Usazený rotor elektrického generátoru ve vodní elektrárně Kamýk
Elektrický generátor vodní elektrárny je elektrické zařízení umožňující přeměnu mechanické energie točícího se rotoru turbíny na elektrickou energii, odebíranou ze statorových cívek generátoru. Oproti tenčím a delším generátorům spojených s parní turbínou v uhelných elektrárnách mají generátory vodních zdrojů podstatně větší průměr a menší osovou délku. Specifikem vodních generátorů je pomalejší rychlost otáčení a s tím související větší počet pólů. Těch může být v generátoru různě, od 4 až do 88.
Usazený rotor elektrického generátoru ve vodní elektrárně Kamýk
Pokud prochází budící cívkou umístěnou na rotoru stejnosměrný proud, vytvoří se okolo rotoru točivé magnetické pole, které se otáčí stejnou rychlostí jako rotor. Na základě elektromagnetické indukce pak vzniká v cívkách statoru elektrické střídavé napětí sinusového průběhu, přičemž u třífázového zapojení jsou cívky vzájemně posunuty o 120°. Po připojení generátoru ke spotřebiči vyvolá protékající střídavý proud druhé točivé magnetické pole. U synchronních alternátorů (generátorů vyrábějících střídavý proud) se obě magnetická pole otáčí stejnou rychlostí. Frekvence střídavého napětí je dána součinem počtu pólových párů a rychlosti otáčení rotoru.
Rotor hydroalternátoru z vodní elektrárny Orlík v budově strojovny
Alternátory ve vodních elektrárnách (hydroalternátory) patří mezi pomaluběžné stroje – jejich rychlost otáčení se pohubuje od řádu stovek do cca 1 500 ot./min. Nižší rychlost otáčení umožňuje využít větší průměr rotoru, po obvodu kterého musí být upevněno více pólových dvojic, aby byla výsledná frekvence vyráběného střídavého proudu obvyklých 50 nebo 60 Hz. Každý pól se skládá z jádra a z cívky budícího vinutí. Přivedením stejnosměrného napětí do cívky vzniká magnetické pole, otáčející se společně s pólem. Vinutí cívek jsou zapojena způsobem, aby se střídaly severní a jižní póly magnetického pole. Cívky jsou napájeny stejnosměrným proudem z budiče prostřednictvím sběracích kroužků na rotoru generátoru. Budičem je menší dynamo nebo alternátor s usměrňovačem na společném hřídeli s alternátorem.
Kontrola statorových vinutí elektrického generátoru ve vodní elektrárně Orlík
Největší alternátory s vyniklými póly rotoru, používané ve vodních elektrárnách, dosahují výkonu kolem 800 MVA. Jejich rotory mají v průměru až 15 metrů a vinutí jsou většinou chlazená vzduchem. Magnetický obvod statoru je z důvodu snížení ztrát vířivými proudy tvořen, podobně jako u transformátorů, tenkými izolovanými plechy.
Elektrický generátor, který je instalován o patro výš, je s vodní turbínou spojen pomocí masivní hřídele
Při náběhu vodní turbíny se s ní spojený třífázový alternátor, který začíná vyrábět elektrickou energii, připojuje do přenosové soustavy. Tomuto momentu se říká fázování. Při přesném (synchronním) fázování je potřebné u alternátoru zajistit stejné parametry, jaké má elektrická síť – stejné pořadí fází, stejné napětí (reguluje se změnou budícího proudu alternátoru) a frekvenci (dosáhne se regulací otáček). Druhým způsobem připojení k síti je samosynchronizace (asynchronní fázování). Při tomto způsobu se nenabuzený alternátor na otáčkách připojí k síti a po nabuzení se sám synchronizuje.
Sběrací kroužky na horní ose rotoru elektrického generátoru v elektrárně Hracholusky