Elektrický generátor je zařízení na výrobu elektrické energie z jiné formy energie . Naproti tomu zařízení, které spotřebovává elektrickou energii, se nazývá elektrický přijímač .
Skutečný generátor lze modelovat dvěma různými způsoby:
Ideálním generátorem napětí je teoretický model. Jedná se o dipól schopný uvést konstantní napětí bez ohledu na zátěž připojenou k jeho svorkám. Také se tomu říká zdroj napětí .
Pro ideální generátor proudu je produkovaný proud konstantní bez ohledu na požadované napětí a dodávanou zátěž. Nazývá se také aktuální zdroj .
Jedná se také o teoretický model, protože otevření obvodu obsahujícího generátor nenulového proudu by mělo vést k dodávání nekonečného napětí. Je nemožné umístit dva generátory proudu různých hodnot do série, protože to znamená zavedení dvou různých proudů do stejného drátu.
Drtivá většina elektrických generátorů jsou rotační stroje, to znamená systémy mající pevnou část, a mobilní část rotující v pevné části (nebo kolem ní). Nicméně, řada rotačních strojů vytvořených v průběhu staletí znamená významné rozdíly v různých technologií a technik používaných pro výrobu proudu, na jedné straně, a v ‚pomocné‘ systémy ( měniče , výkonové elektroniky , atd ), případně nezbytné pro jejich správné fungování.
Elektrostatický generátor není točivý stroj, i když využívá otáčení kotouče třením o kartáče. Tento koncept je však u zrodu konstrukce rotačních strojů.
Elektrostatické zařízení používá zákony elektrostatiky na rozdíl od tzv elektromagnetických strojů . Ačkoli si lze představit elektrostatické motory (fungují na principu vzájemnosti elektrostatických generátorů), nebyly úspěšné (ale nanotechnologie by takové elektrostatické „nanomotory“ mohly nabídnout); na druhé straně elektrostatické stroje jako generátory velmi vysokého napětí znají své hlavní použití v oblasti iontových nebo elektronových urychlovačů. Transformují mechanickou energii na elektrickou energii, jejíž charakteristikou je velmi vysoké stejnosměrné napětí a mikroampér. Síla strojů z XVIII -tého století a XIX th století byl opravdu nepatrný (několik wattů) a mechanické tření nechal jim velmi špatný výkon. Důvodem je, že maximální hustota energie elektrického pole ve vzduchu je velmi nízká. Elektrostatické stroje lze použít (průmyslově), pouze pokud pracují v prostředí, kde je hustota energie elektrického pole poměrně vysoká, tj. Prakticky ve stlačeném plynu, kterým je obvykle vodík nebo hexafluorid sírový (SF 6 ), při tlaky mezi 10 a 30 atmosfér .
Stejnosměrný proud generátoru lidově říká „ dynamo “ je, stejně jako mnoho elektrických generátorů, rotačním strojem. To bylo vynalezeno v roce 1861 maďarským Ányosem Jedlikem a vylepšeno v roce 1871 belgickým Zénobe Gramme .
Protože je tento stroj reverzibilní, může fungovat jako generátor i jako motor. Snadno se z něj stane elektromotor, což znamená, že když je zastaveno, musí být dynamo odpojeno od zátěže, pokud mu může poskytnout zpětný proud: akumulátor , jiné dynamo. Tato funkce byla používána v malých automobilech v 70. letech. Reléový systém k ní připojil baterii, aby dodával proud dynastaru, který spouštěl spalovací motor a po dosažení určité rychlosti automaticky přepnul na dynamo.
Objev Faradaye v roce 1832, který prováděl fenomény elektromagnetické indukce, mu umožnil uvažovat o výrobě střídavých napětí a elektrických proudů pomocí magnetů . Pixii , na pokyn Ampère , postavený témže roce první stroj, který byl poté k dokonalosti (1833 - 1834) by Sexton a Clarke. Alternátor je rotační stroj , který přeměňuje mechanickou energii dodávanou do rotoru do střídavého proudu elektrické energie .
