Vahelduvelektrivoolu saamine
Vahelduvvool on traditsioonilises tähenduses vool, mis saadakse vahelduvast, harmooniliselt muutuvast (sinusoidaalsest) pingest. Elektrijaamas tekib vahelduvpinge, mis on pidevalt olemas igas seinal olevas pistikupesas.
Vahelduvvoolu kasutatakse ka elektri edastamiseks pikkadele vahemaadele, sest vahelduvpinget on lihtne tõsta. kasutades trafot, ja seega saab elektrienergiat edastada vahemaa tagant minimaalsete kadudega ja seejärel trafo abil vähendada majapidamisvõrgu jaoks vastuvõetava väärtuseni.
Tekib vahelduvpinge (ja seega ka vool). elektrijaamaskus tööstuslike generaatorite vahelduvvooluajamid käitavad kõrgsurveauruga käitatavad turbiinid. Auru toodetakse veest, mida kuumutatakse tugevalt tuumareaktsiooni või fossiilkütuste põletamise teel, olenevalt elektrijaama tüübist. Igal juhul on vahelduvpinge ja -voolu tekke põhjuseks generaatori pöörlemine.
Et vastata küsimusele, kuidas generaator moodustatakse vahelduvvoolu, piisab, kui vaadelda elementaarmudelit, mis koosneb juhtmejupist ja magnetist, meenutades samal ajal Lorentzi jõud ja elektromagnetilise induktsiooni seadus... Ütleme nii, et laual lebab 10 cm pikkune traat ja meie käes on tugev neodüümmagnet, mille suurus on veidi väiksem kui traat. Traadi otstele kinnitame tundliku galvanomeetri või ketasvoltmeetri.
Toome magneti ühe poolusega juhtme lähedale, vähem kui 1 cm kaugusele ja tõmbame magneti kiiresti vasakult paremale läbi selle juhtmele — ristame juhtme magneti magnetväljaga. . Galvanomeetri nõel kaldub ootamatult teatud suunas ja naaseb seejärel algasendisse.
Pöörake magnetit teise poolusega juhtme poole. Ja jälle, liigutades kätt vasakult paremale, ristage katsejuhe kiiresti magnetväljaga. Galvanomeetri nõel kõikus järsult teises suunas ja naasis seejärel algasendisse. Magneti ümberpööramise asemel saate kõigepealt liikuda vasakult paremale ja seejärel paremalt vasakule, genereeritud voolu suuna muutmise mõju on sama.
Katse näitas, et vahelduva pinge saamiseks peame kas liigutama magnetit üle juhtme paremale ja vasakule või ristama juhtme vahelduvate magnetpoolustega. Generaatoris elektrijaamas (ja kõigi traditsiooniliste vahelduvvoolugeneraatorite puhul) kehtib teine võimalus.
Generaatori tööpõhimõte - vahelduva elektromotoorjõu (pinge) saamine
AC sinusoidaalne pinge
Elektrijaama generaator koosneb rootorist ja staatorist.Pöörleva turbiini mehaaniline energia edastatakse rootorile. Rootori magnetväli on koondunud selle poolusosadele ja tekib kas sellele kinnitatud püsimagnetitega või rootori vaskmähises voolava konstantse pingevooluga.
Tavaliselt koosneb staatorimähis kolmest eraldi mähisest, mis on paigutatud üksteise suhtes, mille tulemuseks on vahelduvpinge ja -vool kõigis kolmes mähises. Seega on kõik kolm staatorimähist vahelduvpinge allikas ja hetkväärtused pingetest nihutatakse üksteisega faasis 120 kraadi. Seda nimetatakse kolmefaasiliseks vahelduvvooluks.
Kolmefaasilise vahelduvvoolu pinge ja voolu saamine
Kahe magnetpoolusega generaatori rootor, mis pöörleb 3000 pööret minutis, annab staatori mähise iga faasi 50 ristumist sekundis. Ja kuna magnetpooluste vahel on nullpunkt ehk koht, kus magnetvälja induktsioon on null, siis iga rootori täieliku pöörlemise korral läbib mähises indutseeritud pinge nulli, seejärel muudab polaarsust. Selle tulemusena on väljundpingel sinusoidne kuju ja sagedus 50 Hz.
Kui vahelduvpingeallikas on ühendatud koormusega, tekib ahelas vahelduvvool. Staatori pinge ja maksimaalne lubatud vool on seda suurem, mida tugevam on rootori magnetväli, s.t. seda suurem on rootori mähistes voolav vool. Välise ergutusega sünkroongeneraatorites tekitatakse rootori mähistes pinge ja vool türistori ergutussüsteemi või erguti - väikese generaatori abil peageneraatori võllil.
Vaata ka:
Vahelduvvoolu peamised omadused (parameetrid).
Vahelduvelektrivoolu genereerimine ja edastamine
Kuidas alalis- ja vahelduvvoolugeneraatorid töötavad?