השגת זרם חשמלי לסירוגין
זרם חילופין, במובן המסורתי, הוא הזרם המתקבל ממתח מתח משתנה, הרמונית (סינוסואידלית). מתח חילופין נוצר בתחנת הכוח ונמצא כל הזמן בכל שקע בקיר.
זרם חילופין משמש גם להעברת חשמל למרחקים ארוכים מכיוון שמתח החילופין גדל בקלות. באמצעות שנאי, וכך ניתן להעביר אנרגיה חשמלית למרחק עם הפסדים מינימליים ולאחר מכן להפחית בחזרה בעזרת שנאי לערך מקובל לרשת ביתית.
נוצר מתח חילופין (ולכן זרם). בתחנת הכוחשבו כונני AC של גנרטור תעשייתי מונעים על ידי טורבינות המונעות על ידי קיטור בלחץ גבוה. הקיטור מופק ממים אשר מחוממים בחוזקה על ידי החום שנוצר מתגובה גרעינית או על ידי שריפת דלקים מאובנים, בהתאם לסוג תחנת הכוח. בכל מקרה, סיבוב האלטרנטור הוא הגורם להיווצרות מתח וזרם לסירוגין.
כדי לענות על השאלה איך נוצר המחולל זרם חליפין, די לשקול דגם אלמנטרי המורכב מחתיכת חוט ומגנט, נזכר בו זמנית כוח לורנץ ו חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית... נניח שעל השולחן מונח חוט באורך 10 ס"מ ובידנו מגנט ניאודימיום חזק שגודלו מעט קטן מהחוט. אנו מצמידים גלוונומטר רגיש או מד מתח חוגה לקצוות החוט.
נקרב את המגנט עם אחד הקטבים אל החוט, במרחק של פחות מ-1 ס"מ, ונמשוך דרכו את המגנט אל החוט במהירות משמאל לימין - נחצה את החוט עם השדה המגנטי של המגנט. . המחט של הגלוונומטר תסטה לפתע לכיוון מסוים, ואז תחזור למיקומה המקורי.
סובב את המגנט עם המוט השני לכיוון החוט. ושוב, הזזת היד משמאל לימין, חצה במהירות את חוט הניסוי עם שדה מגנטי. המחט של הגלוונומטר התנדנדה בחדות לכיוון השני, ואז חזרה למקומה המקורי. במקום להפוך את המגנט, תחילה ניתן לנוע משמאל לימין, ולאחר מכן מימין לשמאל, ההשפעה של שינוי כיוון הזרם הנוצר תהיה זהה.
הניסוי הראה שכדי להשיג מתח חילופין, עלינו להזיז את המגנט על פני החוט ימינה ושמאלה, או לחצות את החוט עם קטבים מגנטיים מתחלפים. בגנרטור בתחנת הכוח (ובכל האלטרנטורים המסורתיים) חלה האפשרות השנייה.
עקרון הפעולה של הגנרטור - השגת כוח אלקטרו-מוטיבי לסירוגין (מתח)
מתח סינוסואידי AC
אלטרנטור בתחנת כוח מורכב מרוטור וסטטור.האנרגיה המכנית של הטורבינה המסתובבת מועברת אל הרוטור. השדה המגנטי של הרוטור מרוכז בחלקי הקוטב שלו ונוצר או על ידי מגנטים קבועים המחוברים אליו או על ידי זרם מתח קבוע שזורם בפיתול הנחושת של הרוטור.
בדרך כלל, פיתולי הסטטור מורכבים משלוש פיתולים נפרדים המסודרים זה בזה, וכתוצאה מכך נוצר מתח וזרם חילופין בכל אחת משלוש הפיתולים. לפיכך, כל אחת משלוש פיתולי הסטטור מהווה מקור למתח חילופין, והערכים המיידיים מהמתחים מוזזים בפאזה זה עם זה ב-120 מעלות. זה נקרא זרם חילופין תלת פאזי.
השגת מתח AC תלת פאזי וזרם
הרוטור של גנרטור עם שני קטבים מגנטיים, המסתובב ב-3000 סל"ד, נותן 50 חצייות של כל שלב של פיתול הסטטור בשנייה. ומכיוון שיש נקודת אפס בין הקטבים המגנטיים, כלומר המקום בו אינדוקציה של השדה המגנטי היא אפס, אז עם כל סיבוב שלם של הרוטור, המתח המושרה בסליל עובר דרך האפס, ואז משנה קוטביות. כתוצאה מכך, יש למתח המוצא צורה סינוסואידית ותדר 50 הרץ.
כאשר מקור מתח AC מחובר לעומס, נוצר זרם AC במעגל. המתח והזרם המרבי המותר של הסטטור גבוהים יותר, ככל שהשדה המגנטי של הרוטור חזק יותר, כלומר. ככל שהזרם הזורם בפיתולי הרוטור גדול יותר. בגנרטורים סינכרוניים עם עירור חיצוני, המתח והזרם בפיתולי הרוטור נוצרים על ידי מערכת עירור תיריסטור או מעורר - גנרטור קטן על הפיר של הגנרטור הראשי.
ראה גם:
מאפיינים עיקריים (פרמטרים) של זרם חילופין
יצירה והעברה של זרם חשמלי חילופין