Generator w elektrotechnice to urządzenie, za pomocą którego energia typu mechanicznego jest przekształcana w energię elektryczną. Takie urządzenia są szeroko stosowane w produkcji oraz w niektórych systemach technicznych, na przykład w samochodach. Działanie generatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
Urządzenie alternatora
W praktyce stosuje się kilka rodzajów generatorów. Ale każdy z nich zawiera te same cegiełki. Należą do nich magnes, który wytwarza odpowiednie pole oraz specjalny uzwojenie drutu, w którym generowana jest siła elektromotoryczna (EMF). W najprostszym modelu generatora rolę uzwojenia odgrywa rama, która może obracać się wokół osi poziomej lub pionowej. Amplituda pola elektromagnetycznego jest proporcjonalna do liczby zwojów uzwojenia i amplitudy oscylacji strumienia magnetycznego.
Aby uzyskać znaczny strumień magnetyczny, w generatorach stosuje się specjalny system. Składa się z pary stalowych rdzeni. Uzwojenia, które wytwarzają zmienne pole magnetyczne, są umieszczone w szczelinach pierwszego z nich. Te zwoje, które indukują EMF, są układane w rowkach drugiego rdzenia.
Wewnętrzny rdzeń nazywa się wirnikiem. Obraca się wokół osi wraz z uzwojeniem na niej. Rdzeń, który pozostaje nieruchomy, działa jak stojan. Aby strumień indukcji magnetycznej był jak największy, a straty energii jak najmniejsze, odległość pomiędzy stojanem a wirnikiem stara się być jak najmniejsza.
Jaka jest zasada generatora?
Siła elektromotoryczna powstaje w uzwojeniach stojana natychmiast po pojawieniu się pola elektrycznego, które charakteryzuje się powstawaniem wirów. Procesy te są generowane przez zmianę strumienia magnetycznego obserwowaną podczas przyspieszonego obrotu wirnika.
Prąd z wirnika jest dostarczany do obwodu elektrycznego za pomocą styków w postaci elementów ślizgowych. Aby to ułatwić, do końców uzwojenia przymocowane są pierścienie zwane pierścieniami kontaktowymi. Do pierścieni dociskane są stałe szczotki, przez które następuje połączenie między obwodem elektrycznym a uzwojeniem ruchomego wirnika.
W zwojach uzwojenia magnesu, gdzie powstaje pole magnetyczne, prąd ma stosunkowo małą siłę w porównaniu z prądem, który generator podaje do obwodu zewnętrznego. Z tego powodu konstruktorzy pierwszych generatorów postanowili odwrócić prąd z uzwojeń statycznie usytuowanych i poprzez styki zapewniające ślizganie dostarczyć słaby prąd do obracającego się magnesu. W generatorach małej mocy pole tworzy magnes trwały, który może się obracać. Taka konstrukcja pozwala uprościć cały system i w ogóle nie używać pierścieni i szczotek.
Nowoczesny przemysłowy generator prądu elektrycznego to masywna i nieporęczna konstrukcja, na którą składają się konstrukcje metalowe, izolatory i przewody miedziane. Urządzenie może mieć rozmiar kilku metrów. Ale nawet w przypadku tak solidnej konstrukcji bardzo ważne jest zachowanie dokładnych wymiarów części i szczelin między ruchomymi częściami maszyny elektrycznej.
