Synchronní generátor

Ahoj v tomhle článku si popíšeme jeden z nejdůležitějších točivých strojů vůbec a to synchronní generátor.

Nejdříve si řekneme pojmy: 

Stator: Je nepohyblivá část, která obsahuje 3 fázové vinutí

Rotor: Je točivá část tzv. kotva, která nese budící cívky

Kroužky: Jsou 2 hladké kruhy z bronzu (dříve z bronzu dnes i z jiných kovů a slitin) dosedají na ně kartáče

Držáky kartáčů: Je konstrukce, která má na jedné straně otvor s nábojem na nasazení na roubík z izolantu a na druhé straně má otvor pro vsazení uhlíku 

Kartáč: tzv. uhlík je spečený uhlíkový prášek s příměsí mědi pro lepší vodivost, má tvar kvádru 

Budič: Zdroj stejnosměrného napětí, pro napájení budících cívek v rotoru

Fázování: Metoda připojení generátoru k veřejné síti

Úvod do téma synchronního stroje:

Synchronní generátor je dnes nejpoužívaněji generátor vůbec, mají velký rozsah výkonu od jednotek kW až po stovky MW, jsou relativně jednoduché na konstrukci a můžou fungovat jako synchronní motory tzv. se rotor nezpožďuje za magnetickým polem statoru respektive je skluz = 0, ale jejich hlavní využití je jako generátor 3 fázového proudu.

Synchronní generátor má ve statoru uložené 3 fázové vinutí a může mít různý počet pólových dvojic pro naše účely řekněme že máme generátor, který nese 2 póly na každou fázi to znamená 6 pólů na všechny 3 fáze. 

Pokud chceme zjistit kolik pólu připadá na 1 fázi u motoru/generátoru využijeme vzorec pro výpočet otáček za minutu a upravíme vzorec. Pro jednodušší určení využijeme generátor Konečný Třebíč na 4kW co mám doma. 

Ze štítku můžeme vyčíst hned několik údajů. Prvním je činný výkon, který je 4kW, poté máme výkon zdánlivý 5kWA, 1500 ot/min, 50Hz, cosφ 0,8 poté máme budič rotoru, který má 65V, 5,5A a jeho výkon je 0,22kW. Důležitá je jedna věc a to je cosφ, který máme 0,8 to je tzv. účiník ten udává kolik zdánlivého výkonu se přemění na činný výkon, který chceme, tady bude obtížnější vysvětlování, jelikož se pojmy účiník, zdánlivý, jalový a činný výkon špatně vysvětlují, ale pokusím se nastínit co je to zač.

V obvodech střídavého proudů se určují celkem 3 typy výkonů.

Střídavý obvod a výkony:

Zdánlivý výkon: značí se S a jednotkou je VA (voltampér), počítá se prostým součinem napětí a proudu S=U*I, je důležitý pro dimenzování vodičů, aby nedošlo k přetížení a v krajním případě k požáru. 

Jalový výkon: značí se Q a jednotkou je VAr (voltampér reaktanční), počítá se podle vzorce Q=√3*U*I*sinφ, jalový výkon je důležitý pro vytvoření magnetického toku nebo nabíjení kondenzátoru, je to část proudu, která se přelívá ze zdroje do cívky nebo kondenzátoru a nazpět. Aby skrz cívku protékal proud, je potřeba nejdříve tzv. sycení cívky, cívka začne kolem sebe vytvářet magnetické pole do kterého uloží energii, během sycení se proud zvětšuje. Až se cívka nasytí, protéká obvodem maximální proud, nejlépe to bude vidět na grafu.

Modrá čára představuje proud a procenta sycení cívky, tomuto se říká tzv. přechodový děj, ve stejnosměrných obvodech se cívka pouze nasytí a obvod se ustálí, pokud máme cívku ve střídavém obvodu tak při π/2 kdy napětí klesá začíná zanikat magnetické pole cívky a to se přeměňuje zpět na elektrický proud a vrací se do obvodu, to samé platí u kondenzátoru, proto se tomu říká jalový výkon, elektrický proud nekoná práci, pouze dochází k sycení nebo nabíjení kondenzátoru a při klesání napětí se energie vrací zpět do obvodu.

Jinými slovy, při růstu sinusoidy se zvyšuje napětí a tím se např. kondenzátor nabijí, jakmile začne sinusoida klesat, začíná se kondenzátor vybíjet a vrací energii do obvodu.

Činný výkon: značí se P a jednotkou je W (watt), počítá se podle vzorce P=√3*U*I*cosφ, je to ta část proudu, která koná práci (mechanická energie, světlo), je to výkon, který využíváme pro účely co potřebujeme např. motor se nám točí a pohání cirkularku nebo rozsvítíme a máme světlo to co mi využijeme a přemění se z jedné energie do druhé (nenávratně) je činný výkon.