Maiņstrāvas ģenerēšana un pārvade
Maiņstrāva ir strāva, kuras stiprums un virziens periodiski mainās. Pateicoties maiņstrāvai, mūsdienās mūsu mājās ir gaisma un siltums. Visi mūsu laika rūpniecības uzņēmumi un ražošanas darbi darbojas tikai pateicoties maiņstrāvai. Bez maiņstrāvas mūsdienu civilizācijas tehnoloģiskais progress būtu vienkārši neiespējams.
Lai iegūtu maiņstrāvu, tiek izmantotas elektromehāniskās ierīces, t.s indukcijas ģeneratori… Tajos tādā vai citādā veidā iegūtā mehāniskā enerģija tiek pārnesta uz rotoru, rotors griežas, kā rezultātā rotora griešanās mehāniskā enerģija elektromagnētiskās indukcijas ceļā tiek pārvērsta elektroenerģijā.
Atgādiniet, ka, ja pagriežat magnētu vadošā rāmja iekšpusē, rāmī notiks indukcija maiņstrāva… Ģenerators darbojas pēc šī principa. Tikai rūpnieciskajā ģeneratorā stators pilda rāmja lomu, un magnēta loma ir rotors ar magnetizējošo spoli, faktiski rotējošs elektromagnēts.
Rūpnieciskajā ģeneratorā stators ir milzīga tērauda konstrukcija gredzena formā ar rievām iekšpusē. Šajās spraugās ir ievietots vara trīsfāzu tinums. Magnētisko lauku, kā jau teicām, rada rotors, kas ir tērauda serdeņa ar pāris (vai vairākiem pāriem, atkarībā no rotora nominālā ātruma) polu, ko rotora tinumā veido strāva. Līdzstrāva tiek piegādāta rotora tinumam no ierosinātāja.
Pēc divpolu indukcijas ģeneratora shematiskās diagrammas ir viegli saprast, ka rotora magnētiskā lauka spēka līnijas šķērso statora tinuma pagriezienus, savukārt vienu reizi apgriezienā rotora magnētiskā plūsma maina virzienu ar attiecībā pret tiem pašiem statora apgriezieniem.
Tādējādi statora tinumā tiek ražota maiņstrāva, nevis pulsējoša līdzstrāva. Ja mēs runājam par atomelektrostaciju, tad ģeneratora rotors saņem mehānisku rotāciju no tvaika, kas tiek piegādāts ar milzīgu spiedienu uz turbīnas lāpstiņām, kas savienotas ar rotoru. Tvaiks atomelektrostacijā tiek ražots no ūdens, ko silda kodolreakcijas siltums, kas caur siltummaini tiek ievadīts ūdenī.
Krievijā maiņstrāvas frekvence tīklā ir 50 Hz, kas nozīmē, ka divpolu ģeneratora rotoram jāveic 50 apgriezieni sekundē. Tātad atomelektrostacijā rotors veic 3000 apgriezienus minūtē, kas vienkārši dod ģenerētās strāvas frekvenci 50 Hz. Mainās ģenerētās strāvas virziens saskaņā ar sinusoidālo (harmonisko) likumu.
Ģeneratora tinums ir sadalīts trīs daļās, tāpēc maiņstrāva ir trīsfāzu.Tas nozīmē, ka katrā no trim statora tinuma daļām iegūtais EMF tiek fāzē nobīdīts attiecībā pret otru par 120 grādiem. Ražotā sprieguma efektīvā vērtība elektrostacijā var būt no 6,3 līdz 36,75 kV atkarībā no ģeneratora veida.
Lai pārsūtītu elektrisko enerģiju lielā attālumā, augstsprieguma elektropārvades līnijas (PTL)… Bet, ja elektroenerģiju pārvada bez pārveidošanas, ar tādu pašu spriegumu, kāds nāk no ģeneratora, tad enerģijas zudumi pārraides laikā būs milzīgi un līdz gala lietotājam praktiski nekas nesasniegs.
Fakts ir tāds, ka enerģijas zudumi pārraides vados ir proporcionāli strāvas vērtības kvadrātam un tieši proporcionāli vadu pretestībai (sk. Džoula-Lenca likums). Tas nozīmē, ka efektīvākai elektroenerģijas pārvadei un sadalei vispirms vairākas reizes jāpalielina spriegums, lai par tādu pašu daudzumu samazinātu strāvu un tādējādi būtiski samazinātu transporta zudumus. Un tikai paaugstinātu spriegumu ir jēga pārsūtīt uz elektropārvades līnijām.
Tāpēc elektroenerģiju vispirms piegādā no elektrostacijas uz transformatoru apakšstaciju... Šeit spriegums tiek palielināts līdz 110-750 kV un tikai tad tiek padots uz elektrolīnijām. Taču lietotājam nepieciešami 220 vai 380 volti, tāpēc līnijas galā augstspriegums ar transformatoru apakšstaciju palīdzību tiek pazemināts līdz 6-35 kV.
Transformators ir uzstādīts apakšstacijā pie mūsu mājas vai iebūvēts mājā. Šeit spriegums atkal pazeminās — no 6-35 kV līdz 220 (380) voltiem, kas jau tiek sadalīti patērētājiem.Caur ievades sadales ierīci vadu un kabeļu tīkls novirzās dažādās telpās.