Uzyskanie zmiennego prądu elektrycznego
Prąd przemienny, w tradycyjnym sensie, to prąd uzyskany ze zmiennego, harmonicznie zmiennego (sinusoidalnego) napięcia. Napięcie przemienne jest wytwarzane w elektrowni i jest stale obecne w każdym gnieździe na ścianie.
Prąd przemienny jest również używany do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, ponieważ napięcie przemienne można łatwo zwiększyć. za pomocą transformatora, dzięki czemu energia elektryczna może być przesłana na odległość przy minimalnych stratach, a następnie zredukowana za pomocą transformatora do wartości akceptowalnej dla sieci domowej.
Generowane jest napięcie przemienne (a tym samym prąd). w elektrownigdzie napędy generatorów przemysłowych są napędzane przez turbiny napędzane parą pod wysokim ciśnieniem. Para jest wytwarzana z wody, która jest silnie podgrzewana przez ciepło wytwarzane w wyniku reakcji jądrowej lub spalania paliw kopalnych, w zależności od rodzaju elektrowni. W każdym razie obrót alternatora jest przyczyną powstawania napięcia i prądu przemiennego.
Aby odpowiedzieć na pytanie, jak powstaje generator prąd przemienny, wystarczy wziąć pod uwagę elementarny model składający się z kawałka drutu i magnesu, przypominający jednocześnie Siła Lorentza I prawo indukcji elektromagnetycznej... Powiedzmy, że na stole leży drut o długości 10 cm, aw naszej dłoni silny magnes neodymowy, którego rozmiar jest nieco mniejszy niż drut. Na końcach drutu mocujemy czuły galwanometr lub woltomierz zegarowy.
Przybliżamy magnes jednym z biegunów do drutu, na odległość mniejszą niż 1 cm i szybko ciągniemy przez niego magnes na drut od lewej do prawej — skrzyżujemy drut z polem magnetycznym magnesu . Igła galwanometru nagle odchyli się w określonym kierunku, a następnie powróci do pierwotnego położenia.
Obróć magnes drugim biegunem w stronę drutu. I znowu, przesuwając rękę od lewej do prawej, szybko przecinamy eksperymentalny drut z polem magnetycznym. Igła galwanometru obróciła się gwałtownie w przeciwnym kierunku, po czym wróciła do pierwotnego położenia. Zamiast odwracać magnes można najpierw przesunąć z lewej na prawą, a potem z prawej na lewą, efekt zmiany kierunku generowanego prądu będzie taki sam.
Eksperyment wykazał, że aby uzyskać napięcie przemienne, musimy albo przesuwać magnes po przewodzie w prawo i w lewo, albo krzyżować przewód z naprzemiennymi biegunami magnetycznymi. W generatorze w elektrowni (i we wszystkich tradycyjnych alternatorach) obowiązuje druga opcja.
Zasada działania generatora — uzyskiwanie przemiennej siły elektromotorycznej (napięcia)
Napięcie sinusoidalne AC
Alternator w elektrowni składa się z wirnika i stojana.Energia mechaniczna obracającej się turbiny jest przekazywana do wirnika. Pole magnetyczne wirnika jest skoncentrowane na jego biegunach i jest wytwarzane przez przymocowane do niego magnesy trwałe lub prąd o stałym napięciu płynący w miedzianym uzwojeniu wirnika.
Normalnie uzwojenie stojana składa się z trzech oddzielnych uzwojeń rozmieszczonych względem siebie, co skutkuje przemiennym napięciem i prądem w każdym z trzech uzwojeń.Tak więc każde z trzech uzwojeń stojana jest źródłem napięcia przemiennego, a wartości chwilowe napięć są przesunięte w fazie względem siebie o 120 stopni. Nazywa się to trójfazowym prądem przemiennym.
Uzyskanie trójfazowego napięcia i prądu przemiennego
Wirnik generatora z dwoma biegunami magnetycznymi, obracający się z prędkością 3000 obr./min, daje 50 przejść każdej fazy uzwojenia stojana na sekundę. A ponieważ między biegunami magnetycznymi jest punkt zerowy, czyli miejsce, w którym indukcja pola magnetycznego wynosi zero, to przy każdym pełnym obrocie wirnika napięcie indukowane w cewce przechodzi przez zero, a następnie zmienia biegunowość. W rezultacie napięcie wyjściowe ma sinusoidalny kształt i częstotliwości 50 Hz.
Kiedy źródło napięcia AC jest podłączone do obciążenia, w obwodzie wytwarzany jest prąd AC. Napięcie i maksymalny dopuszczalny prąd stojana są tym wyższe, im silniejsze jest pole magnetyczne wirnika, tj. im większy prąd płynący w uzwojeniach wirnika. W generatorach synchronicznych z zewnętrznym wzbudzeniem napięcie i prąd w uzwojeniach wirnika są wytwarzane przez tyrystorowy układ wzbudzenia lub wzbudnicę - mały generator na wale głównego generatora.
Zobacz też:
Główne charakterystyki (parametry) prądu przemiennego
Wytwarzanie i przesyłanie prądu przemiennego
Jak działają generatory prądu stałego i przemiennego?