Asynchronní generátor

Asynchronní generátor je nejčastějším zdrojem proudu na současných malých vodních elektrárnách. Mezi jeho přednosti patří spolehlivost, jednoduchost a minimální nároky na údržbu. Jako asynchronní generátor lze bez úprav použít téměř každý asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko. (Tedy takový jaký se běžně používá například na pohon cirkulárky.)

Vzhled generátoru:

nejběžnější vzhled patkového asynch. generátoru      nejběžnější vzhled přírubového asynch. generátoru

Popisovat přesně děje, které se při výrobě proudu v asynchronním generátoru odehrávají je nad možnosti a rozsah těchto stránek. Pro praxi plně dostačuje vzít na vědomí, že:

Není-li vyžadována žádná automatizace a bude-li vodní motor obsluhován ručně, je připojení asynchronního generátoru k síti velmi jednoduché:

schema připojení asynch.generátoru k síti

Motor ve funkci asynchronního generátoru „G“ má jednotlivé fáze „L1“; „L2“; „L3“; připojeny k síti tak, aby přes převod otáčel turbínou (bez vody) v témže smyslu, v jakém se ona sama otáčí (když je hnána vodou). Červeně jsou označeny případné ochranné obvody, chránící generátor před přetížením a dalšími nežádoucími stavy. Wattmetr „W“ případně elektroměr ukazuje dodávku. Stykač s přídrží zajišťuje trvalé odpojení generátoru od sítě při jejím výpadku. Při výpadku elektřiny by mělo dojít také k odstavení vodního motoru. To se řeší většinou závažím, mechanickým náhonem od turbíny nebo hydraulicky z akumulátoru. U menších soustrojí (s vodními koly, Bánkiho nebo Francisovou turbínou) snese zařízení i otáčky naprázdno bez poškození, pokud byl použit pomaluběžný generátor.

Nejdůležitější, na co je potřeba při použití asynchronního generátoru pamatovat, je správná volba převodu a tím i otáček. Elektromotor, je-li použit jako asynchronní generátor pracuje při otáčkách nadsynchronních. Musí mít tedy vyšší otáčky, než je uvedeno na jeho štítku. Jaká je hodnota těchto nadsynchronních otáček zjistíte snadno.

Výpočet otáček

otáčky na štítku motoru  ot./min.





stroj má  magnetické póly a synchr. otáčky  ot./min.


  pro generátorový provoz je potřeba dosáhnout  ot./min

Převod mezi turbínou a generátorem musí být navržený tak, aby byly vypočtené otáčky dosaženy. Nebudou-li, neodevzdá generátor plný požadovaný výkon, případně nebude turbína pracovat v optimálním režimu. Otáčky uvedené výše naměříte jen při plném výkonu, při menší dodávce budou skutečné otáčky generátoru úměrně nižší, ale vždy nad otáčkami synchronními.)

Princip výpočtu

O kolik je štítková hodnota otáček motoru nižší než příslušné synchronní otáčky odpovídající počtu pólů a frekvenci v síti, o tolik bude potřeba motor přetočit, má-li fungovat jako generátor a dodávat jmenovitý výkon. V praxi, nejsou-li k dispozici podrobnější údaje o stroji, lze u běžných strojů v zásadě vycházet z následující tabulky:

přibližný údaj
na štítku motoru 		 690..740   910..990   1350..1490   2260..2950   [ot./min.] 
počet magn.pólů stroje  8 6 4 2
synchronní otáčky  750 1000 1500 3000  [ot./min.] 

Příklad:

Elektromotor s otáčkami 1430 ot./min. má být použit jako asynchronní generátor. Jeho otáčkám jsou nejbližší synchronní otáčky o hodnotě 1500 ot./min. Rozdíl mezi oběma hodnotami je 70 ot./min. Toto číslo je nutné k synchronním otáčkám přičíst. Získaný výsledek je 1570 ot./min. které musí generátor točit, aby do sítě dodával jmenovitý výkon uvedený na štítku. Na tyto otáčky musí být vypočítán převod mezi vodním motorem a generátorem.

Jaký generátor je vhodný:

Bylo by celkem logické použít takový generátor, jehož otáčky by byly co nejnižší (např. 400 až 740 ot./min.), aby se uspořilo na převodu. Nízkootáčkové stroje jsou však velké, drahé a špatně se chladí. Motory s vyššími otáčkami (např. 2800 ot./min.) jsou nejmenší, nejlacinnější a nejlépe se chladí vlastním ventilátorem. Použijí-li se jako generátor, je možné je za velké vody přetížit. Turbína se však musí značně převodovat do rychla a tak se část energie zbytečně ztrácí. Při výpadku sítě by odlehčený generátor dosáhl nebezpečně vysokých otáček a mohl by se roztrhnout. Proto se tyto vysokootáčkové motory ve funkci asynchronních generátorů nepoužívají. Kompromisním řešením pro menší elektrárničky je nejběžněji používaný typ čtyřpólový nebo šestipólový. Je nejdostupnější, jeho cena ještě přiměřená, chlazení dostatečně účinné a krátkodobě snese i průběžné otáčky odlehčené turbíny. S jeho výkonem to nepřehánějte. Jako každý točivý elektrický stroj má optimální účinnost, když pracuje jmenovitými parametry. Pracuje-li pak takový generátor valnou část roku zatížený sotva na 50%, počítejte s tím, že to s jeho účinností bude dost špatné. Zbytečně vzniká teplo nadměrnými jalovými proudy a magnetizačními ztrátami.

Provoz generátoru:

Obsluha je velmi jednoduchá a lze ji snadno automatizovat. Vodní motor je zpočátku uzavřený. Generátor se připojí k síti. Začne pracovat jako elektromotor a dosáhne asynchronních otáček. Potom obsluhující personál nebo automatika pozvolna otevře přívod vody do vodního motoru. Vodní motor začne generátor zrychlovat a až jej roztočí na nadsynchronní otáčky, začne soustrojí dodávat energii do sítě. Tím dojde k mechanickému zatížení a soustrojí se na těchto otáčkách ustálí. Zastavovat soustrojí se doporučuje obráceným postupem. Musí být však každopádně zabráněno obsluze připojit generátor omylem k síti, běží-li vodní motor naprázdno vysokými otáčkami.

[ úvod pro šikovné ruce ]