Generatoare de curent alternativ (Alternatoare)

Curent alternativ

 (Curentul alternativ (curba verde). Axa orizontală măsoară timpul, cea verticală curentul sau tensiunea.)

Curentul alternativ (CA) este un curent electric care inversează periodic direcția, spre deosebire de curentul continuu (CC) care curge numai într-o direcție. Curentul alternativ este forma în care energia electrică este livrată întreprinderilor și locuințelor, și este o formă de energie electrică utilizată în mod obișnuit de către consumatori atunci când cuplează aparate de bucătărie, televizoare, ventilatoare și lămpi electrice într-o priză de perete. O sursă obișnuită de alimentare cu curent continuu este o celulă de baterie într-o lanternă.

Forma de undă obișnuită a curentului alternativ în majoritatea circuitelor electrice este o undă sinusoidală. În anumite aplicații, se folosesc diferite forme de undă, cum ar fi undele triunghiulare sau pătrată. Semnalele audio și radio purtate pe fire electrice sunt de asemenea exemple de curent alternativ. Aceste tipuri de curent alternativ transporta informații cum ar fi sunet (audio) sau imagini (video), uneori purtate prin modularea unui semnal purtător de curent alternativ. Acești curenți se alternează în mod obișnuit la frecvențe mai mari decât cele utilizate în transmisia de putere.

Alternator

(Alternator de la începutul secolului al XX-lea realizat de Ganz Works în 1909 la Budapesta, Ungaria, în hala generatoarelor a celei mai mari stații hidroelectrice a Imperiului Rus (fotografia delui Prokudin-Gorsky, 1911))

Un alternator este un generator electric care convertește energia mecanică în energie electrică sub forma curentului alternativ. Din motive de cost și simplitate, majoritatea alternatoarelor utilizează un câmp magnetic rotativ cu o armătură fixă. Ocazional, se utilizează un alternator liniar sau o armătură rotativă cu un câmp magnetic staționar. În principiu, orice generator de curent alternativ poate fi numit un alternator, dar de obicei termenul se referă la mașini de rotație mici, acționate de motoarele automobilelor și alte motoare cu combustie internă. Un alternator care utilizează un magnet permanent pentru câmpul său magnetic este numit magnetou.

Alternatoarele din centralele electrice acționate de turbinele cu abur sunt denumite turbo-alternatoare. Alternatoarele trifazate cu 50 sau 60 Hz în centralele electrice generează cea mai mare parte a energiei electrice mondiale, care este distribuită de rețele electrice.

Principiul de funcționare

(Diagrama unui alternator simplu cu un miez magnetic rotativ (rotor) și un fir staționar (stator) care arată de asemenea curentul indus în stator prin câmpul magnetic rotativ al rotorului.)

Un conductor care se deplasează în raport cu un câmp magnetic dezvoltă o forță electromotoare în el (Legea lui Faraday). Această forță electromotoare își inversează polaritatea când se mișcă sub poli magnetici de polaritate opusă. În mod tipic, un magnet rotativ, numit rotor, se rotește în interiorul unui set fix de conductori răsuciți în bobine pe un miez de fier, numit stator. Câmpul traversează conductorii, generând o forță electromotoare indusă, deoarece partea mecanică determină rotorul să se rotească.

Câmpul magnetic rotativ induce o tensiune CA în bobina statorului. Deoarece curenții înfășurărilor statorului variază în funcție de poziția rotorului, un alternator este un generator sincron.

Câmpul magnetic al rotorului poate fi produs de magneți permanenți sau de un electromagnet cu bobină de câmp. Alternatoarele automate utilizează o înfășurare rotor care permite controlul tensiunii generate de alternator prin modificarea curentului în bobina de câmp a rotorului. Mașinile cu magnet permanent evită pierderile cauzate de magnetizarea curentului în rotor, dar sunt limitate în funcție de costul materialului magnetului. Deoarece câmpul magnetului permanent este constant, tensiunea terminală variază direct cu viteza generatorului. Generatoarele de curent alternativ fără perii sunt de obicei mai mari decât cele utilizate în aplicațiile auto.

Un dispozitiv automat de control al tensiunii controlează curentul câmpului pentru a menține constantă tensiunea de ieșire. Dacă tensiunea de ieșire din bobinele armăturii staționare scade datorită creșterii sarcinii, mai mult curent este introdus în bobinele de câmp rotativ prin regulatorul de tensiune. Aceasta mărește câmpul magnetic în jurul bobinelor de câmp care determină o tensiune mai mare în bobinele armăturii. Astfel, tensiunea de ieșire este readusă până la valoarea inițială.

Alternatorii utilizați în centralele electrice de putere controlează, de asemenea, curentul câmpului pentru a regla puterea reactivă și pentru a ajuta la stabilizarea sistemului de alimentare împotriva efectelor unor defecțiuni momentane. Deseori există trei seturi de înfășurări statorice, deplasate fizic, astfel încât câmpul magnetic rotativ produce un curent trifazat, deplasat cu o treime dintr-o perioadă unul față de celălalt.