Λήψη εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος

Εναλλασσόμενο ρεύμα, με την παραδοσιακή έννοια, είναι το ρεύμα που λαμβάνεται από μια εναλλασσόμενη, αρμονικά μεταβαλλόμενη (ημιτονοειδή) τάση. Εναλλασσόμενη τάση παράγεται στο εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής και υπάρχει συνεχώς σε κάθε πρίζα στον τοίχο.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται επίσης για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις επειδή η εναλλασσόμενη τάση αυξάνεται εύκολα. χρησιμοποιώντας μετασχηματιστή, και έτσι η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μεταδοθεί σε απόσταση με ελάχιστες απώλειες και στη συνέχεια να μειωθεί πίσω με τη βοήθεια ενός μετασχηματιστή σε μια τιμή αποδεκτή για ένα οικιακό δίκτυο.

Παράγεται μια εναλλασσόμενη τάση (και επομένως ρεύμα). στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειαςόπου οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος βιομηχανικής γεννήτριας κινούνται από στρόβιλους που κινούνται από ατμό υψηλής πίεσης. Ο ατμός παράγεται από νερό που θερμαίνεται έντονα από τη θερμότητα που παράγεται από μια πυρηνική αντίδραση ή από την καύση ορυκτών καυσίμων, ανάλογα με τον τύπο της μονάδας παραγωγής ενέργειας. Σε κάθε περίπτωση, η περιστροφή του εναλλάκτη είναι η αιτία του σχηματισμού εναλλασσόμενης τάσης και ρεύματος.

Για να απαντήσετε στο ερώτημα πώς σχηματίζεται η γεννήτρια εναλλασσόμενο ρεύμα, αρκεί να εξετάσουμε ένα στοιχειώδες μοντέλο που αποτελείται από ένα κομμάτι σύρμα και έναν μαγνήτη, υπενθυμίζοντας ταυτόχρονα Δύναμη Lorentz και νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής... Ας πούμε ότι υπάρχει ένα σύρμα μήκους 10 εκατοστών που βρίσκεται στο τραπέζι και στο χέρι μας υπάρχει ένας ισχυρός μαγνήτης νεοδυμίου, το μέγεθος του οποίου είναι λίγο μικρότερο από το σύρμα. Στα άκρα του σύρματος προσαρμόζουμε ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο ή βολτόμετρο.

Φέρνουμε τον μαγνήτη με έναν από τους πόλους κοντά στο σύρμα, σε απόσταση μικρότερη από 1 cm, και τραβάμε γρήγορα τον μαγνήτη πάνω στο καλώδιο μέσω αυτού από αριστερά προς τα δεξιά - θα διασχίσουμε το καλώδιο με το μαγνητικό πεδίο του μαγνήτη . Η βελόνα του γαλβανόμετρου θα εκτραπεί ξαφνικά προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση και μετά θα επιστρέψει στην αρχική της θέση.

Γυρίστε τον μαγνήτη με τον άλλο πόλο προς το σύρμα. Και πάλι, μετακινώντας το χέρι από αριστερά προς τα δεξιά, διασχίστε γρήγορα το πειραματικό καλώδιο με ένα μαγνητικό πεδίο. Η βελόνα του γαλβανόμετρου αιωρήθηκε απότομα προς την άλλη κατεύθυνση και μετά επέστρεψε στην αρχική της θέση. Αντί να αντιστρέψετε τον μαγνήτη, μπορείτε πρώτα να μετακινηθείτε από αριστερά προς τα δεξιά και μετά από δεξιά προς τα αριστερά, το αποτέλεσμα της αλλαγής της κατεύθυνσης του παραγόμενου ρεύματος θα είναι το ίδιο.

Το πείραμα έδειξε ότι για να λάβουμε μια εναλλασσόμενη τάση, πρέπει είτε να μετακινήσουμε τον μαγνήτη κατά μήκος του καλωδίου δεξιά και αριστερά ή να διασχίσουμε το καλώδιο με εναλλασσόμενους μαγνητικούς πόλους. Στη γεννήτρια στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας (και σε όλους τους παραδοσιακούς εναλλάκτες) ισχύει η δεύτερη επιλογή.

Η αρχή της λειτουργίας της γεννήτριας - λήψη εναλλασσόμενης ηλεκτροκινητικής δύναμης (τάση)

AC ημιτονοειδής τάση

Ένας εναλλάκτης σε ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας αποτελείται από έναν ρότορα και έναν στάτορα.Η μηχανική ενέργεια της περιστρεφόμενης τουρμπίνας μεταδίδεται στον ρότορα. Το μαγνητικό πεδίο του ρότορα συγκεντρώνεται στα μέρη των πόλων του και δημιουργείται είτε από μόνιμους μαγνήτες που συνδέονται σε αυτόν είτε από ένα σταθερό ρεύμα τάσης που ρέει στη χάλκινη περιέλιξη του ρότορα.

Κανονικά, η περιέλιξη του στάτορα αποτελείται από τρεις ξεχωριστές περιελίξεις διατεταγμένες μεταξύ τους, με αποτέλεσμα μια εναλλασσόμενη τάση και ρεύμα σε καθεμία από τις τρεις περιελίξεις.Έτσι, καθεμία από τις τρεις περιελίξεις στάτορα είναι πηγή εναλλασσόμενης τάσης και οι στιγμιαίες τιμές οι τάσεις μετατοπίζονται σε φάση μεταξύ τους κατά 120 μοίρες. Αυτό ονομάζεται τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα.

Λήψη τριφασικής τάσης και ρεύματος AC

Ο ρότορας μιας γεννήτριας με δύο μαγνητικούς πόλους, που περιστρέφεται στις 3000 rpm, δίνει 50 διασταυρώσεις κάθε φάσης της περιέλιξης του στάτορα ανά δευτερόλεπτο. Και δεδομένου ότι υπάρχει ένα σημείο μηδέν μεταξύ των μαγνητικών πόλων, δηλαδή το μέρος όπου η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου είναι μηδέν, τότε με κάθε πλήρη περιστροφή του ρότορα, η τάση που προκαλείται στο πηνίο διέρχεται από το μηδέν και στη συνέχεια αλλάζει πολικότητα. Ως αποτέλεσμα, η τάση εξόδου έχει ημιτονοειδές σχήμα και συχνότητα 50 Hz.

Όταν μια πηγή τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος συνδέεται σε ένα φορτίο, παράγεται ένα ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος στο κύκλωμα. Η τάση και το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα του στάτορα είναι όσο υψηλότερο, τόσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο του ρότορα, δηλ. τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα που ρέει στις περιελίξεις του ρότορα. Στις σύγχρονες γεννήτριες με εξωτερική διέγερση, η τάση και το ρεύμα στις περιελίξεις του ρότορα δημιουργούνται από ένα σύστημα διέγερσης θυρίστορ ή έναν διεγέρτη - μια μικρή γεννήτρια στον άξονα της κύριας γεννήτριας.

Δείτε επίσης:

Κύρια χαρακτηριστικά (παράμετροι) εναλλασσόμενου ρεύματος

Παραγωγή και μετάδοση εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος

Τύποι σταθμών ηλεκτροπαραγωγής

Πώς λειτουργούν οι γεννήτριες DC και AC;