Het verkrijgen van een wisselende elektrische stroom
Wisselstroom, in de traditionele zin, is de stroom die wordt verkregen uit een wisselende, harmonisch variërende (sinusvormige) spanning. Wisselspanning wordt opgewekt in de energiecentrale en is constant aanwezig in elk stopcontact op de muur.
Wisselstroom wordt ook gebruikt om elektriciteit over lange afstanden te transporteren, omdat de wisselspanning gemakkelijk wordt verhoogd. behulp van een transformator, en zo kan elektrische energie met minimale verliezen over een afstand worden overgedragen en vervolgens met behulp van een transformator worden teruggebracht tot een waarde die acceptabel is voor een huishoudelijk netwerk.
Er wordt een wisselspanning (en dus stroom) opgewekt in de elektriciteitscentralewaar industriële generator-wisselstroomaandrijvingen worden aangedreven door turbines die worden aangedreven door hogedrukstoom. De stoom wordt geproduceerd uit water dat sterk wordt verwarmd door de warmte die wordt gegenereerd door een kernreactie of door verbranding van fossiele brandstoffen, afhankelijk van het type energiecentrale. In ieder geval is het draaien van de dynamo de oorzaak van het ontstaan van wisselspanning en -stroom.
Om de vraag te beantwoorden hoe de generator wordt gevormd wisselstroom, het is voldoende om een elementair model te beschouwen dat bestaat uit een stuk draad en een magneet, tegelijkertijd herinnerend Lorentz-kracht En wet van elektromagnetische inductie... Laten we zeggen dat er een draad van 10 cm lang op tafel ligt, en in onze hand zit een sterke neodymiummagneet, waarvan de maat iets kleiner is dan de draad. We bevestigen een gevoelige galvanometer of draaivoltmeter aan de uiteinden van de draad.
We brengen de magneet met een van de polen dicht bij de draad, op een afstand van minder dan 1 cm, en trekken de magneet snel van links naar rechts op de draad - we zullen de draad kruisen met het magnetische veld van de magneet . De naald van de galvanometer zal plotseling in een bepaalde richting uitwijken en dan terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie.
Draai de magneet met de andere pool richting de draad. En nogmaals, beweeg de hand van links naar rechts en steek snel de experimentele draad over met een magnetisch veld. De naald van de galvanometer zwaaide scherp in de andere richting en keerde toen terug naar zijn oorspronkelijke positie. In plaats van de magneet om te keren, kunt u eerst van links naar rechts bewegen en vervolgens van rechts naar links, het effect van het veranderen van de richting van de opgewekte stroom zal hetzelfde zijn.
Het experiment toonde aan dat we, om een wisselspanning te verkrijgen, ofwel de magneet over de draad naar rechts en links moeten bewegen, ofwel de draad moeten kruisen met wisselende magnetische polen. In de generator in de elektriciteitscentrale (en in alle traditionele dynamo's) is de tweede optie van toepassing.
Het werkingsprincipe van de generator - het verkrijgen van afwisselende elektromotorische kracht (spanning)
AC sinusvormige spanning
Een dynamo in een elektriciteitscentrale bestaat uit een rotor en een stator.De mechanische energie van de roterende turbine wordt overgebracht op de rotor. Het magnetische veld van de rotor is geconcentreerd op de pooldelen en wordt gecreëerd door permanente magneten die eraan zijn bevestigd of door een constante spanningsstroom die door de koperen wikkeling van de rotor vloeit.
Normaal gesproken bestaat de statorwikkeling uit drie afzonderlijke wikkelingen die ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt, waardoor in elk van de drie wikkelingen een wisselspanning en -stroom ontstaat.Elk van de drie statorwikkelingen is dus een bron van wisselspanning en de momentane waarden van de spanningen zijn 120 graden ten opzichte van elkaar in fase verschoven. Dit wordt driefasige wisselstroom genoemd.
Het verkrijgen van driefasige wisselspanning en -stroom
De rotor van een generator met twee magnetische polen, roterend met 3000 tpm, geeft 50 doorgangen van elke fase van de statorwikkeling per seconde. En aangezien er een nulpunt is tussen de magnetische polen, dat wil zeggen de plaats waar de inductie van het magnetische veld nul is, gaat bij elke volledige rotatie van de rotor de in de spoel geïnduceerde spanning door nul en verandert dan van polariteit. Als gevolg hiervan heeft de uitgangsspanning sinusvormige vorm en frequentie 50 Hz.
Wanneer een wisselspanningsbron is aangesloten op een belasting, wordt er een wisselstroom geproduceerd in het circuit. De spanning en de maximaal toelaatbare stroom van de stator zijn hoe hoger, hoe sterker het magnetische veld van de rotor, d.w.z. hoe groter de stroom die door de rotorwikkelingen vloeit. In synchrone generatoren met externe excitatie worden de spanning en stroom in de rotorwikkelingen gecreëerd door een thyristor-excitatiesysteem of een exciter - een kleine generator op de as van de hoofdgenerator.
Zie ook:
Hoofdkenmerken (parameters) van wisselstroom
Opwekking en transmissie van elektrische wisselstroom
Hoe werken DC- en AC-generatoren?