Prądnica

Prądnica (dawniej dynamomaszyna) – maszyna elektryczna, przetwarzająca energię mechaniczną ruchu obrotowego w energię elektryczną. Jeden z rodzajów generatora elektrycznego.

Wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się w prądnicach dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej. W prądnicy prądu stałego stały strumień magnetyczny, wytwarzany przez magnesy lub elektromagnesy umieszczone w stojanie prądnicy, indukuje w uzwojeniu wprawianego w ruch wirnika prąd elektryczny.

Podział prądnic

Ze względu na rodzaj wytwarzanego napięcia prądnice dzieli się na:

• prądnice prądu przemiennego
• prądnice prądu stałego

Ze względu na budowę i zasadę działania prądnice prądu przemiennego dzieli się na:

• generatory synchroniczne
• generatory asynchroniczne

Ze względu na zasilanie uzwojenia wzbudzania wyróżnia się prądnice:

• samowzbudne – uzwojenie wzbudzenia zasilane jest ,
• obcowzbudne – uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z innego urządzenia.

Ze względu na połączenie uzwojenia wzbudzania z uzwojeniem twornika w prądnicach samowzbudnych wyróżnia się prądnice:

• szeregowe – w których uzwojenie wzbudzania połączone jest szeregowo z uzwojeniem twornika,
• bocznikowe – w których 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.

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

Przed skonstruowaniem prądnic prąd elektryczny uzyskiwano z ogniw chemicznych oraz maszyn elektrostatycznych. Tak uzyskiwana energia elektryczna była bardzo droga.

Pierwszą prądnicę skonstruował w 1831 roku odkrywca indukcji elektromagnetycznej Michael Faraday. Jego urządzenie, zwane dyskiem Faradaya lub maszyną jednobiegunową, wytwarzało prąd w wyniku obrotu miedzianego dysku w polu magnetycznym podkowiastych magnesów trwałych. Urządzenie to wytwarzało prąd stały o dużym natężeniu, lecz niewielkim napięciu. W 1832 roku francuski fizyk Hippolyte Pixii skonstruował prądnicę prądu przemiennego, w której prąd elektryczny był wytwarzany w wyniku obrotu magnesu w pobliżu zwojnicy. Po wprowadzeniu zwojnicy obracającej się w polu magnetycznym magnesu oraz po zastosowaniu komutatora uzyskano sytuację, w której prąd płynął w jednym kierunku.

Bezpośrednio po odkryciu Faradaya rozpoczęto budowę rozlicznych maszyn elektrycznych, zwanych prądnicami. Początkowo wytwarzany w nich prąd elektryczny wykorzystywano do prac galwanizacyjnych. Dużym krokiem naprzód było zastąpienie magnesów stałych przez elektromagnesy zasilane prądem elektrycznym, wytwarzanym przez tę samą prądnicę. Na tej zasadzie zbudowana została prądnica samowzbudna Siemensa (1866). Dużo wydajniejsza była prądnica Edisona, zbudowana w roku 1878 r. Prądnice Edisona, używane od roku 1882, różniły się w swej istocie już niewiele od tych stosowanych obecnie.

Pierwsze elektrownie budowane w latach 1880. wyposażane były w prądnice prądu stałego i wytwarzały prąd stały o niskim napięciu. 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.

Linki zewnętrzne

• Silniki i prądnice z XIX w.
• Émile Alglave, J. Boulard: The Electric Light: Its History, Production, and Applications. D. Appleton, 1884. Brak numerów stron w książce