Hidrogenerator

Vađenjerotorahidrogeneratora kod popravka (remonta) uHidroelektrani Đale.

Mala hidroelektrana Zeleni vir,puštena u rad 1921., danas je u sastavuHE Vinodol.Na slici se vidi strojarnica s originalnim strojevima starim oko 90 godina.

UstojarniciHE Kraljevac:agregat (vodna turbina+ hidrogenerator) iz 1912. i noviji, ugrađen 1932.

Agregat (vodna turbina+ hidrogenerator) biološkog minimum naMHE Čakovec.

Agregat (vodna turbina+ hidrogenerator) biološkog minimum naMHE Krčić.

Hidrogeneratorjeelektrični generator,redovitotrofaznisinkroni,tjeranvodnom turbinom.Sinkrona brzina vrtnje određena je vrstom vodne turbine i ovisi ohidrauličnimprilikama (o količini vode i visini pada). Kod malih padova i velikihsnagačesto je potrebno, zbog svojstavaturbine,graditi hidrogeneratore za malebrzine vrtnje,s velikim brojemmagnetskih polova.Osovina(vratilo) hidrogeneratora obično je okomita, a vrlo rijetko vodoravna. U takozvanoj cijevnoj izvedbi (za male padove vode)generatori turbina čine cjelinu, jer je generator ugrađen u posebno kućište (takozvano kruška) ispred turbine, koje je u vodoravnom položaju potopljeno u vodotok. Rotor hidrogeneratora uvijek se izvodi s istaknutim magnetskim polovima. Zbog velikih mjera i mase, hidrogeneratori se u tvornicama grade od više dijelova, koji se nakon prijevoza na mjesto ugradnje spajaju i ispituju prije puštanja u pogon. Hlade se zrakom u zatvorenom krugu s vodnim hladnjacima, a postoje i izvedbe s izravnim hlađenjem namota vodom. Velike brzine pobjega vodnih turbina zahtijevaju visok stupanj sigurnosti mehaničke konstrukcijerotorai provjeru mehaničke ispravnosti pokusom vitlanja.

Hidrogeneratori proizvedeni u poduzećuKončar-Elektroindustrija d. d.rade širom svijeta, na svih pet kontinenata, a veličinom i posebnošću konstrukcije ističu se oni zaHE Đerdap(snagahidrogeneratora 190 MVA = 190MW),HE Zakučaci HE Shiroro uNigeriji(176 MVA). U svijetu su već u pogonu hidrogeneratori snage do 800 MVA.

Sinkroni generatori

Podrobniji članak o temi:Sinkroni stroj

Sinkrone strojeve koji se koriste u elektranama za proizvodnju električne energije zovemo (sinkronim) generatorima. Dijele se u dvije kategorije:turbogeneratorei hidrogeneratore. Turbogeneratori najčešće imaju dva ili četiri pola, što znači da se vrte s 3 000 ili 1 500okretaja u minuti.Kaopogonskistroj koristeparnu turbinu,pa se stoga nalaze utermoinuklearnim elektranama.Hidrogeneratori imaju znatno više polova, a brzine vrtnje im mogu biti i manje od 70 okretaja u minuti, pa su stoga pogodniji za upotrebu uhidroelektranama.Zbog velike razlike u nazivnoj brzini, turbo i hidrogeneratori su vrlo različiti i izgledom.Promjerrotora turbogeneratora je ograničenmehaničkom čvrstoćomsvojihkonstrukcijskih dijelova,i ne može biti mnogo veći od jednogmetra.Hidrogeneratori zbog sporije brzine imaju mnogo veći promjer, i do dvadesetak metara, ali i kod njih je upravoobodna brzinavrtnje ograničavajući čimbenik. Često se hidrogeneratori izvode s okomitomosovinom,gdje jeturbinaispod generatora, a turbogeneratori su u pravilu pored parne turbine, na vodoravnoj osovini.

Višefazni generator

Potpuno novu konstrukciju električnih generatora izmjenične struje stvorio jeNikola Tesla1885. kad je otkrio višefazne struje, odnosnovišefazne sisteme.Ti višefazni sistemi mogu biti dvofazni, trofazni, četverofazni i tako dalje, ali se praktički gotovo isključivo upotrebljavatrofazni sistem.Naime, električni generator može biti tako građen da proizvodi u isti mah više izmjeničnih struja. U tom slučaju njegov stator ima više potpuno odijeljenih namotaja koji se sastoje od skupine u seriju vezanih namota. Jedna takva skupina zove se fazni namotaj ilifaza.

