การสร้างและการส่งกระแสไฟฟ้าสลับ

กระแสสลับคือกระแสที่มีขนาดและทิศทางเปลี่ยนเป็นระยะ ทุกวันนี้มีแสงสว่างและความร้อนในบ้านของเราด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ องค์กรอุตสาหกรรมและการผลิตทั้งหมดในยุคของเราทำงานด้วยไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น หากไม่มีกระแสสลับ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของอารยธรรมสมัยใหม่จะเป็นไปไม่ได้เลย

เพื่อให้ได้กระแสสลับจะใช้อุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าที่เรียกว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ… ในนั้นพลังงานกลที่ได้รับไม่ทางใดก็ทางหนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังโรเตอร์โรเตอร์จะหมุนซึ่งเป็นผลมาจากการที่พลังงานกลของการหมุนของโรเตอร์ถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

จำได้ว่าถ้าคุณหมุนแม่เหล็กภายในกรอบตัวนำ ก็จะเกิดการเหนี่ยวนำในกรอบ กระแสสลับ… เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานบนหลักการนี้ เฉพาะในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอุตสาหกรรมเท่านั้น สเตเตอร์มีบทบาทเป็นเฟรม และบทบาทของแม่เหล็กคือโรเตอร์ที่มีขดลวดแม่เหล็ก ซึ่งจริงๆ แล้วคือแม่เหล็กไฟฟ้าที่หมุนได้

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอุตสาหกรรม สเตเตอร์เป็นโครงสร้างเหล็กขนาดใหญ่ในรูปแบบของวงแหวนที่มีร่องด้านใน ช่องเหล่านี้มีขดลวดทองแดงสามเฟสวางอยู่ ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยโรเตอร์ซึ่งเป็นแกนเหล็กที่มีคู่ (หรือหลายคู่ขึ้นอยู่กับความเร็วเล็กน้อยของโรเตอร์) ของเสาที่เกิดจากกระแสในขดลวดโรเตอร์ กระแสตรงถูกส่งไปยังโรเตอร์ที่คดเคี้ยวจากตัวกระตุ้น

ตามแผนผังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบเหนี่ยวนำสองขั้ว มันเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจได้ว่าเส้นแรงของสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ตัดกับการหมุนของขดลวดสเตเตอร์ ในขณะที่ฟลักซ์แม่เหล็กของโรเตอร์เปลี่ยนทิศทางหนึ่งครั้งต่อรอบ เคารพในการปฏิวัติเดียวกันของสเตเตอร์

ดังนั้นกระแสสลับแทนที่จะเป็นกระแสตรงแบบพัลส์จึงเกิดขึ้นในขดลวดสเตเตอร์ หากเราพูดถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะได้รับการหมุนเชิงกลจากไอน้ำ ซึ่งจ่ายให้กับใบพัดของกังหันที่เชื่อมต่อกับโรเตอร์ภายใต้แรงดันมหาศาล ไอน้ำ ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ผลิตจากน้ำที่ได้รับความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ป้อนเข้าสู่น้ำผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ในรัสเซียความถี่ของกระแสสลับในเครือข่ายคือ 50 Hz ซึ่งหมายความว่าโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสองขั้วต้องทำ 50 รอบต่อวินาที ดังนั้นในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรเตอร์หมุนได้ 3,000 รอบต่อนาที ซึ่งให้ความถี่ของกระแสที่สร้างขึ้นเพียง 50 Hz ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันที่สร้างขึ้น ตามกฎไซน์ (ฮาร์มอนิก).

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่คดเคี้ยวแบ่งออกเป็นสามส่วนดังนั้นกระแสสลับจึงเป็นสามเฟสซึ่งหมายความว่าในแต่ละสามส่วนของขดลวดสเตเตอร์ EMF ที่เป็นผลลัพธ์จะเลื่อนเฟสสัมพันธ์กัน 120 องศา ค่าที่มีประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในโรงไฟฟ้าสามารถอยู่ระหว่าง 6.3 ถึง 36.75 kV ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในการส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกล สายไฟฟ้าแรงสูง (PTL)… แต่ถ้าไฟฟ้าถูกส่งโดยไม่มีการแปลงที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกันกับที่มาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การสูญเสียพลังงานระหว่างการส่งจะมหาศาลและแทบไม่มีสิ่งใดส่งไปถึงผู้ใช้ปลายทางเลย

ความจริงก็คือการสูญเสียพลังงานในสายส่งสัญญาณเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของค่าปัจจุบันและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต้านทานของสายไฟ (ดู กฎของจูล-เลนซ์). ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้การส่งและจ่ายไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น ก่อนอื่นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหลาย ๆ ครั้งเพื่อลดกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่เท่ากัน และลดการสูญเสียจากการขนส่งได้อย่างมาก และเฉพาะแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเท่านั้นที่เหมาะสมในการถ่ายโอนไปยังสายไฟ

จึงจ่ายไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าก่อน ไปยังสถานีย่อยหม้อแปลงไฟฟ้า... ที่นี่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็น 110-750 kV จากนั้นจึงป้อนเข้ากับสายไฟ แต่ผู้ใช้ต้องการ 220 หรือ 380 โวลต์ดังนั้นในตอนท้ายของสายไฟฟ้าแรงสูงจะถูกลดระดับลงด้วยความช่วยเหลือของสถานีย่อยของหม้อแปลงเป็น 6-35 kV

มีการติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าที่สถานีย่อยใกล้บ้านของเราหรือติดตั้งในบ้าน ที่นี่แรงดันไฟฟ้าลดลงอีกครั้ง - จาก 6-35 kV เป็น 220 (380) โวลต์ซึ่งแจกจ่ายให้กับผู้บริโภคแล้วผ่านอุปกรณ์กระจายสัญญาณเข้า เครือข่ายสายไฟและสายเคเบิลแยกไปตามห้องต่างๆ