גנרטור חשמלי, המכונה גם דינמו, כל מכונה שממירה אנרגיה מכנית לחשמל להעברה והפצה על קווי חשמל ללקוחות ביתיים, מסחריים ותעשייתיים. גנרטורים מייצרים גם את הכוח החשמלי הנדרש לרכבים, כלי טיס, אוניות ורכבות.
הכוח המכני לגנרטור חשמלי מתקבל בדרך כלל מפיר מסתובב והוא שווה למומנט הפיר כפול המהירות הסיבובית, או הזוויתית. הכוח המכני עשוי להגיע ממספר מקורות: טורבינות הידראוליות בסכרים או מפלים; טורבינות רוח; טורבינות קיטור באמצעות קיטור המופק מחום משריפת דלקים מאובנים או מביזור גרעיני; טורבינות גז בוערות גז ישירות בטורבינה; או מנועי בנזין ודיזל. הבנייה ומהירות הגנרטור עשויים להשתנות במידה ניכרת בהתאם למאפיינים של מוליך ראש מכני.
כמעט כל הגנרטורים המשמשים לאספקת רשתות כוח חשמליות מייצרים זרם חילופי, ההופך את הקוטביות בתדר קבוע (בדרך כלל 50 או 60 מחזורים, או היפוכים כפולים, בשנייה). מכיוון שמספר גנרטורים מחוברים לרשת חשמל, הם חייבים לפעול באותה תדר לצורך ייצור סימולטני. לכן הם ידועים כגנרטורים סינכרוניים או, בהקשרים מסוימים, אלטרנטורים.
גנרטורים סינכרוניים
הסיבה העיקרית לבחירת זרם חילופין לרשתות כוח היא שהשונות המתמדת שלה עם הזמן מאפשרת להשתמש בשנאים. מכשירים אלה ממירים כוח חשמלי בכל מתח וזרם שהוא נוצר למתח גבוה וזרם נמוך להעברה למרחקים ארוכים ואז הופכים אותו למתח נמוך שמתאים לכל צרכן בודד (בדרך כלל 120 או 240 וולט לשירות ביתי). הצורה הספציפית של זרם חילופין המשמש היא גל סינוס, ובו הצורה המוצגת באיור 1. זה נבחר מכיוון שהוא הצורה החוזרת על עצמה היחידה שלשמה ניתן להעביר או לגרוע שני גלים שנעקרים זה מזה בזמן ולהביא את אותה צורה מתרחשת כתוצאה. האידיאל הוא אם כן שיהיו כל המתחים והזרמים בעלי צורה של סינוס. הגנרטור הסינכרוני נועד לייצר צורה זו בצורה מדויקת ככל שהיא מעשית. זה יתברר כאשר המרכיבים העיקריים והתכונות העיקריות של גנרטור כזה מתוארים להלן.
רוטור
גנרטור סינכרוני אלמנטרי מוצג בחתך רוחב באיור 2. הפיר המרכזי של הרוטור משודך לתמרן המכני. השדה המגנטי מיוצר על ידי מוליכים, או סלילים, עטופים לחריצים החתוכים על פני רוטור הברזל הגלילי. קבוצת סלילים זו, המחוברת בסדרה, מכונה אם כן שדה מתפתל. המיקום של סלילי השדה הוא כזה שהרכיב המכוון או הרדיאלי כלפי חוץ של השדה המגנטי המיוצר בפער האוויר לסטטור מופץ בסינוסואיד בערך סביב פריפריות הרוטור. באיור 2, צפיפות השדה בפער האוויר היא מקסימאלית כלפי חוץ בחלקה העליון, מקסימום כלפי פנים בתחתית, ואפס בשני הצדדים, בקירוב חלוקה סינוסואידית.
סטטור
הסטטור של הגנרטור היסודי באיור 2 מורכב מטבעת גלילית העשויה מברזל בכדי לספק נתיב קל לשטף המגנטי. במקרה זה, הסטטור מכיל סליל אחד בלבד, כאשר שני הצדדים מכילים חריצים בברזל והקצוות מחוברים זה לזה על ידי מוליכים מעוקלים סביב פריפרית הסטטור. הסליל בדרך כלל מורכב ממספר סיבובים.
כאשר מסתובב הרוטור נוצר מתח בסליל הסטאטור. בכל רגע, גודל המתח פרופורציונאלי לקצב בו השדה המגנטי המוקף על ידי הסליל משתנה עם הזמן - כלומר הקצב בו השדה המגנטי עובר על שני צידי הסליל. לפיכך המתח יהיה מקסימלי בכיוון אחד כאשר הרוטור פנה 90 מעלות מהמיקום המוצג באיור 2 ויהיה מקסימום בכיוון ההפוך 180 ° מאוחר יותר. צורת הגל של המתח תהיה בערך מצורת הסינוס המוצגת באיור 1.
