Ko se ljudje seznanijo z elektriko in njenim delovanjem, večina ljudi izve, da električni tok teče iz negativnega pola v pozitivni. To dejansko drži, vendar le pri enosmerni (enosmerni) elektriki, enosmerni tok pa je le ena od dveh možnosti. AC (izmenični tok) je druga.
Namesto da bi potoval z enega pola na drugega, izmenični tok niha med dvema terminaloma - vroča in nevtralna smer spreminjanja s frekvenčno značilnostjo generatorja, ki proizvaja to.
Generatorji izmeničnega toka delujejo zaradi elektromagnetne indukcije, pri čemer spreminjajoče se električno polje proizvaja magnetno polje in obratno. V generatorju izmeničnega toka, znanem tudi kot alternator, vrtljivi rotor ustvarja tok v tuljavi in smer toka se z vsakim polovičnim obračanjem rotorja spremeni. Ena glavnih načinov uporabe izmeničnega generatorja je proizvodnja električne energije za množično porabo.
Ključna prednost alternatorja je, da deluje z napravo, imenovano a transformator, ki lahko poveča in zmanjša napetost. To je razlog, zakaj generatorji izmeničnega toka vsaj za zdaj napajajo večino svetovnega električnega omrežja.
Uporaba generatorja izmeničnega toka
Načelo generatorja izmeničnega toka je preprosto. Zunanji vir energije, kot sta tekoča voda ali para, ki nastane pri zgorevanju fosilnih goriv ali nadzorovani cepitvi jedrske celice, vrti rotor in vrtenje ustvarja izmenični tok v navitju tuljave. Električna energija je v bistvu pripravljena za uporabo takoj, ko tuljavo priključite na obremenitev.
Majhni bencinski generatorji lahko dobavijo dovolj energije za delovanje gospodinjskih aparatov, velike hidroelektrične, premogovne in jedrske turbine pa lahko poganjajo celotna mesta. Ko gre za obsežno proizvodnjo električne energije, ima proizvodnja električne energije izmeničnega toka izrazito prednost pred enosmernim tokom.
Transformatorji zmanjšujejo izgube pri prenosu
Z uporabo transformatorja lahko napetost izmeničnega toka povečate na več tisoč voltov, zaradi česar je prenos na dolge razdalje po daljnovodih izvedljiv. Na mestu uporabe z drugim transformatorjem napetost zmanjšate na uporabno raven. Transformatorji delujejo samo z izmeničnim tokom, ker se zanašajo tudi na elektromagnetno indukcijo.
Brez povečanja napetosti bi izguba električne moči zaradi električnega upora in uhajanje magnetnih tokov pomenila prenos energije na velike razdalje nepraktičen. Če bi generatorji enosmernega toka napajali električno omrežje, bi moralo biti več elektrarn in vsaka postaja bi lahko oskrbovala le z omejenim območjem. Pokrajina bi bila posejana z mini elektrarnami namesto z velikimi centraliziranimi postajami, ki obstajajo danes.
Alternatorji, ki ustvarjajo enosmerni tok, se imenujejo dinamo
Z alternatorjem je mogoče generirati izmenično moč tako, da na rotor pritrdite komutator, ki preprečuje spreminjanje smeri toka, ko se rotor vrti. S tem se alternator spremeni v a dinamo, ena od prednosti dinama pa je, da ga lahko uporabite za polnjenje baterije.
Povečana učinkovitost je ena pomembnih prednosti alternatorja pred dinamo, takšni pa so tudi dinamo običajno se uporabljajo vzvratno kot motorji za igrače in električna orodja na baterije in ne za polnjenje baterij avtomobilov.
Nevarnosti generatorjev izmeničnega toka
Ustvarjanje izmeničnega napajanja z alternatorjem po sebi ni nič bolj nevarno kot z uporabo baterije, vendar kadar napetost obsežnega generatorja izmeničnega toka naraste na nekaj tisoč voltov, postane izjemno Nevarno. Thomas Edison je to poudaril s tem, da je potepuške živali udaril v električni tok, da bi prepričal vlagatelje, naj podpirajo razvoj električne energije enosmernega toka. AC generatorji in transformatorji morajo biti močno izolirani, da so varni.
Pretok električne energije skozi tuljave generatorja in transformatorja ustvarja uporno toploto, kar ustvarja še en problem. Če na primer v primeru nenamernega prenapetostnega segrevanja vročina postane ekstremna, lahko tuljava transformatorja ali generatorja izgori ali se segreje dovolj, da poškoduje električno izolacijo ali sproži požar. Ta vrsta nesreče se občasno zgodi in je potencialni vzrok za požar.