synchronního rotoru n (r/s)

kde p je počet párů pólů.
V uvažovaném generátoru (viz obr. 1.1) jsou dva póly, tzn. p = 1.
Pro získání EMF průmyslové frekvence (50 Hz) v takovém generátoru se musí rotor otáčet s frekvencí n = 50 otáček za minutu (n = 3000 otáček za minutu).

Způsoby buzení synchronních generátorů

Nejčastějším způsobem vytvoření hlavního magnetického toku synchronních generátorů je elektromagnetické buzení, které spočívá v tom, že na pólech rotoru je umístěno budicí vinutí, při průchodu stejnosměrného proudu dochází k MMF, které vytváří magnetické pole v generátor. K napájení budícího vinutí se donedávna používaly především speciální stejnosměrné generátory nezávislého buzení, zvané budiče. В (obr. 1.3, a). Budicí vinutí (OV) je napájen jiným generátorem (paralelní buzení) zvaným subexciter (PV). Rotor synchronního generátoru, budič a subbudič jsou umístěny na společné hřídeli a otáčejí se současně. V tomto případě proud vstupuje do budícího vinutí synchronního generátoru přes sběrací kroužky a kartáče. Pro regulaci budícího proudu se používají nastavovací reostaty, které jsou součástí budícího obvodu budiče r1 a pomocný budič r2 . U synchronních generátorů středního a vysokého výkonu je proces regulace budícího proudu automatizován.

U synchronních generátorů byl také použit bezkontaktní systém elektromagnetického buzení, u kterého synchronní generátor nemá sběrací kroužky na rotoru. V tomto případě je jako budič použit reverzní synchronní alternátor. В (obr. 1.3, b). Třífázové vinutí 2 budič, ve kterém se indukuje proměnná EMF, je umístěn na rotoru a otáčí se společně s budícím vinutím synchronního generátoru a jejich elektrické připojení je provedeno přes rotační usměrňovač 3 přímo, bez sběracích kroužků a kartáčů. Stejnosměrné napájení budícího vinutí 1 budič B je vyveden ze subbudiče PV – DC generátor. Absence kluzných kontaktů v budicím obvodu synchronního generátoru umožňuje zvýšit jeho provozní spolehlivost a účinnost.

READ
Co je to jednoduchými slovy reaktivní energie?

U synchronních generátorů, včetně hydrogenerátorů, se rozšířil princip samobuzení (obr. 1.4, a), kdy se střídavá energie potřebná k buzení odebírá ze statorového vinutí synchronního generátoru a přes snižovací transformátor a usměrňovač polovodičový měnič PP převeden na stejnosměrný proud. Princip samobuzení je založen na skutečnosti, že k počátečnímu buzení generátoru dochází v důsledku zbytkového magnetismu stroje.

Na Obr. 1.4, b ukazuje blokové schéma systému automatického samobuzení synchronního generátoru (SG) s usměrňovacím transformátorem (VT) a tyristorový měnič (TP), přes který proudí střídavý proud z obvodu statoru SG po přeměně na stejnosměrný proud je přiveden do budícího vinutí. Tyristorový měnič je řízen automatickým regulátorem buzení ARV, jehož vstup přijímá napěťové signály na vstupu SG (přes napěťový transformátor TN) a zatěžovací proud SG (z proudového transformátoru TT). Obvod obsahuje ochranný blok (B Z), který zajišťuje ochranu budícího vinutí (OV) proti přepětí a proudovému přetížení.

Budicí výkon je typicky mezi 0,2 % a 5 % využitelného výkonu (nižší hodnota platí pro velké generátory).
U generátorů malého výkonu se využívá princip buzení permanentními magnety umístěnými na rotoru stroje. Tento způsob buzení umožňuje zachránit generátor od budícího vinutí. Výsledkem je, že konstrukce generátoru je výrazně zjednodušena, stává se ekonomičtějším a spolehlivějším. Vzhledem k vysoké ceně materiálů pro výrobu permanentních magnetů s velkou zásobou magnetické energie a složitosti jejich zpracování je však použití buzení permanentními magnety omezeno na stroje s výkonem maximálně pár kilowattů.

Synchronní generátory tvoří základ elektroenergetiky, protože téměř veškerá elektřina na světě je vyráběna synchronními turbogenerátory nebo hydrogenerátory.
Synchronní generátory jsou také široce používány jako součást stacionárních a mobilních elektroinstalací nebo stanic s dieselovými a benzínovými motory.

asynchronní generátor. Rozdíly od synchronního

Asynchronní generátory se zásadně liší od synchronních v nepřítomnosti pevného vztahu mezi rychlostí rotoru a generovaným EMF. Rozdíl mezi těmito frekvencemi je charakterizován koeficientem s – posuvné.

zde:
n – frekvence otáčení magnetického pole (frekvence EMF).
n r – frekvence otáčení rotoru.

Více podrobností o výpočtu skluzu a frekvence naleznete v článku: asynchronní generátory. Frekvence.

V normálním režimu působí elektromagnetické pole asynchronního generátoru při zatížení brzdným momentem na rotaci rotoru, proto je frekvence změny magnetického pole menší, takže skluz bude záporný. Mezi generátory pracující v oblasti kladných skluzů patří asynchronní tachogenerátory a frekvenční měniče.

READ
Jaký je správný název pro digestoř bez potrubí?

Asynchronní generátory se v závislosti na konkrétních podmínkách použití vyrábějí s rotorem nakrátko, fázovým nebo dutým rotorem. Zdroji tvorby potřebné budicí energie rotoru mohou být statické kondenzátory nebo ventilové měniče s umělým spínáním ventilů.

Asynchronní generátory lze klasifikovat podle způsobu buzení, charakteru výstupní frekvence (měnící se, konstantní), způsobu stabilizace napětí, pracovních ploch skluzu, provedení a počtu fází.
Poslední dvě vlastnosti charakterizují konstrukční vlastnosti generátorů.
Povaha výstupní frekvence a způsoby stabilizace napětí jsou do značné míry určeny způsobem generování magnetického toku.
Hlavní je klasifikace podle způsobu buzení.

Je možné uvažovat generátory s vlastním buzením a s nezávislým buzením.

Samobuzení v asynchronních generátorech lze organizovat:
a) pomocí kondenzátorů obsažených v obvodu statoru nebo rotoru nebo současně v primárním a sekundárním obvodu;
b) pomocí ventilových měničů s přirozeným a umělým spínáním ventilů.

Nezávislé buzení lze provádět z externího zdroje střídavého napětí.

Podle charakteru frekvence se samobuzené generátory dělí do dvou skupin. První z nich zahrnuje zdroje prakticky konstantní (nebo konstantní) frekvence, druhý proměnnou (nastavitelnou) frekvenci. Poslední jmenované se používají k napájení asynchronních motorů s plynulou změnou otáček.

Plánuje se podrobněji zvážit princip fungování a konstrukční vlastnosti asynchronních generátorů v samostatných publikacích.

Asynchronní generátory nevyžadují v konstrukci složité komponenty pro organizaci stejnosměrného buzení ani použití drahých materiálů s velkou zásobou magnetické energie, proto jsou pro svou jednoduchost a nenáročnost na údržbu hojně využívány uživateli mobilních elektroinstalací. Používají se k napájení zařízení, která nevyžadují pevnou vazbu na aktuální frekvenci.
Technickou výhodou asynchronních generátorů je jejich odolnost proti přetížení a zkratu.
Některé informace o mobilních generátorových soupravách naleznete na stránce:
Dieselové generátory.
asynchronní generátor. Charakteristika.
asynchronní generátor. Stabilizace.