Η γεννήτρια είναι μια
μηχανή που μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η λειτουργία των
γεννητριών στηρίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής σύμφωνα με το οποίο, αν ένας
κλειστός αγωγός κινηθεί κοντά σε ένα μαγνήτη, στον αγωγό θα δημιουργηθεί ηλεκτρικό
ρεύμα., ή και το αντίθετο, αν ένας μαγνήτης κινηθεί στο εσωτερικό ενός κλειστού αγωγού, στον αγωγό θα δημιουργηθεί ηλεκτρικό
ρεύμα.
Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργείται μόνο κατά την κίνηση του αγωγού ή του μαγνήτη.
Σε μια γεννήτρια έχουμε μια συρμάτινη
περιέλιξη (πηνίο) ανάμεσα στους
δύο πόλους ενός μαγνήτη (συνήθως
ηλεκτρομαγνήτη). Αν περιστρέψουμε το σύρμα μέσα στο μαγνητικό πεδίο, τότε
ηλεκτρικό ρεύμα θα διαρρεύσει τον αγωγό μας.Το ίδιο θα συμβεί αν περιστρέψουμε το μαγνήτη γύρω από το σταθερό σύρμα.
Η γεννήτρια αποτελείται από δύο μέρη: το ακίνητο μέρος της που λέγεται στάτορας, ή επαγωγέας ή πόλοι της μηχανής, στο οποίο υπάρχουν μαγνήτες (μόνιμοι
μαγνήτες ή ηλεκτρομαγνήτες) και το κινητό μέρος της που λέγεται επαγώγιμο, ή ρότορας (εκ του αγγλικού rotor), στο οποίο υπάρχουν πηνία (γεννήτρια με εξωτερικούς πόλους). Το παραγόμενο ρεύμα το παίρνουμε από δακτυλίδια που είναι πάνω στον άξονα, με τη βοήθεια ψυκτρών.
Γυρίζοντας το ρότορα μέσα στο στάτορα παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα. Η περιστροφή
του ρότορα γίνεται με ατμομηχανή, με υδροστρόβιλο, με τον άνεμο, με γεωθερμία
κλπ.
Όλες οι γεννήτριες άνω των 5KVA είναι με εσωτερικούς πόλους. Στις μεγάλες γεννήτριες της βιομηχανίας, το κινητό μέρος (ρότορας) είναι ο
μαγνήτης, ενώ το ακίνητο (στάτορας) είναι το πηνίο (γεννήτριες με εσωτερικούς πόλους).Το παραγόμενο ρεύμα το παίρνουμε απευθείας από τους ακροδέκτες της μηχανής.
Γραφική παράσταση του παραγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος
Αρχικά το πηνίο είναι σταθερό και το παραγόμενο
ηλεκτρικό ρεύμα έχει τιμή μηδέν. Καθώς το πηνίο περιστρέφεται η τιμή του
παραγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος μεταβάλλεται: Αυξάνει σταδιακά, φθάνει σε
μια μέγιστη θετική τιμή στις 90°μοίρες, στη συνέχεια αρχίζει να μειώνεται, μηδενίζεται (όταν το
πηνίο έχει διαγράψει 180°μοίρες περιστροφή), στη συνέχεια
φτάνει σε μια μέγιστη αρνητική τιμή στις 270° μοίρες και επιστρέφει στο μηδέν στις 360°μοίρες και ο
"κύκλος" αυτός επαναλαμβάνεται. Αυτή η εναλλαγή γίνεται μερικές φορές
το δευτερόλεπτο. Μάλιστα το πόσο γρήγορα αντιστρέφεται η φορά του
ρεύματος, καθορίζεται από την ταχύτητα περιστροφής του αγωγού. Δείτε τη γραφική παράσταση στο παρακάτω video.
Αν ο "οπλισμός", δηλαδή τα πηνία,
αποτελείται από 2 σύρματα που σχηματίζουν μεταξύ τους ορθή γωνία, και
συνδέονται σε διαφορετικές εξωτερικές συνδέσεις, τότε έχουμε 2 παραγόμενα
ρεύματα όπου το ένα έχει μέγιστη ισχύ όταν το άλλο μηδενίζεται. Αυτό ονομάζεται
εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα 2 φάσεων.
Αν έχουμε 3 οπλισμούς, (δηλαδή 3 πηνία)
συνδεόμενους με γωνία 120 μοιρών, τότε το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα έχει 3
φάσεις, το γνωστό τριφασικό εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα.
Στις γεννήτριες συνεχούς ρεύματος υπάρχει και ένας μηχανισμός, ο μεταλλάκτης, ο οποίος αναγκάζει το ρεύμα να ρέει συνεχώς πρός την ίδια κατεύθυνση. Οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος είναι αρκετά σπάνιες στα σύγχρονα συστήματα ισχύος, λόγω της αντικατάστασής τους από την συνδυασμένη χρήση γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος και ανορθωτή προκειμένου να παραχθεί το συνεχές ρεύμα
Πως δημιουργείται το απαραίτητο μαγνητικό πεδίο των πόλων(διέγερση)
Το συνεχές ρεύμα που χρειαζόμαστε για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου (διέγερση) το παίρνουμε:
α) από μια εξωτερική πηγή συνεχούς ρεύματος
β) από γεννήτρια συνεχούς ρεύματος που συνήθως βρίσκεται συνδεδεμένη στον ίδιο άξονα με την γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος και λέγεται διεγέρτρια.
