Ze względu na zasilanie uzwojenia wzbudzania wyróżnia się prądnice[3]:
Obcowzbudne – uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z innego urządzenia. Do tej kategorii zaliczane są także prądnice wzbudzane magnesami trwałymi.
Samowzbudne – uzwojenie wzbudzenia zasilane jest prądem wytworzonym przez prądnicę. Ze względu na połączenie uzwojenia wzbudzania z uzwojeniem twornika w prądnicach samowzbudnych wyróżnia się prądnice
szeregowe – uzwojenie wzbudzania połączone jest szeregowo z uzwojeniem twornika,
bocznikowe – uzwojenie wzbudzania połączone jest równolegle z uzwojeniem twornika,
szeregowo-bocznikowe – prądnica ma dwa uzwojenia wzbudzające, jedno połączono jest szeregowo, a drugie równolegle do twornika.
Budowa i zasada działania
Prądnica synchroniczna eksponowana przez EMIT na Trako 2015.
Głównymi częściami prądnicy są stojan (nieruchoma część związana z obudową) oraz wirnik (rotor, część wirująca wewnątrz stojana). Jednocześnie z punktu widzenia pełnionych zadań w prądnicy wyróżniamy magneśnicę, odpowiedzialną za wzbudzanie strumienia magnetycznego oraz twornik, w uzwojeniach którego indukuje się siła elektromotoryczna. W prądnicach prądu stałego magneśnica jest częścią nieruchomą, usytuowaną w stojanie, a twornik — częścią wirującą (wirnikiem). Uzwojenie cewki umieszczonej w wirniku prądnicy przecina linie pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie wzbudzające magneśnicy i dzięki temu indukuje się w nim siła elektromotoryczna. W prądnicach prądu przemiennego zazwyczaj wiruje magneśnica, a twornik, umieszczony w stojanie, stoi nieruchomo[4].
Przykładami prądnic prądu stałego są dysk Faradaya i prądnice pojazdów. Prądnicami prądu przemiennego są alternator, turbogenerator i dynamo rowerowe (prąd jest wytwarzany w nieruchomych uzwojeniach stojana przez wielobiegunowe, wirujące pole magnetyczne związane z obracającym się wirnikiem).
Historia
Prądnica Hippolyta PixiiPrądnica Woolricha, eksponat z Thinktank, Birmingham Science MuseumPrądnica Antonia Pacinottiego z około 1860 roku zaprezentowana na Wystawie Elektrycznej w Paryżu w 1867 roku
W 1831 roku Michael Faraday odkrywa indukcję elektromagnetyczną, prezentuje kilka doświadczeń w których uzyskuje chwilowy przepływ prądu w cewce w wyniku przerywania prądu w innej cewce. Opisuje indukowanie ciągłego prądu uzyskiwanego przez obrót przewodzącego dysku w polu magnetycznym, zwanego później dyskiem Faradaya lub maszyną jednobiegunową. Jego urządzenie wytwarzało niewielki prąd, nie był w stanie wywołać iskry elektrycznej, nie dokonywał elektrolizy wody, ale odchylał wskazówkę galwanometru[5]. Po udoskonaleniach przez innych twórców urządzenie to wytwarzało prąd stały o dużym natężeniu, lecz niewielkim napięciu.
W 1832 roku francuski fizyk Hippolyte Pixii(inne języki) skonstruował prądnicę prądu przemiennego, w której prąd elektryczny był wytwarzany w wyniku obrotu magnesu w pobliżu cewki. Wówczas prąd przemienny nie był interesujący dla badaczy. Po sugestii Ampera wprowadził komutator, uzyskując prąd płynący w jednym kierunku[6].
Po odkryciu Faradaya rozpoczęto budowę rozlicznych maszyn elektrycznych wytwarzających prąd elektryczny. Konstrukcje z lat 30. XIX w. były urządzeniami pokazowymi lub laboratoryjnymi do celów eksperymentalnych. Najwcześniejszym generatorem elektrycznym używanym w procesie przemysłowym. Jest opatentowana w 1841 r. a zbudowana w 1844 r. (prądnica Woolricha(inne języki)) wykonana według projektu Johna Stephena Woolricha, używana przez firmę Elkington Silver Electroplating Works(inne języki) do galwanizacji[7].
