Получение переменного электрического тока

 Генератор. Ротор и статор

Так мы пе­ре­хо­дим к устрой­ству, ко­то­рое дает воз­мож­ность по­лу­чить элек­три­че­ский ток и на­зы­ва­ет­ся ге­не­ра­то­ром.

Идея по­лу­че­ния элек­три­че­ско­го тока таким спо­со­бом впер­вые при­ш­ла Май­к­лу Фа­ра­дею. В его ри­сун­ках даже со­хра­нил­ся чер­теж пер­во­го ге­не­ра­то­ра.

Боль­шин­ство ге­не­ра­то­ров – это т.н. элек­тро­ме­ха­ни­че­ские ге­не­ра­то­ры, в них за счет ме­ха­ни­че­ско­го дви­же­ния по­движ­ной части та­ко­го ге­не­ра­то­ра со­зда­ет­ся пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток.

Что же такое пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток? Пе­ре­мен­ным элек­три­че­ским током на­зы­ва­ют такой ток, ко­то­рый пе­ри­о­ди­че­ски из­ме­ня­ет­ся по своей ве­ли­чине, мо­ду­лю и на­прав­ле­нию.

На се­го­дняш­ний день вся про­мыш­лен­ность ис­поль­зу­ет имен­но пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток.

Объ­яс­ня­ет­ся это тем, что очень удоб­но, во-пер­вых, по­лу­чить пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток, а во-вто­рых, удоб­но пе­ре­да­вать его на боль­шие рас­сто­я­ния. Вот по­это­му в мире везде и всюду ис­поль­зу­ет­ся имен­но пе­ре­мен­ный ток.

Обо­зна­ча­ют его на всех схе­мах вол­ни­стой ли­ни­ей.

Рис. 1. Обо­зна­че­ние пе­ре­мен­но­го тока

Об­ра­ти­те вни­ма­ние: если дома есть ка­кие-ли­бо элек­три­че­ские при­бо­ры и на этих при­бо­рах встре­ча­ет­ся такое обо­зна­че­ние, зна­чит, эти при­бо­ры ра­бо­та­ют на пе­ре­мен­ном элек­три­че­ском токе.

Как устро­е­ны ге­не­ра­то­ры?

Итак, со­вре­мен­ный ге­не­ра­тор пред­став­ля­ет собой до­воль­но слож­ное устрой­ство, но в ос­нов­ном со­сто­ит он из двух ча­стей – ро­то­ра и ста­то­ра.

Рис. 2. Устрой­ство ге­не­ра­то­ра

Ста­тор – это непо­движ­ная часть. Ротор – по­движ­ная. Можно ска­зать, что ста­тор – это ана­лог ка­туш­ки с боль­шим чис­лом вит­ков. А ротор – это маг­нит, ко­то­рый вра­ща­ет­ся и со­зда­ет из­ме­ня­ю­щий­ся маг­нит­ный поток с те­че­ни­ем вре­ме­ни, про­ни­зы­вая те витки, ко­то­рые на­хо­дят­ся в ста­то­ре, ин­ду­ци­ру­ет, на­во­дит в этих вит­ках элек­три­че­ский ток.

Если ге­не­ра­тор ма­ло­мощ­ный, то обыч­но ротор де­ла­ют из по­сто­ян­но­го маг­ни­та. Ему при­да­ют опре­де­лён­ную форму, со­зда­ют внут­ри несколь­ко от­дель­ных по­лю­сов. Этот по­сто­ян­ный маг­нит, вра­ща­ясь прямо внут­ри ста­то­ра, непо­сред­ствен­но со­зда­ёт ин­дук­ци­он­ный элек­три­че­ский ток. Если же необ­хо­дим мощ­ный ге­не­ра­тор, то в этом слу­чае ротор – уже не по­сто­ян­ный маг­нит, а элек­тро­маг­нит.

Ко­неч­но, необ­хо­ди­мо ска­зать, что во всех ге­не­ра­то­рах ротор вра­ща­ет­ся за счет ра­бо­ты сто­рон­ней силы. Если этот ге­не­ра­тор уста­нов­лен на гид­ро­элек­тро­стан­ции, то там ис­поль­зу­ет­ся энер­гия па­да­ю­щей воды. В этом слу­чае ротор вра­ща­ет­ся с неболь­шой ско­ро­стью. По­это­му при­хо­дит­ся де­лать ротор слож­ной формы, чтобы со­здать боль­шое из­ме­не­ние маг­нит­но­го по­то­ка при вра­ще­нии ро­то­ра и по­лу­чить зна­чи­тель­ный элек­три­че­ский ток. На­при­мер, у ге­не­ра­то­ра на теп­ло­вых элек­тро­стан­ци­ях ротор будет вра­щать­ся за счет по­сту­па­ю­ще­го пара, там ча­сто­та вра­ще­ния до­ста­точ­но боль­шая, и в этом слу­чае ко­ли­че­ство по­лю­сов и форма ро­то­ра будет со­всем иная.

