ISŠT Mělník Číslo projektu Označení materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník Anotace CZ.1.07/1.5.00/34.0061 VY_32_INOVACE_H.3.04 Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, 276 01 Mělník Ing.František Moravec Elektrotechnika 2ME Elektrické stroje točivé Metodický pokyn Zhotoveno květen 2012 Frontální vyučování doplněné metodou průběžného kladení otázek pro objasnění probírané látky. Po výkladu následuje zpětnovazební test a individuální vyhledání odpovědí pro řešení samostatné úlohy pomocí internetu a zpětná kontrola dataprojektorem
Alternátor generátor střídavého proudu: Elektrický stroj v němž se přeměňuje mechanická energie (pohybová energie rotoru rotační pohyb) na energii elektrickou. Výstupní proud alternátoru je střídavý (AC), ( ~ ) Pro výrobu el. energie dodávané do spotřebitelské sítě se převážně používají synchronní alternátory, u kterých frekvence svorkového střídavého napětí U i je přímo úměrná otáčkám n Napětí z alternátorů získáváme díky elektromagnetické indukci. Příčinou indukovaného napětí U i jsou změny magnetického pole kolem cívek, vyvolané otáčením rotoru uvnitř statoru Otáčivé magnetické pole indukuje ve vinutí cívek alternátoru střídavý elektrický proud U malého alternátorku může být vinutí rotoru či statoru nahrazeno trvalým magnetem! Stator Rotor
Buzení alternátoru Častěji však tvoří rotor alternátoru silnější otočný elektromagnet, s tzv. "budícím vinutím, obíhající uvnitř tělesa statoru se statorovými cívkami Budící cívky rotoru jsou napájeny stejnosměrným budicím proudem, přes sběrací kroužky a kartáče * Charakteristiky synchronního generátoru a) kmitočet / otáčky b) výstupní napětí / kmitočet
Otáčky rotoru jsou synchronní (totožné) s otáčkami mg.pole (statoru) n s 60 f p ot min f - frekvence stř.proudu [Hz] p - počet pólových dvojic Řízení napětí alternátoru Změnou budicího proudu Ib se mění indukované napětí Ui ( Ib ~ B ~ U i ) Ui = B. I.v [V; T; m; m.s-1] l U i ZE- II Str. 258 obr.255 I b
Způsoby řízení napětí alternátoru Aby nedocházelo k poklesu výstupního napětí alternátoru, při proměnlivé zátěži, zařazuje se do budicího obvodu regulátor, který změnami velikostí budicího proudu zajišťuje konstantní svorkového napětí alternátoru R b GS G GS I R b U FS rychlo regulátor MČ ŘU GS GI Rg AČ Rg regulátor MČ měřicí člen AČ akční člen GI generátor impulsů ŘU řízený usměrňovač řízení napětí ruční řízení napětí rychloregulátorem řízení napětí řízeným usměrňovačem V elektrárnách se mechanický otáčivý pohyb rotoru, nutný pro vznik generování el. proudu, získává z parních turbín a vodních turbín. Jedná se o turboalternátory a hydroalternátory Oproti dynamům nemají alternátory komutátor s kartáči (mechanický usměrňovač), který je díky složitosti zdrojem mnoha poruch => výhodou alternátorů je jejich menší poruchovost a nenáročnost na údržbu
Konstrukce alternátoru Stator - je složen ze statorového svazku (z plechů) obvykle umístěný ve svařované kostře tvaru ocelového prstence. V něm jsou uloženy póly s cívkami a nebo permanentní magnety; podle typu konstrukce a) Rotor s vyniklými póly - je tvořen hřídelem, na který je nasazeno magnetové kolo s příslušným počtem pólů, které se často skládají z plechů pro omezení ztrát způsobených pulsací. Každý pól má budící cívku, jejíž konce jsou připojeny ke dvěma kroužkům umístěným izolovaně od sebe na hřídeli 1. Stator 2. Rotor s vyniklými póly 3. Mg.obvod statoru 4. Statorové vinutí 5. Rotorové vinutí 6. Póly 7. Sběrací kroužky 8. Hřídel * Alternátory s vyniklými póly pracují s nízkými otáčkami (hydroalternátory apod.)
