Pridobivanje izmeničnega električnega toka
Izmenični tok je v tradicionalnem pomenu tok, ki ga dobimo iz izmenične, harmonično spremenljive (sinusne) napetosti. Izmenična napetost nastaja v elektrarni in je stalno prisotna v vsaki vtičnici na steni.
Izmenični tok se uporablja tudi za prenos električne energije na velike razdalje, ker se izmenična napetost zlahka poveča. z uporabo transformatorja, in tako lahko električno energijo prenašamo na daljavo z minimalnimi izgubami in jo nato s pomočjo transformatorja zmanjšamo nazaj na vrednost, sprejemljivo za gospodinjsko omrežje.
Ustvari se izmenična napetost (in s tem tok). v elektrarnikjer pogone AC industrijskih generatorjev poganjajo turbine, ki jih poganja visokotlačna para. Para se proizvaja iz vode, ki se močno segreje s toploto, ki nastane pri jedrski reakciji ali pri izgorevanju fosilnih goriv, odvisno od vrste elektrarne. V vsakem primeru je vrtenje alternatorja vzrok za nastanek izmenične napetosti in toka.
Za odgovor na vprašanje, kako nastane generator izmenični tok, je dovolj, da razmislimo o osnovnem modelu, sestavljenem iz kosa žice in magneta, hkrati pa se spomnimo Lorentzova sila in zakon elektromagnetne indukcije... Recimo, da na mizi leži žica dolžine 10 cm, v naši roki pa je močan neodimski magnet, katerega velikost je nekoliko manjša od žice. Na konca žice pritrdimo občutljiv galvanometer ali voltmeter s številčnico.
Magnet z enim od polov približamo žici, na razdalji manj kot 1 cm, in skozenj z leve proti desni hitro potegnemo magnet na žico - žico bomo križali z magnetnim poljem magneta. . Igla galvanometra se nenadoma odkloni v določeno smer, nato pa se vrne v prvotni položaj.
Obrnite magnet z drugim polom proti žici. In spet, premikanje roke od leve proti desni, hitro prečkajte eksperimentalno žico z magnetnim poljem. Igla galvanometra je močno zanihala v drugo smer, nato pa se je vrnila v prvotni položaj. Namesto obračanja magneta se lahko najprej premikate od leve proti desni, nato pa od desne proti levi, učinek spremembe smeri ustvarjenega toka bo enak.
Poskus je pokazal, da moramo za pridobitev izmenične napetosti bodisi premikati magnet po žici v desno in levo ali pa prečkati žico z izmeničnimi magnetnimi poli. V generatorju v elektrarni (in pri vseh tradicionalnih alternatorjih) velja druga možnost.
Načelo delovanja generatorja - pridobivanje izmenične elektromotorne sile (napetosti)
AC sinusna napetost
Alternator v elektrarni je sestavljen iz rotorja in statorja.Mehanska energija rotirajoče turbine se prenaša na rotor. Magnetno polje rotorja je koncentrirano na njegovih polnih delih in ga ustvarjajo bodisi trajni magneti, pritrjeni nanj, bodisi tok s konstantno napetostjo, ki teče v bakrenem navitju rotorja.
Običajno je navitje statorja sestavljeno iz treh ločenih navitij, ki so razporejena drug proti drugemu, zaradi česar sta v vsakem od treh navitij izmenična napetost in tok. Tako je vsako od treh navitij statorja vir izmenične napetosti in trenutne vrednosti napetosti so med seboj fazno premaknjene za 120 stopinj. To se imenuje trifazni izmenični tok.
Pridobivanje trifazne izmenične napetosti in toka
Rotor generatorja z dvema magnetnima poloma, ki se vrti s 3000 vrt / min, daje 50 prehodov vsake faze navitja statorja na sekundo. In ker je med magnetnima poloma ničelna točka, to je mesto, kjer je indukcija magnetnega polja enaka nič, potem z vsakim popolnim vrtenjem rotorja napetost, inducirana v tuljavi, preide skozi nič, nato spremeni polarnost. Posledično ima izhodna napetost sinusna oblika in frekvenco 50 Hz.
Ko je vir izmenične napetosti priključen na breme, se v vezju proizvaja izmenični tok. Napetost in največji dopustni tok statorja sta tem višja, čim močnejše je magnetno polje rotorja, tj. večji je tok, ki teče v navitjih rotorja. V sinhronskih generatorjih z zunanjim vzbujanjem napetost in tok v navitjih rotorja ustvarja tiristorski vzbujevalni sistem ali vzbujevalnik - majhen generator na gredi glavnega generatorja.
Poglej tudi:
Glavne značilnosti (parametri) izmeničnega toka
Proizvodnja in prenos izmeničnega električnega toka
Kako delujejo generatorji DC in AC?