Dosada opisani generator izmjenične struje ima samo jedan namotaj s jednim početkom i jednim svršetkom, pa se zato zovejednofazni generator.Dvofazni generator ima dva posebna namotaja, međusobno pomaknuta za jednu polovinu polnog razmaka. Kod vrtnje polova takvog generatora u svakom se od tih namotaja inducira izmjenična struja, pa nastaju dvije odijeljene izmjenične struje koje su za 90° ili 1/4 perioda pomaknute jedna prema drugoj. Takva se struja zove dvofazna struja. Namotaj dvofaznog generatora ima dva početka i dva završetka, a prema tome četiri stezaljke, koje su označene s U - X (prva faza) i V - Y (druga faza).

Kodtrofaznog generatorastatorski namotaj ima tri potpuno neovisna namotaja ili tri faze koje su tako postavljene da međusobno čine kut od 120°. Svaki namotaj ima svojstrujni krugu kojem se nalaze trošila. Kad se rotor vrti, inducirat će se u svakom namotaju izmjenični napon, te će kroz trošila teći izmjenična struja. No te inducirane izmjenične struje neće biti istovremene, to jest one neće u isto vrijeme postići svoju maksimalnu, minimalnu ni nultu vrijednost. Između njih će postojati fazna razlika od 120°, to jest 1/3perioda.Namotaj trofaznog generatora ima tri početka i tri završetka, a prema tome šest stezaljki, koje su označene s U - X (prva faza), V - Y (druga faza) i W - Z (treća faza). Osim faznih vodiča R, S, T u trofaznom sustavu postoji inul vodiču kojem uopće ne teče struja. U svakom je trenutku zbroj struja u faznim vodičima jednak nuli, ali to vrijedi samo onda ako je opterećenje simetrično, to jest kada je ono jednako u sve tri faze. Dakle, kod simetričnog opterećenja nul vodič uopće nije potreban jer kroz njega struja ne teče. Prema tome, za prijenos trofazne struje ne treba šest nego samo tri električna voda kod jednolikog opterećenja svih faza, odnosno četiri voda ako faze nisu jednako opterećene.

Kod trofaznog generatora moramo razlikovati fazni i linijski električni napon. Fazni naponU_fje napon između faznog vodiča i nul vodiča. Linijski naponUje napon između pojedinih faznih vodiča. Linijski napon nije jednak dvostrukom faznom naponu jer trenutni naponi u namotajima pojedinih faza nisu jednaki, pa se linijski napon izračunava iz izraza:

$U={\sqrt {3}}\cdot U_{f}=1,73\cdot U_{f}$

Kad se kod trofaznog sistema govori o naponu, uvijek se pri tom misli na linijski napon. Ako se kod generatora u svakoj fazi induciraelektromotorna silaod 220 V, onda je fazni napon 220 V, a linijski napon 380 V. Električna trošila mogu se priključiti na fazni ili linijski napon. Manja trošila, na primjeržarulje,priključuju se obično na fazni napon. U tom slučaju treba nul vodič. Na linijski napon priključuju seelektromotorii toplinski aparati.

Teslin pronalazak višefaznih struja bio je jedan od najvažnijih izuma uelektrotehnici.Već nam je naime poznato da izmjeničnu struju velike jakosti, a niskog napona, možemo pomoću transformatora pretvoriti u struju male jakosti, a visokog napona. Takva se struja šalje na velike udaljenosti bez mnogo gubitaka. Međutim, kad je Tesla došao u Ameriku, gradili su se samo generatori istosmjerne struje, niskog napona, koja se nije mogla transformirati, a prema tome ni voditi na velike daljine. Osim toga je napon istosmjerne struje kod vođenja do potrošača pao zbog električnog otpora dovodnih električnih vodova. Zato je trebalo graditi mnogo električnih centrala i to za svako mjesto, a zavelik grad i nekoliko njih. Takav prijenos električne energije bio je vrlo neekonomičan. Problem je riješen izmjeničnim strujama, a Tesla ga je potpuno riješio svojim sistemom višefaznih struja i izumom trofaznog generatora. Sve današnje velike električne centrale rade s Teslinim trofaznim strujama, a na toj osnovi sagrađena je i prva velikahidroelektranana slapovima Niagare.