Prądnice elektryczne (generatory elektryczne)

Są to urządzenia, które przekształcają energię mechaniczną w energię elektryczną.
Pierwsza prądnica została skonstruowana w roku 1831, przez fizyka i chemika angielskiego Michaela Faraday’a, który notabene był odkrywcą indukcji elektromagnetycznej.
Z kolei rok 1832 za sprawą francuskiego fizyka Hippolyta Pixii przyniósł prądnicę prądu przemiennego.

W elektrowniach wodnych stosuje się dwa typy prądnic
• asynchroniczne (indukcyjne) trójfazowe prądu przemiennego
• synchroniczne trójfazowe prądu przemiennego

W zależności od konstrukcji turbin wyróżniamy prądnice z wałem :
• pionowym
• poziomym
• ukośnym

W elektrowniach wodnych stosuje się prądnice prądu przemiennego tj. takiego, który jest okresowo zmienny i jego wartości chwilowe ulegają zmianom w taki sposób, że są powtarzalne z określoną częstotliwością.

Prąd przemienny, podlega łatwej transformacji energii elektrycznej, oraz umożliwia korzystanie z prostych i tanich układów trójfazowych.

Moc prądnicy w MEW jest zazwyczaj dobierana
do maksymalnej mocy turbiny.

Dodatkowym kryterium, przy doborze prądnic są typy turbin z jakimi mają współpracować ( spady, przełyki turbin ).
Należy starać się tak dobrać prądnice aby była ona bezpośrednio sprzężona z turbiną wodną; jest to rozwiązanie tańsze, niż w przypadku stosowania przekładni służących do ich połączenia.

Asynchroniczne trójfazowe (indukcyjne):

Budowa

Zasadniczo składają się z dwóch elementów stojana (zespołu nieruchomych elementów otaczających wirujący wokół stałej osi wirnik) i wirnika.
Do produkcji korpusu stojana wykorzystuje się stopy lekkie stali, najczęściej aluminium, które powoduje, że konstrukcja jest lekka, wytrzymała mechanicznie i sztywna.

Korpus (obudowa) stojana jest miejscem nawinięcia uzwojeń, które stanowią obwód elektromagnetyczny.
Wirnik również posiada własne uzwojenia w których płynie prąd wzbudzający pole magnetyczne.

Zasada działania

Ten typ prądnicy jest maszyną indukcyjną czyli działającej na zasadzie indukcji*** elektromagnetycznej. W uzwojeniu wirnika tworzy się siła elektromotoryczna**, powstała na skutek zmian strumienia magnetycznego w czasie.

Prąd w obwodzie wirnika „płynie” wyłącznie dzięki sile elektromotorycznej** powstałej na skutek wcześniej wspomnianej indukcji elektromagnetycznej.

W uzwojeniach wirnika płynie prąd wzbudzający pole magnetyczne*, a wirnik obracając się powoduje jego wirowanie.

Aby maszyna asynchroniczna mogła przejść w tryb pracy prądnicowej musi wirować z prędkością nadsynchroniczną w stosunku do również wirującego pola magnetycznego. Nie stanowi to problemu gdyż w typowych prądnicach asynchronicznych, przy obciążeniu znamionowym wirnik wiruje o ok.3% szybciej niż wynosi prędkość wirowania pola magnetycznego.

Wytwarzany prąd może być jedno- lub wielofazowy (najczęściej trójfazowy) – zależy to od liczby uzwojeń.

Zastosowanie

• Stosuje się wyłącznie w MEW, które nie mają charakteru źródeł rezerwowego zasilania.
• Zaleca się stosowanie wyłącznie w MEW z pobudek ekonomicznych, ponieważ cechują się prostą konstrukcją, są lekkie i tanie, a także nie wymagają regulacji napięcia i synchronizacji.

Zalety

• duża trwałość
• jedyne elementy ulegające zużyciu to łożyska

Ważne

• W MEW najczęściej stosuje się prądnice trójfazowe ( z 3 uzwojeniami )
• Generator asynchroniczny, który pobiera prąd z sieci, oddaje moc czynną tylko wtedy gdy równolegle pracuje z siecią zasilaną przez generatory synchroniczne. Nie może on samoistnie pracować na sieć wydzieloną
• Gdy napięcie w sieci zaniknie, napięcie generatora asynchronicznego również zaniknie
• Energia elektryczna, która zostaje wytworzona, przez prądnicę asynchroniczną zostaje „oddana” do lokalnej sieci elektroenergetycznej zasilanej równolegle z innych źródeł.
• Konstrukcje typowych silników asynchronicznych gwarantują wytrzymałość mechaniczną ich wirników na podwyższoną prędkość obrotową jedynie 1,2 razy większą niż prędkość znamionowa. Dlatego należy uzyskać od producenta gwarancję na wytrzymałość mechaniczną, przy zwiększonej prędkości rozbiegowej w czasie minimum 2 minut.

Należy pamiętać, że warunkiem pracy tej prądnicy jest zasilanie wirnika turbiną, w tym przypadku wodną, a także podłączenie do sieci elektrycznej lub baterii kondensatorów !