• μια γεννήτρια dc είναι τοποθετημένη στον ίδιο άξονα, με
τον ρότορα της AC γεννήτριας.
• ένας συλλέκτης ανορθώνει το ρεύμα που στέλνεται στο
τύλιγμα πεδίου.
γ) Χωρίς ψήκτρες διέγερσης
• μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος με σταθερό
τύλιγμα πεδίου και ένα δρομέα με ένα τριφασικό κύκλωμα.
• Μέσω διόδου / SCR ανόρθωση, παρέχει DC ρεύμα στο
τύλιγμα του μαγνητικού πεδίου.
Στις γεννήτριες με εξωτερικούς πόλους η διέγερση πετυχαίνεται με μαγνητικούς πόλους τα τυλίγματα των οποίων τροφοδοτούνται με συνεχές ρεύμα από τη διεγέρτρια.
Στις γεννήτριες με εσωτερικούς πόλους για τη διέγερση των πόλων, το συνεχές ρεύμα διοχετεύεται μέσω ψυκτρών και δακτυλιδιών, που στερεώνονται στον άξονα του περιστρεφόμενου μέρους (ρότορας).
Η
κατασκευή του ρότορα στις γεννήτριες με εσωτερικούς πόλους είναι δύο τύπων:
(i)
με έκτυπους ( εμφανείς ) πόλους
(ii)
κυλινδρικού τύπου ( μη εμφανείς πόλοι)
(i)
με έκτυπους ( εμφανείς ) πόλους
Σε αυτόν τον τύπο, οι προεξέχοντες πόλοι τοποθετούνται σε ένα μεγάλο κυκλικό
χαλύβδινο πλαίσιο το οποίο είναι στερεωμένο στην άτρακτο του εναλλακτήρα, όπως
φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Τα επιμέρους τυλίγματα των πόλων συνδέονται σε σειρά κατά
τέτοιο τρόπο ώστε το ολικό τύλιγμα του
μαγνητικού πεδίου να ενεργοποιείται από την D.C. διεγέρτρια.
(ii)
κυλινδρικού τύπου ( μη εμφανείς πόλοι)
Σε αυτόν τον τύπο, ο ρότορας είναι κατασκευασμένος από
λείο στερεό σφυρήλατο κυλινδρικό χάλυβα,
που έχει μια σειρά από εγκοπές κατά μήκος της εξωτερικής
περιφέρειας.
Το τύλιγμα του μαγνητικού πεδίου ενσωματώνεται σε αυτές
τις αυλακώσεις και συνδέεται σε σειρά με τους δακτυλίους ολίσθησης μέσω των
οποίων ενεργοποιείται από την D.C. διεγέρτρια. Οι περιοχές που αποτελούν τους
πόλους αφήνονται συνήθως χωρίς αυλακώσεις, όπως φαίνεται στο σχήμα παρακάτω.
Είναι σαφές ότι οι πόλοι που σχηματίζονται είναι μη-εμφανείς δηλαδή, δεν
προεξέχουν έξω από την επιφάνεια του ρότορα.
Πού χρησιμοποιούμε τις ηλεκτρικές γεννήτριες;
Όταν θέλουμε να εξασφαλίσουμε απρόσκοπτη και συνεχή λειτουργία εγκαταστάσεων σε
24ωρη βάση (π.χ. ψυκτικών θαλάμων, χειρουργείων, παραγωγικών διαδικασιών,
αντλιοστασίων κ.λπ).
Τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη (ΗΖ) ή ηλεκτρογεννήτριες είναι εφεδρική πηγή
παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση διακοπής ηλεκτροδότησης του δικτύου
της ΔΕΗ ή ακόμα και ως κύρια πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση
μη ύπαρξης δικτύου ή ανεπάρκειας. Μεγάλες ηλεκτρογεννήτριες χρησιμοποιούνται σε όλα τα
εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Η ισχύς των ηλεκτρογεννητριών ξεκινάει από τα 900 ΚVA και
φτάνει έως και τα 3000 KVA.
Οι ηλεκτρογεννήτριες διακρίνονται με την τάση εξόδου:
μονοφασικές ή τριφασικές, το σύστημα ψύξης: αερόψυκτες ή υδρόψυκτες, τον κινητήρα:
πετρελαιοκίνητος ή βενζινοκίνητος, το κέλυφος: ανοικτού τύπου (εσωτερικού
χώρου) ή με κάλυμμα (εσωτερικού χώρου ή/και υπαίθρου), τον τρόπο εκκίνησης:
χειροκίνητή ή αυτόματη λειτουργία, και τη βάση στήριξης: σταθερές ή τροχήλατες.