b) Rotor hladký - je tvořen válcem vykovaným z legované oceli, na jehož obvodu jsou podélné drážky * obvykle p = 1 při f=50hz 60 50 n s 3000 ot min 1 *Alternátory s hladkými póly pracují s vysokými otáčkami (turboalternátory apod.) Rotor Rotor Stator Stator * Pohled na alternátory s vyniklými póly a hladkým rotorem umístěné v elektrárnách
Nejčastěji se setkáváme s konstrukcí alternátoru, u níž se přivádí přes kartáče a sběrací kroužky stejnosměrný budící proud do cívek rotoru. Z cívek statoru odebíráme vygenerovaný střídavý proud
U těch alternativ alternátorů, kde se vygenerovaný el.proud odebírá z rotoru prostřednictvím sběracích kroužků s kartáči, může docházet vlivem přechodového odporu k jejich jiskření a opalování se. To vše má negativní vliv na spolehlivost zařízení
Evidentně nejjednodušší a nejspolehlivější je konstrukční řešení alternátoru, u kterého je rotorové vinutí nahrazeno trvalým magnetem. Vzhledem k tomu tento alternátor nepotřebuje ke své činnosti již ani sběrací kroužky s kartáči Na tomto principu často pracují malé alternátorky, určené pro nenáročné aplikace, kde není nezbytné dodržovat naprosto přesnou úroveň výstupního napětí (jízdní kola, malé motocykly apod.)
Rozdělení alternátorů podle počtu fází vyráběného napětí
Test - 4 1. K čemu slouží alternátor? 2. Co je to buzení a jaký má vliv budícího proudu na velikost výstupního napětí alternátoru? 3. Napište vztah pro výpočet synchronních otáček n S 4. Jaké znáte způsoby řízení výstupního napětí alternátoru a v čem spočívá jejich princip? 5. Popište alternátor s hladkým rotorem a alternátor s rotorem, který má vyniklé póly. Kde se používají a jak se liší jejich provozní podmínky? 6. Popište hlavní díly alternátoru a porovnejte různá konstrukční řešení alternátorů Jak se dělí střídavé alternátory z hlediska počtu fází? Načrtněte jejich princip Řešení: DUMY - VY_32_ INOVACE_H.3.04 str. 2-11
Opakování Samostatná práce Jaké využití v praxi mají hydroalternátory a turboalternátory? Pomocí internetu vyhledejte a popište alespoň jeden konkrétní příklad využití těchto alternátorů Řešení: DUMY - VY_32_ INOVACE_H.3.04 str. 6-7
ISŠT Mělník Použitá literatura: [1] Příručka pro elektrotechnika Ing.Klaus Tkotz a kol., vydalo nakladatelství Europa-Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2006 (ISBN 80-86706-13-3) [2] Praktická elektrotechnika Petr Bastian a kol., vydalo nakladatelství Europa-Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2004 (ISBN 80-86706-07-9) [3] Základy elektrotechniky II, pro 2. a 3. ročník SOU elektrotechnických Ing.Ladislav Voženílek, Ing.František Lstibůrek, vydalo SNTL Praha 1 v roce 1989 [4] Volně šířené a dostupné firemní prezentační materiály a prodejní katalogy výrobců elektromotrů [5] Archiv autora Seznam zdrojů obrázků na jednotlivých stranách prezentace: 2. http://www.tercelreference.com/articles/rebuild_alternator/alternator_13.jpg, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/alternator_1.svg/454px-alternator_1.svg.png, [5] 3. [5], [5] 4. [5], [5] 5. [5], [5], [5] 6. http://ok1zed.sweb.cz/s/el_generator.htm 7. http://ok1zed.sweb.cz/img/el_m_rotor1.gif, http://www.lightinggallery.net/gallery/albums/userpics/10519/normal_hydro_4.jpg, [1] str.448 obr.1 8. [5], http://visual.merriam-webster.com/images/science/physics-electricity-magnetism/generators/alternator.jpg 9. [5], [5] 10. [5], [5] 11. http://mobilizujeme.cz/wp-content/uploads/2011/08/nokia-dc-14-obr05.jpg, [5], http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/gorskii_04414u.jpg, http://img.motorkari.cz/upload/images/cache/clanky/2006-12/3865/20100330130942-14510_jpg_resize_450x1000 type_jpg_.jpg