Alternator je električni generator koji pretvara mehaničku energiju u električnu energiju u obliku izmjenične struje. Zbog troškova i jednostavnosti, većina alternatora koristi rotirajuće magnetsko polje sa stacionarnom armaturom. Povremeno se koristi linearni alternator ili rotirajuća armatura sa stacionarnim magnetskim poljem. U principu, bilo koji AC električni generator može se nazvati alternatorom, ali obično se taj pojam odnosi na male rotirajuće strojeve koje pokreću automobilski i drugi motori s unutarnjim izgaranjem. Alternator koji koristi magnet za svoje magnetno polje naziva se magneto. Alternatori u elektranama koje pokreću parne turbine nazivaju se turbo-alternatori. Veliki 50 ili 60 Hz trofazni alternatori u elektranama generiraju najveći dio svjetske električne energije, koja se distribuira putem električnih mreža.
Sustavi generiranja izmjenične struje poznati su u jednostavnim oblicima od otkrića magnetske indukcije električne struje 1830-ih. Rotirajući generatori prirodno su proizvodili izmjeničnu struju, ali, budući da za nju nije bilo mnogo koristi, normalno se pretvarala u istosmjernu struju dodavanjem komutatora u generator. Rane strojeve razvili su pioniri kao što su Michael Faraday i Hippolyte Pixii. Faraday je razvio “rotirajući pravokutnik”, čiji je rad bio heteropolar – svaki aktivni vodič je prošao sukcesivno kroz područja gdje je magnetsko polje bilo u suprotnim smjerovima. Lord Kelvin i Sebastian Ferranti također su razvili rane alternatore, proizvodeći frekvencije između 100 i 300 Hz.
Krajem sedamdesetih godina prošlog stoljeća uvedeni su prvi veliki elektroenergetski sustavi s centralnim generacijskim stanicama za napajanje lučnih svjetiljki, koje su služile za osvjetljavanje čitavih ulica, tvorničkih dvorišta ili unutrašnjosti velikih skladišta. Neki, kao što su Yablochkov lampe s lukom uvedene 1878., bolje su funkcionirale na naizmjeničnu struju, a razvoj tih ranih sustava za generiranje izmjenične struje bio je popraćen prvom upotrebom riječi “alternator”. Snabdijevanje odgovarajućom količinom napona iz proizvodnih stanica u tim ranim sustavima prepušteno je inženjerskoj vještini u “vožnji tereta”. Godine 1883. Ganz Works izumio je generator konstantnog napona koji bi mogao proizvesti navedeni izlazni napon, bez obzira na vrijednost stvarnog opterećenja. Uvođenje transformatora sredinom 1880-ih dovelo je do raširene uporabe izmjenične struje i uporabe alternatora potrebnih za njegovu proizvodnju. Nakon 1891. uvedeni su polifazni alternatori za opskrbu strujom iz više različitih faza. Kasniji alternatori dizajnirani su za različite frekvencije izmjenične struje između šesnaest i oko stotinu herca, za uporabu s lukom, svjetiljkama sa žarnom niti i elektromotorima. Specijalizirani radiofrekventni alternatori poput alternatora Alexanderson razvijeni su kao dugovalni radioodašiljači oko 1. svjetskog rata i korišteni su u nekoliko bežičnih telegrafskih stanica velike snage prije nego što su ih vakuumske cijevi zamijenile.
Vodič koji se kreće u odnosu na magnetsko polje razvija elektromotornu silu (EMF) u njoj (Faradayev zakon). Ovaj EMF mijenja polaritet kada se pomiče pod magnetnim polovima suprotnog polariteta. Tipično, rotirajući magnet, koji se naziva rotor, okreće se unutar stacionarnog seta vodiča namotanih u zavojnice na željeznu jezgru, nazvanu stator. Polje prelazi preko vodiča, stvarajući inducirani EMF (elektromotorna sila), jer mehanički ulaz uzrokuje okretanje rotora.
Rotirajuće magnetsko polje inducira izmjenični napon u namotima statora. Budući da struje u namotajima statora variraju u koraku s položajem rotora, alternator je sinkroni generator.
Magnetsko polje rotora može se proizvesti stalnim magnetima ili elektromagnetom namota polja. Automobilski alternatori koriste namotaj rotora koji omogućuje kontrolu generiranog napona alternatora mijenjanjem struje u namotu polja rotora. Strojevi s trajnim magnetom izbjegavaju gubitak zbog struje magnetiziranja u rotoru, ali su ograničeni u veličini, zbog cijene magnetnog materijala. Budući da je polje stalnog magneta konstantno, napon terminala varira izravno s brzinom generatora. Brushless AC generatori su obično veći od onih koji se koriste u automobilske primjene.
Automatski uređaj za kontrolu napona kontrolira struju polja kako bi održao konstantan izlazni napon. Ako izlazni napon iz stacionarnih zavojnica armature opadne zbog povećane potražnje, više struje ulazi u rotirajuće zavojnice polja kroz regulator napona (VR). To povećava magnetsko polje oko svitaka polja koje inducira veći napon u armaturnim svitcima. Dakle, izlazni napon se vraća do svoje izvorne vrijednosti.
Alternatori koji se koriste u centralnim elektranama također kontroliraju struju polja za reguliranje jalove snage i za stabilizaciju elektroenergetskog sustava protiv učinaka trenutnih grešaka. Često postoje tri seta namotaja statora, koji su fizički pomaknuti tako da rotirajuće magnetsko polje proizvodi tri fazna struja, pomaknuta za jednu trećinu perioda u odnosu na svaku drugu.
Izvor: Wiki
