Sản xuất và truyền tải dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ và chiều thay đổi tuần hoàn. Nhờ có dòng điện xoay chiều, ngày nay trong nhà của chúng ta có ánh sáng và nhiệt. Tất cả các doanh nghiệp và sản xuất công nghiệp của thời đại chúng ta chỉ hoạt động nhờ dòng điện xoay chiều. Không có dòng điện xoay chiều, tiến bộ công nghệ của nền văn minh hiện đại đơn giản là không thể.

Để có được dòng điện xoay chiều, các thiết bị cơ điện được sử dụng, cái gọi là máy phát điện cảm ứng… Ở chúng, năng lượng cơ học thu được bằng cách này hay cách khác được truyền đến rôto, rôto quay, do đó năng lượng cơ học của chuyển động quay của rôto được chuyển thành năng lượng điện bằng cảm ứng điện từ.

Nhắc lại rằng nếu quay nam châm bên trong khung dẫn điện thì trong khung xuất hiện cảm ứng từ Dòng điện xoay chiều… Máy phát điện hoạt động theo nguyên tắc này. Chỉ trong máy phát điện công nghiệp, stato đóng vai trò là khung, còn vai trò của nam châm là một rôto với cuộn dây từ hóa, thực chất là một nam châm điện quay.

Trong máy phát điện công nghiệp, stato là một cấu trúc thép khổng lồ có dạng vòng với các rãnh ở bên trong. Một cuộn dây ba pha bằng đồng được đặt trong các khe này. Từ trường, như chúng ta đã nói, được tạo ra bởi rôto, là một lõi thép có một cặp (hoặc một số cặp, tùy thuộc vào tốc độ danh nghĩa của rôto) của các cực được hình thành bởi dòng điện trong cuộn dây rôto. Một dòng điện trực tiếp được cung cấp cho cuộn dây rôto từ bộ kích thích.

Theo sơ đồ nguyên lý của máy phát điện xoay chiều cảm ứng hai cực, có thể dễ dàng hiểu rằng các đường sức từ của rôto đi qua các vòng quay của cuộn dây stato, trong khi mỗi vòng một lần, từ thông của rôto đổi hướng theo đối với cùng số vòng quay của stato.

Do đó, dòng điện xoay chiều chứ không phải dòng điện một chiều dao động được tạo ra trong cuộn dây stato. Nếu chúng ta nói về một nhà máy điện hạt nhân, thì rôto của máy phát điện nhận chuyển động quay cơ học từ hơi nước, được cung cấp dưới áp suất rất lớn cho các cánh của tuabin nối với rôto. Hơi nước trong nhà máy điện hạt nhân được sản xuất từ ​​nước được đun nóng bằng nhiệt từ phản ứng hạt nhân cấp cho nước thông qua bộ trao đổi nhiệt.

Ở Nga, tần số của dòng điện xoay chiều trong mạng là 50 Hz, có nghĩa là rôto của máy phát hai cực phải quay 50 vòng mỗi giây. Vì vậy, trong một nhà máy điện hạt nhân, rôto tạo ra 3000 vòng quay mỗi phút, điều này chỉ đơn giản là cung cấp tần số của dòng điện được tạo ra là 50 Hz. Chiều của dòng điện được tạo ra thay đổi theo quy luật hình sin (điều hòa).

Cuộn dây máy phát điện được chia thành ba phần, vì vậy dòng điện xoay chiều là ba pha.Điều này có nghĩa là trong mỗi phần trong số ba phần của cuộn dây stato, EMF thu được bị lệch pha so với nhau 120 độ. Giá trị hiệu dụng của điện áp được tạo ra trong nhà máy điện có thể từ 6,3 đến 36,75 kV, tùy thuộc vào loại máy phát điện.

Để truyền năng lượng điện đi một khoảng cách xa, đường dây điện cao thế (PTL)… Nhưng nếu điện được truyền đi mà không chuyển đổi, ở cùng điện áp phát ra từ máy phát điện, thì tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải sẽ rất lớn và thực tế sẽ không có gì đến tay người dùng cuối.

Thực tế là tổn thất năng lượng trong dây truyền tỷ lệ thuận với bình phương của giá trị hiện tại và tỷ lệ thuận với điện trở của dây (xem Định luật Joule-Lenz). Điều này có nghĩa là để truyền tải và phân phối điện hiệu quả hơn, trước tiên điện áp phải được tăng lên nhiều lần để giảm dòng điện xuống cùng một lượng và do đó giảm đáng kể tổn thất vận chuyển. Và chỉ có điện áp tăng lên mới có ý nghĩa để chuyển sang đường dây điện.

Do đó, điện được cung cấp trước tiên từ nhà máy điện đến trạm biến áp... Tại đây, điện áp được tăng lên 110-750 kV và chỉ sau đó nó mới được cung cấp cho các đường dây điện. Nhưng người dùng cần điện áp 220 hoặc 380 volt, do đó, ở cuối đường dây, điện áp cao được giảm xuống 6-35 kV với sự trợ giúp của các trạm biến áp.

Một máy biến áp được lắp đặt tại một trạm biến áp gần nhà của chúng tôi hoặc được xây dựng trong nhà. Tại đây, điện áp lại giảm xuống — từ 6-35 kV xuống 220 (380) vôn, đã được phân phối cho người tiêu dùng.Thông qua thiết bị phân phối đầu vào, một mạng lưới dây và cáp được phân bổ vào các phòng khác nhau.