Vahelduvvoolugeneraator (alternaator): mõiste ja tööpõhimõte

Õpi alternaatori (vahelduvvoolugeneraator) mõistet ja tööpõhimõtet: kuidas pöörlev magnetväli ja ankru toodavad elektrit sõidukites ja elektrijaamades.

Generaator on generaator, mis muundab mehaanilise energia elektrienergiaks vahelduvvoolu kujul. Igas autos on üks selline generaator, mida tavakeeles tihti nimetatakse alternaatoriks.

Tööpõhimõte

Vahelduvvoolugeneraatori töö põhineb elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel (Faraday seadus): kui magnetväli muutub või magnet liigub juhtme suhtes, tekib juhtmes pinge (emf). Enamik generaatoritest loob seda muutuva magnetvälja pöörleva magneti abil ja kasutab selle väljaga suhtlevat statsionaarset mähist, kuhu tekib vahelduvpinge.

Lihtsustatult:

• pöörlev roter (magnet või elektromagnet) tekitab muutuvat magnetvälja;
• mähised statsionaarsel osal ehk staatoril indutseerivad sellest väljamuutusest vahelduvpinget;
• väljastatud pinge ja sagedus sõltuvad pöörlemiskiirusest ja poltide arvust roteril.

Sagedus on proportsionaalne pöörlemiskiiruse ja magnetpoltide arvuga: generaator toodab kiiremini pöörates kõrgemat sagedust (suures elektrivõrgus on sagedus tavaliselt fikseeritud ning generaatori kiirus tuleb selle järgi reguleerida).

Põhikomponendid

• Roter – pöörlev osa, millel on kas püsimagnetid või välismähis (välja tekitamiseks). Kui kasutatakse elektromagnetit, tuleb väli tekitada alalisvooluga (seda nimetatakse eraldus- ehk eraldusvoolumähiseks).
• Staator – statsionaarne mähis, kuhu induktsioon tekitab voolu; suures osas vahelduvvoolugeneraatorid on kolmefaasilised, mis annab stabiilsema väljundvõimsuse.
• Retsifikaator (diodisild) – eriti autogeneraatorites teisendab seesmised diodid staatori kolmefaasilise AC väljundi alalisvooluks, et laadida akut ja varustada sõiduki elektrisüsteemi.
• Pingeregulaator – hoiab väljundpinge konstantsena sõltuvalt koormusest ja mootori kiirusest; võib olla sisemine või väline.
• Laagrid, harjad ja libaringid – sõltuvalt konstruktsioonist kannavad need roteri pöörlemist ja juhivad väljatoodavat või sisse antavat alalisvoolu (harjade olemasolu sõltub sellest, kas kasutatakse harjaga väljatoidet või harjavaba süsteemi).

Autogeneraator (alternaator)

Tavalisel sõiduki alternaatoril on roteris elektriline mähis (magnetiseerimiseks antakse talle aku kaudu alalisvool), staatoris kolmefaasiline mähis ning väljapeal diodeist koosnev retsifikaator. Alternaator on hüdraulilise või rihmaga mootorilt ajendatav ning selle väljund reguleeritakse pingeregulaatoriga. Võrreldes vanemate dynamodega on alternaatoril parem võimsustihedu s väiksem mass ning ta töötab efektiivselt madalamatel pöördetel.

Tüübid ja rakendused

• Püsimagnetgeneraatorid (magneto) kasutavad pöörlevatel osadel püsimagneteid ja ei vaja eraldi välissüdet; sobivad väiksematele generaatoritele ja mõnele tuuleturbiinile.
• Sünkroonsed generaatorid – suures elektrijaamas (näiteks auruturbiinide abil) töötavad generaatorid, mida sageli nimetatakse turbovahelduvvoolugeneraatoriteks; need ühendatakse otse võrku ja nõuavad täpset kiiruse ja eraldusvoolu juhtimist.
• Tuule- ja vesiturbiinid – võivad kasutada nii püsimagneteid kui ka keerukamaid sünkroon- või asünkroonseid konstruktsioone, sõltuvalt võrguga liitumise ja juhitavuse nõuetest.

Erinevus dynamo ja alternaatori vahel

Dynamo ehk alalisvoolugeneraator kasutab kommutaatoreid, et esialgne vahelduv pinge muuta kohe alalisvooluks, samas kui alternaator toodab algselt vahelduvvoolu ja teisendab selle vajadusel retsifikaatori abil alalisvooluks. Alternaatoritel on tavaliselt parem efektiivsus ja väiksem hooldusvajadus.

Hooldus ja ohutus

• Kontrolli rihma pinget ja kulumist — lõtv või kulunud rihm vähendab generaatori väljundit.
• Jälgi harjade ja laagerde seisu; kulunud harjad tuleb vahetada enne, kui need põhjustavad talitlushäireid.
• Hoiusta ja kontrolli jahutussüsteemi (ventilaatorid ja õhuavad), sest ülekuumenemine vähendab eluiga.
• Enne elektritööde tegemist sõiduki juures lahuta aku, et vältida lühiseid ja vigastusi.

Kokkuvõtlikult on vahelduvvoolugeneraator (alternaator) seade, mis muundab mehaanilise pöörlemise elektrienergiaks, kasutades pöörlevat magnetvälja ja staatori mähiseid. Tema konstruktsioonid ja suurused ulatuvad väikestest autogeneraatoritest kuni suurte turbogenereatoriteni elektrijaamades.

Küsimused ja vastused

K: Mis on vahelduvvoolu generaator?

K: Kas igas autos on generaator?

K: Kuidas enamik vahelduvvoolugeneraatoreid töötab?

K: Kas mis tahes vahelduvvoolugeneraatorit võib nimetada vahelduvvoolugeneraatoriks?

K: Mis on magneto seoses vahelduvvoolugeneraatoriga?

K: Kuidas nimetatakse auruturbiinide abil töötavate elektrijaamade vahelduvvoolugeneraatoreid?

K: Kas turbo-alternaatorid on samad kui tavalised generaatorid?

Otsing