Рис. 3. Устрой­ство ро­то­ра и ста­то­ра

Если го­во­рить про ста­тор, то это непо­движ­ная часть ге­не­ра­то­ра. В ней про­ре­за­ют­ся пазы. Пред­ставь­те себе ци­линдр, в ко­то­ром про­ре­за­ны пазы, в этих пазах укла­ды­ва­ет­ся об­мот­ка ста­то­ра, где и со­зда­ет­ся ин­дук­ци­он­ный элек­три­че­ский ток. Так устро­е­ны ге­не­ра­то­ры пе­ре­мен­но­го тока.

 Трансформатор

Пе­ре­да­ча элек­тро­энер­гии

Боль­шое зна­че­ние имеет во­прос о пе­ре­да­че пе­ре­мен­но­го элек­три­че­ско­го тока. Пе­ре­да­ча пе­ре­мен­но­го элек­три­че­ско­го тока на боль­шие рас­сто­я­ния свя­за­на с элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ци­ей. Чтобы пе­ре­дать пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток, ис­поль­зу­ют­ся при­бо­ры, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся транс­фор­ма­то­ра­ми. Транс­фор­ма­тор – при­бор для пре­об­ра­зо­ва­ния элек­три­че­ско­го тока и на­пря­же­ния.

Он со­сто­ит из двух ка­ту­шек, они на­зы­ва­ют­ся об­мот­ка­ми, и эти две ка­туш­ки (ка­ту­шек может быть и боль­ше на самом деле) на­де­ты на один сер­деч­ник.

Рис. 4. Транс­фор­ма­тор со­сто­ит из двух ка­ту­шек 

Транс­фор­ма­тор – это устрой­ство, ко­то­рое со­сто­ит из двух ка­ту­шек или боль­ше­го ко­ли­че­ства ка­ту­шек, на­де­тых на общий сер­деч­ник.

Когда мы под­клю­ча­ем пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток к одной из ка­ту­шек, в ней со­зда­ет­ся пе­ре­мен­ное маг­нит­ное поле. Маг­нит­ное поле одной ка­туш­ки уси­ли­ва­ет­ся за счет же­лез­но­го сер­деч­ни­ка и своим маг­нит­ным по­то­ком про­ни­зы­ва­ет витки дру­гой ка­туш­ки. Тем самым в дру­гой ка­туш­ке тоже будет со­зда­вать­ся элек­три­че­ский ток. Если мы будем те­перь из­ме­нять ко­ли­че­ство вит­ков в одной ка­туш­ке и в дру­гой ка­туш­ке, то будут ме­нять­ся зна­че­ния элек­три­че­ско­го тока в раз­лич­ных ка­туш­ках.

Вот здесь и про­ис­хо­дит самое глав­ное. Дело в том, что, когда элек­три­че­ский ток про­те­ка­ет по про­во­дам, глав­ная по­те­ря свя­за­на с тем, что про­во­да на­гре­ва­ют­ся, т.е. ска­зы­ва­ет­ся теп­ло­вое дей­ствие элек­три­че­ско­го тока. Это яв­ля­ет­ся глав­ным неудоб­ством при пе­ре­да­че по­сто­ян­но­го элек­три­че­ско­го тока.

А если мы го­во­рим о пе­ре­мен­ном токе, то за счет транс­фор­ма­то­ра, из­ме­няя витки в ка­туш­ках, можно ре­гу­ли­ро­вать зна­че­ние элек­три­че­ско­го тока.

Если мы умень­шим ко­ли­че­ство вит­ков, то можем из­ме­нить и зна­че­ние элек­три­че­ско­го тока. Мы можем его умень­шить, и по­те­ри элек­три­че­ско­го тока при пе­ре­да­че тоже умень­шат­ся.

Если мы все это при­мем во вни­ма­ние, то можем ска­зать сле­ду­ю­щее. Транс­фор­ма­тор дает воз­мож­ность умень­шить зна­че­ние элек­три­че­ско­го тока и уве­ли­чить при этом на­пря­же­ние элек­три­че­ско­го тока.

Таким об­ра­зом удоб­но пе­ре­да­вать пе­ре­мен­ный элек­три­че­ский ток, транс­фор­ма­тор на­зы­ва­ет­ся по­вы­ша­ю­щим тогда, когда на­пря­же­ние уве­ли­чи­ва­ет­ся. Когда такой элек­три­че­ский ток при­хо­дит уже непо­сред­ствен­но к нам в квар­ти­ры, то вклю­ча­ют дру­гой транс­фор­ма­тор, ко­то­рый на­зы­ва­ет­ся по­ни­жа­ю­щим. В этом слу­чае на­пря­же­ние умень­ша­ет­ся до 220 В, но сила тока в цепи воз­рас­та­ет.

Этот элек­три­че­ский ток мы ис­поль­зу­ем в бы­то­вых при­бо­рах. Если мы будем рас­смат­ри­вать от­дель­но каж­дую линию элек­тро­пе­ре­дач (крат­ко ее на­зы­ва­ют ЛЭП), то каж­дая такая линия от­дель­но раз­ра­ба­ты­ва­ет­ся для кон­крет­ной элек­тро­стан­ции, с ко­то­рой мы по­лу­ча­ем элек­тро­энер­гию. На пути ее пе­ре­да­чи уста­нав­ли­ва­ют­ся транс­фор­ма­тор­ные стан­ции, ко­то­рые ме­ня­ют на­пря­же­ние пе­ре­мен­но­го элек­три­че­ско­го тока.