Dobivanje izmjenične električne struje
Izmjenična struja, u tradicionalnom smislu, je struja dobivena iz izmjeničnog, harmonijski promjenjivog (sinusoidnog) napona. Izmjenični napon se stvara u elektrani i stalno je prisutan u svakoj utičnici na zidu.
Izmjenična struja također se koristi za prijenos električne energije na velike udaljenosti jer se izmjenični napon lako povećava. pomoću transformatora, te se tako električna energija može prenijeti na udaljenost uz minimalne gubitke, a zatim uz pomoć transformatora vratiti na vrijednost prihvatljivu za kućnu mrežu.
Generira se izmjenični napon (a time i struja). u elektranigdje pogone izmjenične struje industrijskih generatora pokreću turbine koje pokreću visokotlačne pare. Para se proizvodi iz vode koja se jako zagrijava toplinom koju stvara nuklearna reakcija ili izgaranjem fosilnih goriva, ovisno o vrsti elektrane. U svakom slučaju rotacija alternatora je uzrok nastanka izmjeničnog napona i struje.
Za odgovor na pitanje kako nastaje generator naizmjenična struja, dovoljno je razmotriti elementarni model koji se sastoji od komada žice i magneta, prisjećajući se u isto vrijeme Lorentzova sila i zakon elektromagnetske indukcije... Recimo da na stolu leži žica duga 10 cm, au ruci imamo jak neodimijski magnet čija je veličina nešto manja od žice. Na krajeve žice pričvrstimo osjetljivi galvanometar ili voltmetar s brojčanikom.
Magnet s jednim polom približimo žici, na udaljenost manju od 1 cm, i kroz nju brzo navučemo magnet na žicu s lijeva na desno — ukrstit ćemo žicu s magnetskim poljem magneta. . Igla galvanometra iznenada će skrenuti u određenom smjeru, a zatim se vratiti u prvobitni položaj.
Okrenite magnet s drugim polom prema žici. I opet, pomičući ruku s lijeva na desno, brzo prijeđite eksperimentalnu žicu s magnetskim poljem. Igla galvanometra naglo se zanjihala u drugom smjeru, a zatim se vratila u prvobitni položaj. Umjesto okretanja magneta, prvo se možete kretati slijeva nadesno, a zatim s desna na lijevo, učinak promjene smjera generirane struje bit će isti.
Pokus je pokazao da za dobivanje izmjeničnog napona moramo ili pomicati magnet preko žice udesno i ulijevo ili ukrstiti žicu s izmjeničnim magnetskim polovima. U generatoru u elektrani (i u svim tradicionalnim alternatorima) primjenjuje se druga opcija.
Princip rada generatora — dobivanje izmjenične elektromotorne sile (napona)
AC sinusoidalni napon
Alternator u elektrani sastoji se od rotora i statora.Mehanička energija rotirajuće turbine prenosi se na rotor. Magnetsko polje rotora koncentrirano je na njegovim dijelovima polova i stvaraju ga ili stalni magneti koji su na njega pričvršćeni ili struja konstantnog napona koja teče u bakrenom namotu rotora.
Obično se namot statora sastoji od tri odvojena namota raspoređena jedan u odnosu na drugi, što rezultira izmjeničnim naponom i strujom u svakom od tri namota. Dakle, svaki od tri namota statora je izvor izmjeničnog napona, a trenutne vrijednosti naponi su međusobno fazno pomaknuti za 120 stupnjeva. To se zove trofazna izmjenična struja.
Dobivanje trofaznog izmjeničnog napona i struje
Rotor generatora s dva magnetska pola, koji se okreće brzinom od 3000 okretaja u minuti, daje 50 križanja svake faze namota statora u sekundi. A budući da između magnetskih polova postoji nulta točka, odnosno mjesto gdje je indukcija magnetskog polja jednaka nuli, onda sa svakom potpunom rotacijom rotora napon induciran u zavojnici prolazi kroz nulu, a zatim mijenja polaritet. Kao rezultat toga, izlazni napon ima oblik sinusoide a frekvencija 50 Hz.
Kada je izvor izmjeničnog napona spojen na opterećenje, u krugu se proizvodi izmjenična struja. Napon i najveća dopuštena struja statora su to veći što je magnetsko polje rotora jače, tj. veća je struja koja teče u namotima rotora. Kod sinkronih generatora s vanjskom uzbudom napon i struju u namotima rotora stvara tiristorski sustav uzbude ili pobudnik - mali generator na osovini glavnog generatora.
Vidi također:
Glavne karakteristike (parametri) izmjenične struje
Proizvodnja i prijenos izmjenične električne struje
Kako rade istosmjerni i izmjenični generatori?