Alternátor je generátor, ktorý vyrába elektrický prúd. Ako alternátor, aj dynamo, patria do skupiny elektrodynamických zdrojov. V generátoroch sa premieňa energia kinetická na energiu elektrickú. Faradayov objav elektromagnetickej indukcie umožnil skonštruovať zariadenie, v ktorom možno získať elektrickú energiu na energetické účely. Tento spôsob výroby striedavého napätia a prúdu si vysvetlíme na príklade jednoduchého alternátora, v ktorom sa otáča vodivá slučka, prípadne cievka v homogénnom magnetickom poli. Cievka, alebo kotva, tvorí rotor generátora a permanentné magnety alebo elektromagnety, ktoré tvoria homogénne magnetické pole, nazývame stator.

Princíp funkčnosti

Keď sa vodivá slučka otáca uhlovou rýchlosťou, mení sa magnetický indukčný tok plochou S slučky. Podľa Faradayovho zákona, je indukované napätie rovné zmene magnetického indukčného toku delené zmenou času. Zmeny indukčného toku vyvolávajú vznik indukovaného napätia, ktoré nameriame na koncoch cievky. Keďže zmena indukčného napätia je najvačšia v okamihu, keď sa vodiče slučky pohybujú kolmo na indukčné čiary, má v tomto okamihu indukované napätie najvačšiu hodnotu. Naopak v okamihu, keď sa vodiče pohybujú v smere indukčných čiar je zmena magnetického indukčného toku najmenšia a indukované napätie je nulové. Závislosť indukovaného napätia od času zobrazíme sínusoidou a pre jeho okamžitú hodnotu platí vzťah U=Um.sin ω. t.

Keď sa slučka otočí o 180 stupňov, elektróny sa začnú pohybovať opačným smerom, lebo aj zmena je už opačná a keď sa znova dostane do pôvodnej polohy, celý proces sa opakuje stále dokola. Z toho jednoducho vyplýva, že frekvencia sa rovná počtu otáčok za sekundu.

Závislosť indukovaného napätia od času zobrazíme sínusoidou. V otáčavej slučke sa indukuje harmonické napätie s amplitúdou Um. Um zavísi nielen od veľkosti mag. indukcie B a plochy slučky S, ale aj od uhlovej frekvencie ω(Um=B.S.ω).

Použitie a stavba alternátora

V energetike sa používa na výrobu elektrickej energie trojfázový alternátor. Trojfázové alternátory nachádzame vo väčšine elektrární. V elektrárňach bývajú alternátory zvačša spojené s hriadeľom hnacej turbiny. Celý agregát sa nazýva turboalternátor. Podľa druhu hnacej turbíny môžu byť turboalternátory vodorovné (v tepelných turbínach) alebo zvislé (väčšinou vo vodných turbínach). V atómových elektrárňach para, ktorá je zohriata teplom reaktora, putuje ku lopatkám turboalternátora a roztáča ho. Na tento istý princíp pracuje generátor aj v tepelných elektrárňach. Pri výrobe elektrickej energie sa využíva vnútorná energia pary.

Vo vodných elektrárňach roztáča voda lopatky hydrogenerátora, ktorý poháňa alternátor. Pretože nemôžme zaručiť, že sa alternátor bude točiť rovnomerne, tak bol skonštruovaný asynchrónny alternátor. Pretože frekvencia otáčania alternátora by mohla klesnúť pod 50 Hz(to by zapríčinilo veľké straty na sieti), pri točení mu pomáha mechanický prevod, alebo elektromotor, ktorý vykrýva tieto straty spôsobené nestálou rýchlosťou vody dopadajúcej na lopatky hydrogenerátora. Vo veterných elektrárňach sa alternátor nachádza vo veži veternej turbíny, ktorá je poháňaná energiou vetra.

Trojfázový alternátor má dve hlavné časti. Stator je zložený z od seba navzájom izolovaných plechov, ktoré sú upevnené v kotve a majú tvar dutého valca, v drážkach sú uložené cievky pospájané tak, aby vzniklo trojfázové vinutie. Cievky sú vyrábané z medeného vodiča vysokej čistoty.

Rotor:

1. rotor s vyjadrenými pólmi - skladá sa z magnetov, uložených v magn. kolese, vinutia magnetov sú na jadrách a tvoria budiace cievky prepojené tak, aby
vznikol striedavo severný a južný pól, cievky su napájane cez dva krúžky.

2. hladky rotor - valec z 1 kusa špeciálnej ocele, do ktorého sú vyfrézované drážky, približne po 2/3 obvodu a vytvárajú dvojpólový rotor, v drážkach je sústredné vinutie z plochých pásikov oddelených izoláciou, drážku uztvára klin, pričom z druhej strany je vetrací kanálik. Budič je dynamo, ktoré tvorí s alternátorom konštrukčný celok. Stator sa skladá z plastu, ktorý je pevne priskrutkovaný na nosnú plošinu generátora, lebo musí odolávat veľkému momentu sily pri točení.
Rotory alternátorov bývajú zvyčajne konštruované na frekvenciu otáčania 3000 otáčok za minútu, takže alternátor je zdrojom troch napäti s frekvenciou 50 Hz.
Osi cievok alternátora zvierajú medzi sebou uhol 120° a preto sú jednotlivé napätia fázovo posunuté o 120°.