W 1846 r. Werner von Siemens udoskonalając telegraf wskazówkowy wprowadza do niego prądnicę (impulsator) z nowatorskim wówczas a zbliżonym do obecnie powszechnie stosowanego, sposobem nawijania uzwojenia wirnika, zwanym podwójne T, będącym pierwowzorem uzwojeń żłobkowych. Telegraf ten działał bez zewnętrznego zasilania, impuls elektryczny powstawał w wyniku przestawiania wskazówki nadawcy, był produkowany dla Królewskich Bawarskich Kolei Państwowych. Próby zastąpienia słabych wówczas magnesów stalowych elektromagnesami były podejmowane przez różnych konstruktorów prądnic, ale dopiero konstrukcja Siemensa z 1866 r., w której w induktorze z telegrafu zamienił magnes na elektromagnes zasilany wytworzonym przez prądnicę prądem okazała się skuteczną prądnicą samowzbudną. Siemens uważał, że konstrukcja wydajnej prądnicy, a tym samym taniego i łatwego wytwarzania prądu otwiera szerokie możliwości zastosowania elektryczności[8].
Prądnice Siemensa miały na wirniku jedno uzwojenie, przez co wytwarzały prąd jednokierunkowy silnie tętniący, co było niekorzystne. Udoskonaleniem konstrukcji prądnic było wynalezienie wirnika pierścieniowego z wieloma uzwojeniami, które przypisuje się znanemu tylko z imienia Elias w latach 40. XIX w., Rozwiązanie ponownie zademonstrowane zostało przez włoskiego fizyka, wówczas studenta Antonia Pacinotti w 1863 r. Osiągnięciem Pacinottiego było wykazanie, że silnik może być prądnicą, a prądnica silnikiem[9]. Dalszy rozwój tej koncepcji i jej komercjalizację zapewnił Zénobe Gramme, który w 1870 patentuje, a w 1871 rozpoczyna produkcję prądnic z wieloma uzwojeniami na wirniku i komutatorem, zwanych maszyną Gramma(inne języki). Cewki wirnika w tej prądnicy były nawinięte na wspólnym pierścieniu i kolejno przechodziły w pobliżu magnesów, przez co miała ona niezbyt dużą wydajność, mimo to była najwydajniejszą prądnicą w tamtym czasie, za co Gramme został uhonorowany kilkoma nagrodami[10][11].
Friedrich von Hefner-Alteneck(inne języki) główny inżynier w fabryce Siemensa, skonstruował w 1872 r. a przedstawił na Wystawie Wiedeńskiej w 1873 r. prądnicę, której wirnik ma komutator, a uzwojenia są ułożone równolegle do jego osi tak jak w podwójnym T, układ ten jest stosowany nadal[12].
W latach 70. XIX w. Edison rozwija oświetlenie elektryczne skonstruowanymi przez niego żarówkami, zbudowana w roku 1878 r. w jego zakładach prądnica wyróżniała się wydajnością[13][14].
W latach 80. XIX w. Edison wykonuje wiele sieci elektrycznych, przeznaczonych głównie do oświetlania, zasilanych prądnicami prądu stałego o napięciu od 110 V do 220V[15].
Dopiero wprowadzenie do stosowania prądu przemiennego (w wyniku prac Nikoli Tesli, prowadzonych od roku 1887) spowodowało szybki postęp w budowie i zastosowaniach prądnic prądu przemiennego. Pierwszy krok w tym kierunku uczynił już w roku 1889 Sebastian Ziani de Ferranti, który zainstalował prądnice dające prąd przemienny o napięciu 10 000 V (korzystniejszy do przesyłania na duże odległości) w elektrowni w Deptford, zasilającej Londyn[16].
↑AnielaA.TopulosAnielaA., JolantaJ.IwańskaJolantaJ., ElżbietaE.TabaczkiewiczElżbietaE., Mały ilustrowany leksykon techniczny, Wyd. 2, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1983, s. 416, ISBN 978-83-204-0602-3 [dostęp 2024-11-04].
↑F. Sherwood Taylor: Historia nauk przyrodniczych w zarysie. Wyd. II. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1962, s. 169, seria: Biblioteka Powszechna.
↑115, Electric Generator [online], Thomas A. Edison Papers | The School of Arts and Sciences, Rutgers, The State University of New Jersey [dostęp 2024-11-25](ang.).
.jpg)
.jpg)
