Παραγωγή και μετάδοση εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος
Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ένα ρεύμα του οποίου το μέγεθος και η κατεύθυνση αλλάζουν περιοδικά. Χάρη στο εναλλασσόμενο ρεύμα, υπάρχει φως και θερμότητα στα σπίτια μας σήμερα. Όλες οι βιομηχανικές επιχειρήσεις και παραγωγές της εποχής μας λειτουργούν μόνο χάρη στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Χωρίς εναλλασσόμενο ρεύμα, η τεχνολογική πρόοδος του σύγχρονου πολιτισμού θα ήταν απλώς αδύνατη.
Για τη λήψη εναλλασσόμενου ρεύματος, χρησιμοποιούνται ηλεκτρομηχανικές συσκευές, τα λεγόμενα γεννήτριες επαγωγής… Σε αυτά, η μηχανική ενέργεια που λαμβάνεται με τον ένα ή τον άλλο τρόπο μεταφέρεται στον ρότορα, ο ρότορας περιστρέφεται, με αποτέλεσμα η μηχανική ενέργεια της περιστροφής του ρότορα να μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.
Θυμηθείτε ότι εάν περιστρέψετε τον μαγνήτη μέσα στο αγώγιμο πλαίσιο, τότε θα υπάρξει επαγωγή στο πλαίσιο εναλλασσόμενο ρεύμα… Η γεννήτρια λειτουργεί βάσει αυτής της αρχής. Μόνο σε μια βιομηχανική γεννήτρια, ο στάτορας παίζει το ρόλο ενός πλαισίου και ο ρόλος ενός μαγνήτη είναι ένας ρότορας με ένα μαγνητικό πηνίο, στην πραγματικότητα ένας περιστρεφόμενος ηλεκτρομαγνήτης.
Σε μια βιομηχανική γεννήτρια, ο στάτορας είναι μια τεράστια μεταλλική κατασκευή με τη μορφή δακτυλίου με αυλακώσεις στο εσωτερικό. Σε αυτές τις υποδοχές τοποθετείται χάλκινη τριφασική περιέλιξη. Το μαγνητικό πεδίο, όπως είπαμε ήδη, δημιουργείται από τον ρότορα, ο οποίος είναι ένας χαλύβδινος πυρήνας με ένα ζεύγος (ή πολλά ζεύγη, ανάλογα με την ονομαστική ταχύτητα του ρότορα) των πόλων που σχηματίζονται από το ρεύμα στην περιέλιξη του ρότορα. Ένα συνεχές ρεύμα παρέχεται στην περιέλιξη του ρότορα από τον διεγέρτη.
Σύμφωνα με το σχηματικό διάγραμμα ενός διπολικού εναλλάκτη επαγωγής, είναι εύκολο να γίνει κατανοητό ότι οι γραμμές δύναμης του μαγνητικού πεδίου του δρομέα διασχίζουν τις στροφές της περιέλιξης του στάτορα, ενώ μία φορά ανά περιστροφή η μαγνητική ροή του ρότορα αλλάζει την κατεύθυνση με σεβασμός στις ίδιες περιστροφές του στάτορα.
Έτσι, στην περιέλιξη του στάτη παράγεται εναλλασσόμενο ρεύμα αντί για παλλόμενο συνεχές ρεύμα. Αν μιλάμε για πυρηνικό εργοστάσιο, τότε ο ρότορας της γεννήτριας δέχεται μηχανική περιστροφή από ατμό, ο οποίος τροφοδοτείται υπό τεράστια πίεση στα πτερύγια ενός στροβίλου που συνδέεται με τον ρότορα. Ατμός σε πυρηνικό εργοστάσιο παράγεται από νερό που θερμαίνεται από τη θερμότητα από μια πυρηνική αντίδραση που τροφοδοτείται στο νερό μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας.
Στη Ρωσία, η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος στο δίκτυο είναι 50 Hz, πράγμα που σημαίνει ότι ο ρότορας μιας διπολικής γεννήτριας πρέπει να κάνει 50 στροφές ανά δευτερόλεπτο. Έτσι, σε ένα πυρηνικό εργοστάσιο ο ρότορας κάνει 3000 στροφές ανά λεπτό, που απλώς δίνει τη συχνότητα του παραγόμενου ρεύματος ως 50 Hz. Η κατεύθυνση του παραγόμενου ρεύματος αλλάζει σύμφωνα με τον ημιτονοειδές (αρμονικό) νόμο.
Η περιέλιξη της γεννήτριας χωρίζεται σε τρία μέρη, επομένως το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι τριφασικό.Αυτό σημαίνει ότι σε καθένα από τα τρία μέρη της περιέλιξης του στάτη, το προκύπτον EMF μετατοπίζεται φάση μεταξύ τους κατά 120 μοίρες. Η πραγματική τιμή της παραγόμενης τάσης στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας μπορεί να είναι από 6,3 έως 36,75 kV, ανάλογα με τον τύπο της γεννήτριας.
Για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλη απόσταση, γραμμές υψηλής τάσης (PTL)… Αν όμως η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται χωρίς μετατροπή, με την ίδια τάση που προέρχεται από τη γεννήτρια, τότε οι απώλειες ενέργειας κατά τη μετάδοση θα είναι κολοσσιαίες και πρακτικά τίποτα δεν θα φτάσει στον τελικό χρήστη.
Το γεγονός είναι ότι οι απώλειες ενέργειας στα καλώδια μετάδοσης είναι ανάλογες με το τετράγωνο της τρέχουσας τιμής και ευθέως ανάλογες με την αντίσταση των καλωδίων (βλ. Ο νόμος Joule-Lenz). Αυτό σημαίνει ότι για πιο αποτελεσματική μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας, η τάση πρέπει πρώτα να αυξηθεί αρκετές φορές, ώστε να μειωθεί το ρεύμα κατά το ίδιο ποσό και επομένως να μειωθούν σημαντικά οι απώλειες μεταφοράς. Και μόνο η αυξημένη τάση έχει νόημα να μεταφερθεί σε ηλεκτροφόρα καλώδια.
Επομένως, η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται πρώτα από το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας στον υποσταθμό του μετασχηματιστή... Εδώ η τάση αυξάνεται στα 110-750 kV και μόνο τότε τροφοδοτείται στις γραμμές ρεύματος. Αλλά ο χρήστης χρειάζεται 220 ή 380 βολτ, επομένως στο τέλος της γραμμής η υψηλή τάση μειώνεται ξανά με τη βοήθεια υποσταθμών μετασχηματιστών στα 6-35 kV.
Ένας μετασχηματιστής τοποθετείται σε υποσταθμό κοντά στο σπίτι μας ή είναι ενσωματωμένος στο σπίτι. Εδώ η τάση πέφτει ξανά — από 6-35 kV σε 220 (380) βολτ, τα οποία ήδη διανέμονται στους καταναλωτές.Μέσω της συσκευής διανομής εισόδου, ένα δίκτυο καλωδίων και καλωδίων αποκλίνει σε διαφορετικά δωμάτια.