Více než 95% elektrické energie produkují alternátory : elektromechanické stroje dodávající střídavá napětí o frekvenci úměrné jejich rychlosti otáčení. Tyto stroje jsou levnější a mají lepší účinnost než dynama , stroje, které dodávají nepřetržitá napětí (účinnost řádově 95% místo 85%).
Princip alternátoruTento stroj se skládá z rotoru (rotující část) a statoru (pevná část).
rotor induktor může sestávat z permanentního magnetu (čímž se vytváří konstantní pole), v tomto případě napětí dodávaného stroje není nastavitelná (pokud se neberou v úvahu ztráty vodičů) a jeho efektivní hodnota a jeho frekvence se liší s rychlostí otáčení. Běžněji elektromagnet poskytuje indukci. Toto vinutí je napájeno stejnosměrným proudem , a to buď pomocí rotačního kruhového kolektoru (dvojitý kruh s kartáči) přivádějícího externí zdroj, nebo pomocí rotující diody a střídavého budiče . Regulační systém umožňuje nastavení napětí nebo fáze produkovaného proudu. statoru kotva sestává z vinutí, které budou sídlem střídavého elektrického proudu indukovaného podle změny v toku magnetického pole v důsledku relativního pohybu induktoru vzhledem ke kotvě. Různé typy alternátorů Průmyslové alternátoryV průmyslových alternátorech se armatura skládá ze tří vinutí uspořádaných při 360 ° / 3p (p: počet párů pólů ) nebo 120 ° / 1p pro pár pólů a tři vinutí, která poskytují systém třífázových střídavých proudů .
Zvýšení počtu párů pólů umožňuje snížit rychlost otáčení stroje. Vzhledem k tomu, že síťová frekvence je 50 Hz ( 50 cyklů za sekundu nebo 3 000 cyklů za minutu), musí synchronní stroje pro napájení sítě dodržovat tento rytmus. Zvýšení počtu pólů umožňuje provést více cyklů na jednu otáčku a protože frekvence je pevná, rychlost otáčení musí být zpomalena, aby respektovala 3 000 cyklů za minutu (v 50 Hz ).
U domácích alternátorů ( jednofázový generátor ) se kotva skládá z jediného vinutí.
Palubní alternátoryPalubní alternátory , mimo jiné na motorových vozidlech , jsou třífázové alternátory vybavené usměrňovacím systémem ( diodami ), který dodává stejnosměrný proud o napětí přibližně 14 V pro osobní automobily a 28 V pro nákladní automobily a dodává elektrickou energii vozidlu a dobíjení baterie, aby poskytovala energii při zastavení motoru. Musí být spojen s regulátorem napětí, který chrání baterii před přebitím.
Špatně pojmenovaná „dynama“ jízdních kol jsou také alternátory, jejichž induktor se skládá z jednoho nebo více permanentních magnetů.
V určitých případech, například na určitých větrných turbínách , je rotor vnější a stator, fixovaný, je umístěn ve středu generátoru. Lopatky větrné turbíny jsou přímo spojeny s rotorem. Větrná turbína je alternátor .
Tyto asynchronní stroje pracující hypersynchronous (frekvence otáčení větší než synchronní frekvenci) i dodávat energii do elektrické sítě , ke kterému jsou připojeny. Mají tu nevýhodu, že nejsou schopni regulovat napětí , na rozdíl od synchronních strojů, které mohou zajistit stabilitu elektrických sítí . Díky nedávnému pokroku v oblasti výkonové elektroniky se však stále častěji používají v malých a středních generátorech energie, jako jsou větrné turbíny a mikropříhrady . Jednou z aplikací je dvojitý asynchronní stroj .
Existují elektrické generátory, které nevyžadují rotující stroj , například:
Další technologie generátorů jsou ve vývoji, aniž by dosud měly rozsáhlou průmyslovou aplikaci: