1. No category

Vekselstrømsgenerator
Hva er en vekselstrømsgenerator?
- En vekselstrømsgenerator er en enhet som konverterer/transformerer mekanisk energi til
elektrisk energi ved hjelp av elektromagnetisk induksjon.
Hvordan oppstod vekselstrømsgeneratoren?
- Vekselstrømsgeneratoren ble originalt designet av oppfinneren, fysikeren og ingeniøren
Nikola Tesla (1856-1943) som ble født i dagens Kroatia, men endte opp som amerikansk
statsborger. Det pågikk en krig internt i elektrisitetens domene mellom Thomas Edison og
Tesla. Denne krigen ble kalt «strømkrigen». Eidison var for likestrøm, mens Tesla var for
vekselstrøm. Tesla vant da vekselstrømmen viste seg å være mer gunstig og effektiv, spesielt
for transport av strømmen over større avstander.
- Grunnen til dette er fordi man kan transformerer vekselspenning opp eller ned ved hjelp av
transformatorer, også kalt trafoer. Jo større spenning man har over et strekk, jo mindre
effekttap vil man ha. P = U^2 / R
Hvordan virker en vekselstrømsgenerator?
- Den mekaniske kilden som må til på den ene siden av generatoren kan være alt fra en
pedaldrevet sykkel til en turbin. Så lenge kilden får en aksling til å gå rundt, er prinsippet
oppnådd. Ut fra den andre siden skal vi da få elektrisk energi.
Mekanisk består en generator av hovedkomponentene:
Rotor som er den roterende del av en generator og som er direkte tilknyttet akselen,
denne delen inneholder to forskjellige sett med viklinger; primærviklinger og
sekundærviklinger. Primærviklingene er de største ytterste viklingene.
- En vikling er et antall vindinger om en felles kjerne som danner en elektrisk
strømkrets.Ofte av materialet Cu.
Statoren er den stasjonære del av en generator.
Akslingen som bærer rotor. Denne tilknyttes turbin eller en annen maskin.
I de tidligere generatorer har sleperinger med børser har også vært brukt i tillegg. Ulempen
med denne løsningen for elektrisk overføring er vedlikeholdsdelen. Disse blir utsatt for stor
mekanisk friksjon, og børstene vil til slutt bli slepet ned og må byttes. Det skal sies at denne
løsningen fortsatt blir brukt i biler, men det er ikke så stor fysisk påkjenning når det gjelder
den lille skalaen av en generator som er i bil.
Elektriske hoveddeler:
Ankeret (magnetisk anker) er en betegnelse på arbeidsviklingene/primærviklingene i
statoren. Det er disse som fører hovedstrømmen som leveres til den ytre kretsen.
Feltet er det magnetiske feltet i en elektrisk maskin. Felt dannes med elektromagneter
eller permanentmagneter.
Magnetiseringsutrustningen sørger for elektrisk strøm til feltet dersom det dannes av
elektromagneter. Magnetiseringen kan skje ved:
Egenmagnetisering der maskinen selv skaffer strøm for formålet
Fremmedmagnetisering der en egen utrusting, uavhengig av
generatoren, sørger for strøm til feltet. Dette kan være fra batterier eller fra en egen
mindre likestrømsmaskin. - Dette trengs kun når det er lenge siden generatoren har
gått, da det vil lagres litt magnetisk felt i metallet viklingene er viklet rundt.
