Získání střídavého elektrického proudu
Střídavý proud v tradičním smyslu je proud získaný ze střídavého, harmonicky se měnícího (sinusového) napětí. V elektrárně vzniká střídavé napětí, které je neustále přítomno v každé zásuvce na zdi.
Střídavý proud se také používá k přenosu elektřiny na velké vzdálenosti, protože střídavé napětí se snadno zvyšuje. pomocí transformátoru, a tak lze elektrickou energii přenést na vzdálenost s minimálními ztrátami a následně ji pomocí transformátoru zpět snížit na hodnotu přijatelnou pro domácí síť.
Vzniká střídavé napětí (a tedy i proud). v elektrárněkde jsou střídavé pohony průmyslových generátorů poháněny turbínami poháněnými vysokotlakou párou. Pára se vyrábí z vody, která je silně ohřívána teplem vznikajícím při jaderné reakci nebo spalováním fosilních paliv, v závislosti na typu elektrárny. V každém případě je rotace alternátoru příčinou vzniku střídavého napětí a proudu.
Abych odpověděl na otázku, jak se tvoří generátor střídavý proud, stačí uvažovat elementární model skládající se z kousku drátu a magnetu, který zároveň připomíná Lorentzova síla a zákon elektromagnetické indukce... Řekněme, že na stole leží drát o délce 10 cm a v ruce máme silný neodymový magnet, jehož velikost je o něco menší než drát. Na konce drátu připevníme citlivý galvanometr nebo číselníkový voltmetr.
Magnet jedním z pólů přiblížíme k drátu na vzdálenost menší než 1 cm a magnet přes něj rychle natáhneme na drát zleva doprava — zkřížíme drát s magnetickým polem magnetu . Ručička galvanometru se náhle vychýlí v určitém směru a poté se vrátí do své původní polohy.
Otočte magnet druhým pólem směrem k drátu. A opět pohybem ruky zleva doprava rychle překřížte experimentální drát s magnetickým polem. Ručička galvanometru se prudce otočila opačným směrem a pak se vrátila do původní polohy. Místo obrácení magnetu se můžete nejprve pohybovat zleva doprava a poté zprava doleva, účinek změny směru generovaného proudu bude stejný.
Experiment ukázal, že abychom získali střídavé napětí, musíme buď pohybovat magnetem po drátu doprava a doleva, nebo křížit drát se střídavými magnetickými póly. V generátoru v elektrárně (a ve všech tradičních alternátorech) platí druhá možnost.
Princip činnosti generátoru — získávání střídavé elektromotorické síly (napětí)
Střídavé sinusové napětí
Alternátor v elektrárně se skládá z rotoru a statoru.Mechanická energie rotující turbíny se přenáší na rotor. Magnetické pole rotoru je soustředěno na jeho pólových částech a je vytvářeno buď permanentními magnety k němu připevněnými, nebo proudem konstantního napětí protékajícím měděným vinutím rotoru.
Normálně se vinutí statoru skládá ze tří samostatných vinutí uspořádaných vůči sobě, což má za následek střídavé napětí a proud v každém ze tří vinutí. Každé ze tří statorových vinutí je tedy zdrojem střídavého napětí a okamžité hodnoty napětí jsou vzájemně fázově posunuta o 120 stupňů. Toto se nazývá třífázový střídavý proud.
Získání třífázového střídavého napětí a proudu
Rotor generátoru se dvěma magnetickými póly, rotující rychlostí 3000 ot./min., dává 50 zkřížení každé fáze statorového vinutí za sekundu. A protože mezi magnetickými póly je nulový bod, tedy místo, kde je indukce magnetického pole nulová, tak při každém úplném otočení rotoru prochází napětí indukované v cívce nulou, následně mění polaritu. V důsledku toho má výstupní napětí sinusový tvar a frekvenci 50 Hz.
Když je zdroj střídavého napětí připojen k zátěži, v obvodu vzniká střídavý proud. Napětí a maximální přípustný proud statoru jsou tím vyšší, čím silnější je magnetické pole rotoru, tzn. tím větší proud teče ve vinutí rotoru. U synchronních generátorů s vnějším buzením je napětí a proud ve vinutí rotoru vytvářen tyristorovým buzením nebo budičem - malým generátorem na hřídeli hlavního generátoru.
Viz také:
Hlavní charakteristiky (parametry) střídavého proudu
Výroba a přenos střídavého elektrického proudu
Jak fungují DC a AC generátory?