Όταν εισάγονται στην ηλεκτρική ενέργεια και πώς λειτουργεί, οι περισσότεροι άνθρωποι μαθαίνουν ότι το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει από έναν αρνητικό πόλο σε έναν θετικό. Αυτό ισχύει στην πραγματικότητα, ωστόσο, μόνο για DC (συνεχές ρεύμα) ηλεκτρικής ενέργειας, και το DC είναι μόνο μία από τις δύο δυνατότητες. Το εναλλασσόμενο ρεύμα (εναλλασσόμενο ρεύμα) είναι το άλλο.
Αντί να ταξιδεύει από έναν πόλο στον άλλο, το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος κυμαίνεται μεταξύ ενός ζεύγους τερματικών - το ζεστό και ουδέτερο - αλλάζει κατεύθυνση με χαρακτηριστική συχνότητα της γεννήτριας που παράγει το.
Οι γεννήτριες AC λειτουργούν λόγω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, με την οποία ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο παράγει ένα μαγνητικό πεδίο και το αντίστροφο. Σε μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, επίσης γνωστή ως εναλλάκτης, ένας περιστρεφόμενος ρότορας παράγει ρεύμα σε ένα πηνίο και η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστρέφεται με κάθε μισή στροφή του ρότορα. Μία από τις κύριες χρήσεις μιας γεννήτριας AC είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για μαζική κατανάλωση.
Ένα βασικό πλεονέκτημα ενός εναλλάκτη είναι ότι λειτουργεί με μια συσκευή που ονομάζεται a μετασχηματιστής, η οποία μπορεί να αυξήσει και να μειώσει την τάση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος τροφοδοτούν το μεγαλύτερο μέρος του παγκόσμιου δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, τουλάχιστον για τώρα.
Χρήσεις μιας γεννήτριας AC
Η αρχή πίσω από μια γεννήτρια AC είναι απλή. Μια εξωτερική πηγή ενέργειας, όπως κινούμενο νερό ή ατμός που παράγεται από καύση ορυκτών καυσίμων ή ελεγχόμενη πυρηνική σχάση, περιστρέφει έναν ρότορα και η περιστροφή παράγει ρεύμα AC σε μια περιέλιξη πηνίου. Ο ηλεκτρισμός είναι βασικά έτοιμος για χρήση μόλις συνδέσετε το πηνίο σε ένα φορτίο.
Οι μικρές γεννήτριες βενζίνης μπορούν να παρέχουν αρκετή ισχύ για να λειτουργούν οικιακές συσκευές και μεγάλες υδροηλεκτρικές, άνθρακες και πυρηνικές στρόβιλοι μπορούν να τροφοδοτούν ολόκληρες πόλεις. Όσον αφορά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας, η παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος έχει ένα ξεχωριστό πλεονέκτημα έναντι του DC.
Οι μετασχηματιστές μειώνουν την απώλεια μετάδοσης
Χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή, μπορείτε να αυξήσετε την τάση του ρεύματος AC σε πολλές χιλιάδες βολτ, καθιστώντας εφικτή τη μετάδοση μεγάλων αποστάσεων κατά μήκος των γραμμών ισχύος. Στο σημείο χρήσης, χρησιμοποιείτε άλλο μετασχηματιστή για να μειώσετε την τάση σε χρησιμοποιήσιμο επίπεδο. Οι μετασχηματιστές λειτουργούν μόνο με ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος, επειδή βασίζονται επίσης στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.
Χωρίς την αύξηση της τάσης, η απώλεια ισχύος στην ηλεκτρική αντίσταση και η μαγνητική διαρροή θα καθιστούσαν ανέφικτη τη μετάδοση ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις. Εάν οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος τροφοδοτούσαν το ηλεκτρικό δίκτυο, θα έπρεπε να υπάρχουν περισσότεροι σταθμοί παραγωγής ενέργειας και κάθε σταθμός θα μπορούσε να παρέχει μόνο μια περιορισμένη περιοχή. Το τοπίο θα ήταν γεμάτο με σταθμούς παραγωγής μίνι ισχύος αντί για τους μεγάλους κεντρικούς σταθμούς που υπάρχουν σήμερα.
Οι εναλλάκτες που δημιουργούν ρεύμα DC ονομάζονται δυναμικά
Είναι δυνατή η παραγωγή ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος με έναν εναλλάκτη, συνδέοντας έναν μετατροπέα στον ρότορα, ο οποίος αποτρέπει την αλλαγή της κατεύθυνσης του ρεύματος καθώς περιστρέφεται ο ρότορας. Αυτό μετατρέπει τον εναλλάκτη σε α δυναμό, και ένα από τα πλεονεκτήματα ενός δυναμό είναι ότι μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να φορτίσετε μια μπαταρία.
Ωστόσο, η αυξημένη απόδοση είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα ενός εναλλάκτη έναντι ενός δυναμό, έτσι και οι δυναμισμοί συνήθως χρησιμοποιείται αντίστροφα ως κινητήρες για παιχνίδια με μπαταρία και ηλεκτρικά εργαλεία και όχι για φόρτιση μπαταριών αυτοκίνητα.
Οι κίνδυνοι των γεννητριών εναλλασσόμενου ρεύματος
Η παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος με εναλλάκτη δεν είναι εγγενώς πιο επικίνδυνη από τη χρήση μιας μπαταρίας, αλλά όταν το Η τάση μιας γεννήτριας AC μεγάλης κλίμακας αυξάνεται σε αρκετές χιλιάδες βολτ, γίνεται εξαιρετικά επικίνδυνος. Ο Τόμας Έντισον έφτασε διάσημα σε αυτό το σημείο, καθώς τα αδέσποτα ζώα υπέστη ηλεκτροπληξία σε μια προσπάθεια να πείσουν τους επενδυτές να υποστηρίξουν την ανάπτυξη ισχύος DC. Οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος και οι μετασχηματιστές πρέπει να είναι πολύ μονωμένοι για να τους κάνουν ασφαλείς.
Η ροή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω πηνίων γεννήτριας και μετασχηματιστή παράγει αντίσταση θερμότητας και αυτό δημιουργεί ένα άλλο πρόβλημα. Εάν η θερμότητα γίνει ακραία κατά τη διάρκεια, για παράδειγμα, μιας τυχαίας αύξησης ισχύος, ενός μετασχηματιστή ή ενός πηνίου γεννήτριας μπορεί να καεί ή να ζεσταθεί αρκετά για να καταστρέψει την ηλεκτρική μόνωση ή να πυροδοτήσει φωτιά. Αυτός ο τύπος ατυχήματος συμβαίνει κατά καιρούς και είναι πιθανή αιτία πυρκαγιών.