Wytwarzanie i przesyłanie prądu przemiennego

Prąd przemienny to prąd, którego wielkość i kierunek zmieniają się okresowo. Dzięki prądowi zmiennemu w naszych domach jest dziś światło i ciepło. Wszystkie przedsiębiorstwa przemysłowe i produkcje naszych czasów działają tylko dzięki prądowi przemiennemu. Bez prądu przemiennego postęp technologiczny współczesnej cywilizacji byłby po prostu niemożliwy.

Do uzyskania prądu przemiennego stosuje się urządzenia elektromechaniczne, tzw generatory indukcyjne… W nich energia mechaniczna uzyskana w taki czy inny sposób jest przekazywana do wirnika, wirnik obraca się, w wyniku czego energia mechaniczna obrotu wirnika jest przekształcana w energię elektryczną przez indukcję elektromagnetyczną.

Przypomnij sobie, że jeśli obrócisz magnes wewnątrz przewodzącej ramy, nastąpi indukcja w ramie prąd przemienny… Generator działa na tej zasadzie. Tylko w generatorze przemysłowym stojan pełni rolę ramy, a rolą magnesu jest wirnik z cewką magnesującą, a właściwie wirujący elektromagnes.

W generatorze przemysłowym stojan to ogromna stalowa konstrukcja w postaci pierścienia z rowkami po wewnętrznej stronie. W tych szczelinach układane jest miedziane uzwojenie trójfazowe. Pole magnetyczne, jak już powiedzieliśmy, jest wytwarzane przez wirnik, który jest stalowym rdzeniem z parą (lub kilkoma parami, w zależności od prędkości nominalnej wirnika) biegunów utworzonych przez prąd w uzwojeniu wirnika. Prąd stały jest dostarczany do uzwojenia wirnika ze wzbudnicy.

Ze schematu dwubiegunowego alternatora indukcyjnego łatwo zrozumieć, że linie sił pola magnetycznego wirnika przecinają zwoje uzwojenia stojana, podczas gdy raz na obrót strumień magnetyczny wirnika zmienia kierunek z względem tych samych obrotów stojana.

W ten sposób w uzwojeniu stojana wytwarzany jest prąd przemienny, a nie pulsujący prąd stały. Jeśli mówimy o elektrowni jądrowej, to wirnik generatora otrzymuje mechaniczny obrót od pary, która jest dostarczana pod ogromnym ciśnieniem do łopatek turbiny połączonej z wirnikiem. Para w elektrowni atomowej jest wytwarzany z wody, która jest podgrzewana ciepłem z reakcji jądrowej doprowadzanej do wody przez wymiennik ciepła.

W Rosji częstotliwość prądu przemiennego w sieci wynosi 50 Hz, co oznacza, że ​​wirnik generatora dwubiegunowego musi wykonywać 50 obrotów na sekundę. Tak więc w elektrowni jądrowej wirnik wykonuje 3000 obrotów na minutę, co po prostu daje częstotliwość generowanego prądu jako 50 Hz. Zmienia się kierunek generowanego prądu zgodnie z prawem sinusoidalnym (harmonicznym)..

Uzwojenie generatora jest podzielone na trzy części, więc prąd przemienny jest trójfazowy.Oznacza to, że w każdej z trzech części uzwojenia stojana wynikowa siła elektromotoryczna jest przesunięta fazowo względem siebie o 120 stopni. Wartość skuteczna generowanego napięcia w elektrowni może wynosić od 6,3 do 36,75 kV, w zależności od typu generatora.

Aby przesyłać energię elektryczną na duże odległości, linie wysokiego napięcia (PTL)… Ale jeśli prąd będzie przesyłany bez konwersji, przy tym samym napięciu, które pochodzi z generatora, to straty energii podczas przesyłu będą kolosalne i praktycznie nic nie dotrze do końcowego użytkownika.

Faktem jest, że straty energii w przewodach przesyłowych są proporcjonalne do kwadratu wartości prądu i wprost proporcjonalne do rezystancji przewodów (patrz Prawo Joule'a-Lenza). Oznacza to, że dla wydajniejszego przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej należy najpierw kilkukrotnie zwiększyć napięcie, aby zmniejszyć prąd o tę samą wielkość, a tym samym znacząco zmniejszyć straty przesyłowe. I tylko zwiększone napięcie ma sens przenieść na linie energetyczne.

Dlatego energia elektryczna jest najpierw dostarczana z elektrowni do stacji transformatorowej... Tutaj napięcie podwyższa się do 110-750 kV i dopiero wtedy doprowadza się je do linii elektroenergetycznych. Ale użytkownik potrzebuje 220 lub 380 woltów, dlatego na końcu linii wysokie napięcie jest obniżane za pomocą podstacji transformatorowych do 6-35 kV.

Transformator jest zainstalowany w podstacji w pobliżu naszego domu lub wbudowany w dom. Tutaj napięcie ponownie spada - z 6-35 kV do 220 (380) woltów, które są już dystrybuowane do konsumentów.Poprzez wejściowe urządzenie dystrybucyjne sieć przewodów i kabli rozchodzi się do różnych pomieszczeń.