Amikor megismerkedünk az elektromossággal és annak működésével, a legtöbb ember megtanulja, hogy az elektromos áram negatív pólusból pozitívba áramlik. Ez valójában azonban csak az egyenáramú (egyenáramú) villamos energiára vonatkozik, és az egyenáram csak a két lehetőség egyike. Az AC (váltakozó áram) a másik.
Ahelyett, hogy az egyik pólusról a másikra haladna, a váltakozó áram egy terminálpár között ingadozik - a forró és semleges - változó irány a termelő generátor frekvenciajellemzőivel azt.
A váltakozó áramú generátorok az elektromágneses indukció miatt működnek, így a változó elektromos tér mágneses teret hoz létre, és fordítva. Egy váltakozó áramú generátorban, más néven generátorként egy forgó rotor tekercsben áramot generál, és az áram iránya a rotor minden félfordulatával megfordul. Az AC generátor egyik fő felhasználási területe a villamos energia előállítása tömegfogyasztás céljából.
A generátor fő előnye, hogy a nevű eszközzel működik transzformátor, amely egyszerre növelheti és csökkentheti a feszültséget. Ez az oka annak, hogy legalább egyelőre a váltakozó áramú áramfejlesztők táplálják a világ elektromos hálózatának nagy részét.
AC generátor használata
A váltakozó áramú generátor alapelve egyszerű. Külső energiaforrás, például mozgó víz vagy gőz, amelyet fosszilis tüzelőanyagok elégetésével vagy szabályozott maghasadással állítanak elő, forgat egy rotort, és a forgás tekercs tekercsben váltakozó áramot generál. Az áram alapvetően használatra kész, amint a tekercset egy terheléshez csatlakoztatja.
A kis benzingenerátorok elegendő energiát szolgáltathatnak a háztartási gépek üzemeltetéséhez, a nagy hidroelektromos, szén- és atomerőműves turbinák pedig egész városokat működtethetnek. A nagyüzemi villamosenergia-termelés terén az AC áramtermelésnek kifejezett előnye van a DC-vel szemben.
A transzformátorok csökkentik az átviteli veszteséget
Transzformátor használatával sok ezer voltra növelheti a váltakozó áram feszültségét, ezáltal megvalósítva a távvezetéket az elektromos vezetékek mentén. A felhasználás helyén egy másik transzformátort használ a feszültség felhasználható szintre csökkentésére. A transzformátorok csak váltóárammal működnek, mert az elektromágneses indukcióra is támaszkodnak.
A feszültség növekedése nélkül az elektromos ellenállás vesztesége és a mágneses szivárgás a hosszú távú erőátvitelt megvalósíthatatlanná tenné. Ha az egyenáramú áramfejlesztők ellátnák az elektromos hálózatot, akkor több erőműnek kell lennie, és mindegyik állomás csak korlátozott területet tudna ellátni. A tájat a jelenleg létező nagy központosított állomások helyett mini áramtermelő állomások tarkítják.
Az egyenáramot generáló generátorokat dinamóknak hívják
Generátorral váltakozó áramot lehet előállítani egy kommutátornak a rotorhoz történő csatlakoztatásával, ami megakadályozza az áram irányváltását a rotor forgása közben. Ez a generátort a-vá változtatja dinamó, és a dinamó egyik előnye, hogy akkumulátor töltésére használható.
A megnövekedett hatékonyság a generátor egyik fontos előnye a dinamóval szemben, tehát a dinamók igen általában hátramenetben használják akkumulátoros játékok és elektromos szerszámok motorjaként, és nem töltik be az elemeket autók.
Az AC áramfejlesztők veszélyei
A váltakozó áramú áram generálása generátorral eredendően nem veszélyesebb, mint egy akkumulátor használata, de amikor egy nagyméretű váltakozó áramú generátor feszültségét több ezer voltra fokozzák, rendkívüli mértékben megnő veszélyes. Thomas Edison híresen megjegyezte ezt azzal, hogy a kóbor állatokat áramütéssel próbálta meggyőzni a befektetőket az egyenáramú áramfejlesztés támogatásáról. A váltakozó áramú generátorokat és transzformátorokat erősen le kell szigetelni, hogy biztonságossá váljanak.
A villamos energia áramlása a generátoron és a transzformátor tekercseken rezisztív hőt termel, és ez újabb problémát vet fel. Ha például a véletlen áramfeszültség során a hő rendkívüli mértékűvé válik, akkor egy transzformátor vagy generátor tekercs eléghet vagy felmelegedhet ahhoz, hogy károsítsa az elektromos szigetelést vagy tüzet indítson. Ez a fajta baleset időről időre előfordul, és ez a tűzesetek lehetséges oka.