Získanie striedavého elektrického prúdu
Striedavý prúd v tradičnom zmysle je prúd získaný zo striedavého, harmonicky sa meniaceho (sínusového) napätia. V elektrárni vzniká striedavé napätie, ktoré je neustále prítomné v každej zásuvke na stene.
Striedavý prúd sa používa aj na prenos elektriny na veľké vzdialenosti, pretože striedavé napätie sa ľahko zvyšuje. pomocou transformátora, a teda elektrickú energiu je možné preniesť na vzdialenosť s minimálnymi stratami a následne pomocou transformátora znížiť späť na hodnotu prijateľnú pre domácu sieť.
Vytvára sa striedavé napätie (a teda prúd). v elektrárnikde sú striedavé pohony priemyselných generátorov poháňané turbínami poháňanými vysokotlakovou parou. Para sa vyrába z vody, ktorá je silne ohrievaná teplom vznikajúcim pri jadrovej reakcii alebo spaľovaním fosílnych palív v závislosti od typu elektrárne. V každom prípade je rotácia alternátora príčinou vzniku striedavého napätia a prúdu.
Aby som odpovedal na otázku, ako vzniká generátor striedavý prúd, stačí uvažovať o elementárnom modeli pozostávajúcom z kusu drôtu a magnetu, ktorý súčasne pripomína Lorentzova sila a zákon elektromagnetickej indukcie... Povedzme, že na stole leží drôt dlhý 10 cm a v ruke máme silný neodýmový magnet, ktorého veľkosť je o niečo menšia ako drôt. Na konce drôtu pripevníme citlivý galvanometer alebo číselníkový voltmeter.
Magnet jedným z pólov priblížime k drôtu na vzdialenosť menšiu ako 1 cm a magnet cez neho rýchlo natiahneme na drôt zľava doprava — prekrížime drôt s magnetickým poľom magnetu . Ihla galvanometra sa náhle vychýli v určitom smere a potom sa vráti do svojej pôvodnej polohy.
Otočte magnet druhým pólom smerom k drôtu. A opäť pohybom ruky zľava doprava rýchlo prekrížte experimentálny drôt magnetickým poľom. Ručička galvanometra sa prudko otočila opačným smerom a potom sa vrátila do pôvodnej polohy. Namiesto obrátenia magnetu sa môžete najskôr pohybovať zľava doprava a potom sprava doľava, efekt zmeny smeru generovaného prúdu bude rovnaký.
Experiment ukázal, že na získanie striedavého napätia musíme buď pohybovať magnetom po drôte doprava a doľava, alebo krížiť drôt so striedavými magnetickými pólmi. V generátore v elektrárni (a vo všetkých tradičných alternátoroch) platí druhá možnosť.
Princíp činnosti generátora - získavanie striedavej elektromotorickej sily (napätia)
Striedavé sínusové napätie
Alternátor v elektrárni pozostáva z rotora a statora.Mechanická energia rotujúcej turbíny sa prenáša na rotor. Magnetické pole rotora sa sústreďuje na jeho pólové časti a je vytvárané buď permanentnými magnetmi, ktoré sú na ňom pripevnené, alebo prúdom konštantného napätia pretekajúcim v medenom vinutí rotora.
Normálne sa statorové vinutie skladá z troch oddelených vinutí usporiadaných voči sebe, výsledkom čoho je striedavé napätie a prúd v každom z troch vinutí. Každé z troch statorových vinutí je teda zdrojom striedavého napätia a okamžité hodnoty napätia sú navzájom fázovo posunuté o 120 stupňov. Toto sa nazýva trojfázový striedavý prúd.
Získanie trojfázového striedavého napätia a prúdu
Rotor generátora s dvoma magnetickými pólmi, rotujúci rýchlosťou 3000 ot./min., dáva 50 prechodov každej fázy statorového vinutia za sekundu. A keďže medzi magnetickými pólmi je nulový bod, teda miesto, kde je indukcia magnetického poľa nulová, tak pri každom úplnom otočení rotora napätie indukované v cievke prechádza nulou, potom mení polaritu. Výsledkom je, že výstupné napätie má sínusový tvar a frekvenciou 50 Hz.
Keď je zdroj striedavého napätia pripojený k záťaži, v obvode sa vytvára striedavý prúd. Napätie a maximálny prípustný prúd statora sú tým vyššie, čím silnejšie je magnetické pole rotora, t.j. tým väčší prúd tečie vo vinutí rotora. V synchrónnych generátoroch s vonkajším budením je napätie a prúd vo vinutiach rotora vytvárané tyristorovým budiacim systémom alebo budičom - malým generátorom na hriadeli hlavného generátora.
Pozri tiež:
Hlavné charakteristiky (parametre) striedavého prúdu
Generovanie a prenos striedavého elektrického prúdu
Ako fungujú generátory jednosmerného a striedavého prúdu?