ΣΤΟΧΟΣ 2.1.2: Ο μαθητής να μπορεί να, κατανοεί τι είναι ο εναλλακτήρας και να εξηγεί την αρχή λειτουργίας του

Η εναλλακτήρας (γεννήτρια) είναι μια μηχανή που μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η λειτουργία των γεννητριών στηρίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής σύμφωνα με το οποίο, αν μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο κινήσουμε έναν αγωγό κατά τρόπο ώστε να κόβει τις μαγνητικές γραμμές, τότε στα άκρα του αγωγού θα αναπτυχθεί μια ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) εξ’ επαγωγής. Αν τώρα στα άκρα του αγωγού που δημιουργείται η ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) ενωθεί ένα ηλεκτρικό φορτίο, στον αγωγό θα δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Σε μια γεννήτρια έχουμε μια συρμάτινη περιέλιξη (πηνίο) ανάμεσα στους δύο πόλους ενός μαγνήτη (συνήθως ηλεκτρομαγνήτη). Αν περιστρέψουμε τη συρμάτινη περιέλιξη (πηνίο) μέσα στο μαγνητικό πεδίο, τότε στα άκρα του πηνίου θα δημιουργηθεί ηλεκτρεγερτική δύναμη (Τάση).

Η αρχή και το τέλος του πηνίου της γεννήτριας ενώνονται σε δακτυλίους (συλλέκτες) πάνω από τους οποίους με τη βοήθεια των ψυκτρών (καρβουνάκια) συλλέγουμε τη τάση που δημιουργείται στο πηνίο η οποία αλλάζει φορά συνεχώς. Δηλαδή συλλέγουμε εναλλασσόμενη τάση. Αν την εναλλασσόμενη αυτή τάση τη διοχετεύουμε στο φορτίο που ενώνεται με τις ψύκτρες τότε ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο της γεννήτριας προς το φορτίο του οποίου η φορά συνεχώς αλλάζει. Δηλαδή εναλλασσόμενο ρεύμα (A.C.). Το πόσο γρήγορα αντιστρέφεται η φορά του ρεύματος, καθορίζεται από την ταχύτητα περιστροφής του αγωγού. Τέτοιες γεννήτριες Ε.Ρ. λέγονται "ενναλλάκτες".

Οι γεννήτριες Ε.Ρ. μπορεί να είναι ασύγχρονες και σύγχρονες. Οι ασύγχρονες γεννήτριες έχουν διέγερση με εναλλασσόμενο ρεύμα και συχνότητα ανεξάρτητη απ’ την ταχύτητα περιστροφής. Ασύγχρονες γεννήτριες κατασκευάζονται πολύ σπάνια (π.χ. ανεμογεννήτριες) Οι σύγχρονες γεννήτριες έχουν διέγερση με συνεχές ρεύμα, δηλαδή μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από μαγνητικούς πόλους που τα τυλίγματα τους τροφοδοτούνται με συνεχές ρεύμα και παράγουν Ε.Ρ. με συχνότητα που εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής της μηχανής. Στην πράξη χρησιμοποιούνται, σχεδόν πάντοτε, οι σύγχρονες γεννήτριες εναλλασσομένου ρεύματος που λέγονται και εναλλακτήρες. Ανάλογα με τη διάταξη των μαγνητικών πόλων που δημιουργούν τη διέγερση, οι εναλλακτήρες διακρίνονται σε: α) Εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους και β) Εναλλακτήρες με εσωτερικούς ή περιστρεφόμενους πόλους.

Α) Αρχή λειτουργίας εναλλακτήρων με εξωτερικούς πόλους Γεννήτρια με εξωτερικούς πόλους ονομάζετε η γεννήτρια που οι μαγνητικοί πόλοι είναι σταθεροί και μεταξύ των πόλων υπάρχουν τα πλαίσια τα οποία περιστρέφονται. Όταν μέσα σε ένα ομογενές διπολικό μαγνητικό πεδίο, τοποθετήσουμε τρία όμοια πλαίσια που τα επίπεδα τους να σχηματίζουν 1200 το καθένα με το επόμενο τότε έχουμε μια στοιχειώδη τριφασική γεννήτρια με εξωτερικούς πόλους . Τα τρία πλαίσια είναι στην ουσία τρεις ομάδες τυλιγμάτων που καταλήγουν σε έξη ακροδέκτες (τις τρεις αρχές και τα τρία τέλη των τυλιγμάτων)

Β) Αρχή λειτουργίας εναλλακτήρων με εσωτερικούς περιστρεφόμενους πόλους Γεννήτρια με εσωτερικούς πόλους ή περιστρεφόμενους πόλους ονομάζετε η γεννήτρια που οι μαγνητικοί πόλοι περιστρέφονται και τα πλαίσια είναι σταθερά. Οι τριφασικές σύγχρονες γεννήτριες (εναλλακτήρες) έχουν στο επαγωγικό τους τύμπανο (στάτορα) τρία όμοια και ανεξάρτητα μεταξύ τους μονοφασικά τυλίγματα, τις τρεις φάσεις της γεννήτριας (εναλλακτήρα). Το σχήμα δείχνει ένα απλό τριφασικό εναλλακτήρα, ο οποίος έχει σε κάθε πολικό βήμα μια ομάδα τυλίγματος από την κάθε φάση. Στα τριφασικά τυλίγματα έχομε έξι ελεύθερα άκρα. Τρεις αρχές και τρία τέλη.

Στις μεγάλες γεννήτριες της βιομηχανίας, το κινητό μέρος (ρότορας) είναι ο μαγνήτης, ενώ το ακίνητο (στάτορας) είναι το πηνίο.