Alternátor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Alternátory v hydroelektrárně (autor Sergej Prokudin-Gorskij)

Alternátor je točivý elektrický stroj sloužící k přeměně rotační kinetické energie resp. mechanické energie na energii elektrickou.

Alternátory přeměňují mechanickou energii z rotačního pohybu hnacího stroje na elektrickou energii ve formě střídavého proudu vyváděného do zařízení elektrického rozvodu: Jsou to generátory elektrické energie.

Obsah

[skrýt]

Konstrukce

Alternátory jsou typicky synchronní stroje. Dělí se podle typu rotoru na alternátory:

Spolu s hnacím strojem tvoří vždy mechanicky spojené soustrojí. Pokud je oním hnacím strojem turbína v elektrárně, bývají oba stroje na společné hřídeli.

Funkce

Alternátory generují elektřinu stejným způsobem jako generátory stejnosměrného elektrického proudu, zejména když se mění magnetické pole kolem cívky. V cívce je pak indukován elektrický proud. Zpravidla se otáčí otočný magnet – rotor uvnitř pevně umístěných vinutích na železných jádrech – stator. Pohybem rotoru způsobeným mechanickou energií (např. parou v elektrárně) je generován elektrický proud.

Rotující magnetické pole indukuje ve vinutí cívky střídavý elektrický proud. Často bývají ve statoru tři sady statorových vinutí, které jsou umístěny v odlišných polohách. Točící se magnetické pole generuje tři fáze elektrického proudu posunuté o jednu třetinu periody.

Magnetické pole rotoru může být vyvoláváno indukcí (v bezkartáčkových alternátorech), permanentními magnety (ve velmi malých přístrojích) nebo vinutím rotou napájeného přímým proudem ze sběrných kroužků a kartáčků.

Použití

Elektrárny

Alternátory pracují v běžném provozu synchronně s frekvencí příslušné elektrorozvodné sítě.

Některé alternátory, se používají i v režimu[zdroj?], kdy řídí kmitočet sítě[zdroj?] a tím stabilizují jmenovitou frekvenci elektrorozvodné sítě: kmitočet sítě je řízen nejsilnějším zdrojem (u nás Dukovany + Temelín).

Na kmitočet sítě mají další vliv např. přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně nebo Dalešice. Všechny alternátory musí být do sítě přifázovány: jejich sepnutí (připojení do sítě) je prováděno při shodě (nulová hodnota) fázového posuvu a kmitočtu (na straně alternátoru je vždy dán otáčkami hnacího stroje), tedy za situace, kdy je trvale nulové rozdílové napětí.

Největší alternátory, kterými jsou vybaveny běžné elektrárny, jsou dnes prakticky jediným strojním zařízením vhodným pro velkovýrobu elektrické energie určené pro napájení veřejných elektrorozvodných sítí.

Další použití

Alternátor je součástí mnoha dalších strojů a kvůli své jednodušší konstrukci je používán i tam, kde před rozšířením polovodičových usměrňovačů kdysi sloužily stejnosměrné generátory, dynama.[zdroj?]

Co do počtu vyrobených kusů je nejvýznamnějším praktickým nasazením alternátoru automobilismus[zdroj?], kde slouží jako základní zdroj elektrické energie pro elektrickou síť motorových vozidel.

Alternátory s hladkým rotorem

Jsou nejčastěji využívány k primární výrobě elektrické energie v tepelných a jaderných elektrárnách. Zde jsou vždy poháněny parní turbínou. Obvykle bývají dvoupólové, pracující při jmenovitých otáčkách 3000 ot/min., která vyplývá ze synchroního provozu stroje při jmenovité frekvenci elektrorozvodné sítě 50 Hz platných pro celou Evropu (50 hertz * 60 sekund = 3000 otáček za minutu). Při průměru rotoru 1 metr je obvodová rychlost rotoru alternátoru 157 m/s (565 km/h), na rotor stroje tak působí obrovské odstředivé síly. Z tohoto faktu také vyplývá konstrukční omezení rozměrů stroje – malý průměr rotoru (přibližně do 1,1 m) a velká délka (i přes 5 m). Turboalternátory velkých výkonů (>200 MW) už nelze chladit vzduchem, proto je používáno intenzivní chlazení vodíkem nebo kombinace voda-vodík, které protékají dutými vodiči elektrického vinutí stroje. Největší používané turboalternátory mohou být konstruovány na maximální výkon přes 1500 MVA.

Alternátor bývá doplněn budičem (přes pevnou spojku bývá spojen s rotorem alternátoru), který stejnosměrným proudem nabudí rotor, tzn. že se z rotoru stává elektromagnet. Buzením se před i po přifázování turbogenerátoru mění velikost napětí na alternátoru.

Alternátory s vyniklými póly rotoru

Rozebraný alternátor Škody Felicia

Mají široké využití, od malých alternátorů v osobních automobilech a na jízdních kolech až po velmi výkonné alternátory ve vodních a větrných elektrárnách. Jsou vícepólové (4,6,8,12 až např. 88), pracují s menšími otáčkami (řádově stovky, některé jen desítky otáček za minutu). Mohou mít velký průměr (až 15 m) a menší délku. Převážně jsou chlazené vzduchem. Mezní výkony hydroalternátorů ve vodních elektrárnách se pohybují okolo 800 MVA.