Generatorens strømproduksjonstrinn:
Først vil vi skape rotasjon av rotoren – dette gjør vi ved å spinne akselen rundt og rundt ved
hjelp av mekanisk energi, for eks. med en dieselmotor. Videre vil vi sette spenning på
viklingene på rotoren slik at vi får dem magnetisert – dette kan vi gjøre ved hjelp av DCspenning inn på en spole som sitter i statoren som da sammen med den allerede roterene
rotoren skaper AC-spenning i en del av rotorens sekundærviklinger. Men vi er ikke interessert
i at rotorens primærviklinger skal være AC, da dette skaper et ustabilt magnetfelt. Derfor har
vi en diodebro fra sekundærviklingene til primærviklingene som omformer AC til DC. Igjen,
grunnen til at vi bruker DC-spenning til selve magnetiseringen av rotoren er fordi DC vil
skape et stabilt magnetfelt, mens AC vil skape et ujevnt magnetfelt da AC endrer retning frem
og tilbake. Nå vil rotorens magnetiske viklinger rotere inne i statoren som også har viklinger.
På grunn av at magnetviklingene i rotoren spinner raskt forbi statorens viklinger vil det bli
indusert vekselstrøm i statorens viklinger. Ut ifra disse vil strøm gå ut til å forsyne anlegg.
Ankerreaksjon: Jo større strøm ut fra generatoren, jo mer vil magnetfeltet statoren
produserer motvirke magnetfeltet rotoren produserer, dette vil bremser rotoren og får den
mekaniske enheten (dieselmotoren) til å måtte jobbe hardere for å rotere akslingen. Det vil si
at det trengst enda mer kraft fra den mekaniske enheten for å opprettholde effekten ut av
generatoren. Derfor påvirker den elektriske lasten den mekaniske belastningen direkte. og
dermed fuelforbruket.
Ytelse:
Generatorer kan variere i ytelse fra noen få watt (W) i håndholdte batteriløse apparater, til
mange hundre megawatt (MW). Verdens til nå (2015) største generatorer blir satt i drift i et
kjernekraftverk i Kina, disse har en ytelse på 1750 MW hver.
Ved bruk av transformatorer kan spenningen enkelt heves og store energimengder overføres
over store avstander med lite tap.
Tidlige generatorer og tilhørende kraftsystemer hadde frekvenser på for eksempel 25, 50, 60,
125, og 133 Hz. Dette gir problemer for samkjøring og tidlig ble 60 Hz introdusert som
standard i Nord-Amerika. 50 Hz ble valgt i resten av verden. Det som ble sett på som
akseptabel spenning i generatorer ble også stadig økt. I dag er spenningen i generatorer typisk
i intervallet 11 – 35 kV.
Justering av ytelse:
Spenningen regulerer vi ved å justerer magnetfeltet i rotoren. Frekvensen på båten er 50Hz,
det er direkte sammenheng mellom turtallet drivmotoren har og frekvensen generatoren
leverer. Frekvensen i generatoren kan justeres i forhold til turtallet.
Eksempel på ytelse i moderne store fartøy:
På for eksempel Color Magic cruiseskipet har dem fire dieselmotorer som driver hver sin
generator. Tilsammen blir dette systemet kalt dieselgenerator (DG).
Generatorenes spesifikasjoner:
2428KVA
50Hz
690V
1000 rpm
0,8 effektfaktor
Forsvarssammenheng:
Man vil nok komme borti generatorer på en eller annen måte i Sjøforsvaret. Enten om det er
overvåkning, igangsetting eller vedlikehold. Dette er nok noe som alltid vil være tilstedet på
alle fartøy i veldig lang tid fremover. Det er ikke noe som er på vei ut, som jeg vet om.
- Jeg vet ikke hvordan praksisen er på et marinefartøy, men på f.eks Color Magic var det
vanlig rutine, om generatoren hadde stått av lenge, og kick-starte generatoren med et lite
batteri.
Sammendrag:
Mekanisk del vil få aksling til å rotere, da vil også rotor rotere i senter av stator. Det vil oppstå
to magnetfelt som vil produsere elektrisk energi ut til anlegget. Strømmen blir altså indusert
mellom magnetene når de har fart forbi hverandre. I dette tilfellet er vi helt avhengige av at
maskinistene holder den mekaniske delen oppegående slik at vi får en rotasjon i
generatorsystemet.