Generator electric, numit și dinam, orice mașină care transformă energia mecanică în energie electrică pentru transmisie și distribuție pe liniile de alimentare către clienții casnici, comerciali și industriali. Generatoarele produc, de asemenea, energia electrică necesară pentru automobile, aeronave, nave și trenuri.
Puterea mecanică a unui generator electric este obținută de obicei dintr-un arbore rotativ și este egală cu cuplul arborelui înmulțit cu viteza de rotație sau unghiulară. Puterea mecanică poate proveni dintr-o serie de surse: turbine hidraulice la baraje sau cascade; turbine eoliene; turbine cu abur care folosesc aburi produși cu căldură din arderea combustibililor fosili sau din fisiunea nucleară; turbine cu gaz care ard gaz direct în turbină; sau motoare pe benzină și diesel. Construcția și viteza generatorului pot varia considerabil în funcție de caracteristicile avansului mecanic.
Aproape toate generatoarele utilizate pentru alimentarea rețelelor electrice generează curent alternativ, ceea ce inversează polaritatea la o frecvență fixă (de obicei 50 sau 60 de cicluri sau duble inversări, pe secundă). Întrucât un număr de generatoare sunt conectate la o rețea de alimentare, acestea trebuie să funcționeze cu aceeași frecvență pentru generarea simultană. Prin urmare, sunt cunoscuți ca generatori sincroni sau, în anumite contexte, alternatoare.
Generatoare sincrone
Un motiv major pentru selectarea curentului alternativ pentru rețelele electrice este faptul că variația sa continuă cu timpul permite utilizarea transformatoarelor. Aceste dispozitive convertesc puterea electrică la orice tensiune și curent, este generată de înaltă tensiune și curent scăzut pentru transmisie pe distanțe lungi și apoi o transformă în tensiune joasă adecvată fiecărui consumator (de obicei 120 sau 240 de volți pentru servicii interne). Forma particulară de curent alternativ utilizat este o undă sinusoidală, care are forma arătată în figura 1. Aceasta a fost aleasă deoarece este singura formă repetitivă pentru care două unde deplasate unul de la celălalt în timp pot fi adăugate sau scăzute și au aceeași formă apare ca rezultatul. Ideal este atunci să ai toate tensiunile și curenții de formă sinusoidală. Generatorul sincron este proiectat pentru a produce această formă cât se poate de exact. Acest lucru va deveni evident, deoarece componentele și caracteristicile majore ale unui astfel de generator sunt descrise mai jos.
Rotor
În figura 2. este prezentat un generator sincron elementar în secțiunea transversală a arborelui central al rotorului. Câmpul magnetic este produs de conductori, sau bobine, înfășurate în fante tăiate pe suprafața rotorului cilindric de fier. Acest set de bobine, conectate în serie, este astfel cunoscut sub numele de înfășurarea pe câmp. Poziția bobinelor de câmp este astfel încât componenta radială direcționată spre exterior a câmpului magnetic produs în golul de aer către stator să fie distribuită aproximativ sinusoidal în jurul periferiei rotorului. În figura 2, densitatea câmpului în intervalul de aer este maximă spre exterior în partea superioară, maximă spre interior în partea de jos și zero pe cele două părți, aproximativ o distribuție sinusoidală.
stator
Statorul generatorului elementar din figura 2 este format dintr-un inel cilindric confecționat din fier pentru a asigura o cale ușoară pentru fluxul magnetic. În acest caz, statorul conține o singură bobină, cele două părți fiind găzduite în fante în fier și capetele fiind conectate între ele de conductori curbi în jurul periferiei statorului. Bobina constă în mod normal dintr-un număr de rotații.
Când rotorul este rotit, în bobina statorului este indusă o tensiune. În orice moment, magnitudinea tensiunii este proporțională cu viteza la care câmpul magnetic înconjurat de bobină se schimbă cu timpul - adică viteza cu care câmpul magnetic trece pe cele două laturi ale bobinei. Prin urmare, tensiunea va fi maximă într-o direcție atunci când rotorul a întors 90 ° din poziția prezentată în figura 2 și va fi maxim în direcția opusă 180 ° mai târziu. Forma de undă a tensiunii va fi aproximativ de forma sinusoidală prezentată în figura 1.
