Po zapoznaniu się z elektrycznością i jej działaniem większość ludzi dowiaduje się, że prąd elektryczny płynie od bieguna ujemnego do dodatniego. To prawda, jednak tylko dla prądu stałego (prąd stały), a DC jest tylko jedną z dwóch możliwości. AC (prąd przemienny) to drugi.
Zamiast przemieszczać się z jednego bieguna do drugiego, prąd przemienny oscyluje między parą zacisków – the gorący i neutralny – zmieniający kierunek z charakterystyką częstotliwościową generatora, który wytwarza to.
Generatory prądu przemiennego działają dzięki indukcji elektromagnetycznej, w wyniku której zmieniające się pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne i odwrotnie. W generatorze prądu przemiennego, znanym również jako alternator, wirujący wirnik generuje prąd w cewce, a kierunek prądu zmienia się z każdym półobrotem wirnika. Jednym z głównych zastosowań generatora prądu przemiennego jest wytwarzanie energii elektrycznej do masowego zużycia.
Kluczową zaletą alternatora jest to, że współpracuje on z urządzeniem o nazwie a
transformator, który może zarówno zwiększać, jak i zmniejszać napięcie. To jest powód, dla którego generatory prądu przemiennego zasilają większość światowej sieci elektrycznej, przynajmniej na razie.Zastosowania generatora prądu przemiennego
Zasada działania generatora prądu przemiennego jest prosta. Zewnętrzne źródło energii, takie jak poruszająca się woda lub para wytwarzana przez spalanie paliw kopalnych lub kontrolowane rozszczepienie jądrowe, obraca wirnik, a obrót generuje prąd przemienny w uzwojeniu cewki. Energia elektryczna jest w zasadzie gotowa do użycia, gdy tylko podłączysz cewkę do obciążenia.
Małe generatory benzynowe mogą dostarczyć wystarczającą ilość energii do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego, a duże turbiny wodne, węglowe i jądrowe mogą zasilać całe miasta. Jeśli chodzi o produkcję energii elektrycznej na dużą skalę, wytwarzanie prądu przemiennego ma wyraźną przewagę nad prądem stałym.
Transformatory zmniejszają straty transmisji
Za pomocą transformatora można zwiększyć napięcie prądu przemiennego do wielu tysięcy woltów, umożliwiając transmisję na duże odległości wzdłuż linii energetycznych. W miejscu użycia używasz innego transformatora, aby zmniejszyć napięcie do użytecznego poziomu. Transformatory działają tylko przy zasilaniu prądem zmiennym, ponieważ również opierają się na indukcji elektromagnetycznej.
Bez wzrostu napięcia, straty mocy związane z rezystancją elektryczną i wycieki magnetyczne sprawiłyby, że przesyłanie energii na duże odległości byłoby niepraktyczne. Gdyby generatory prądu stałego zasilały sieć elektryczną, musiałoby być więcej elektrowni, a każda z nich byłaby w stanie zasilać tylko ograniczony obszar. Krajobraz byłby usiany minielektrowniami zamiast istniejących dziś dużych scentralizowanych stacji.
Alternatory generujące prąd stały nazywane są dynamami
Możliwe jest generowanie prądu przemiennego za pomocą alternatora poprzez podłączenie komutatora do wirnika, który zapobiega zmianie kierunku prądu podczas wirowania wirnika. To zamienia alternator w dynamo, a jedną z zalet dynama jest to, że można go używać do ładowania akumulatora.
Zwiększona wydajność jest jednak jedną z ważnych zalet alternatora nad dynamem, więc dynama są zwykle używane w odwrotnej kolejności jako silniki do zabawek na baterie i elektronarzędzi, a nie do ładowania baterii w samochody.
Zagrożenia związane z generatorami prądu przemiennego
Generowanie prądu przemiennego za pomocą alternatora z natury nie jest bardziej niebezpieczne niż korzystanie z akumulatora, ale gdy napięcie wielkoskalowego generatora prądu przemiennego wzrasta do kilku tysięcy woltów, staje się ekstremalnie niebezpieczny. Thomas Edison słynie z tego, że poraził bezpańskie zwierzęta prądem, aby przekonać inwestorów do poparcia rozwoju zasilania prądem stałym. Generatory prądu przemiennego i transformatory muszą być mocno izolowane, aby były bezpieczne.
Przepływ energii elektrycznej przez cewki generatora i transformatora wytwarza ciepło oporowe, a to stwarza kolejny problem. Jeśli ciepło stanie się ekstremalne podczas, na przykład, przypadkowego przepięcia, cewka transformatora lub generatora może się przepalić lub nagrzać na tyle, aby uszkodzić izolację elektryczną lub wywołać pożar. Ten rodzaj wypadku zdarza się od czasu do czasu i jest potencjalną przyczyną pożarów.