Generazione e trasmissione di corrente elettrica alternata

Una corrente alternata è una corrente la cui intensità e direzione cambiano periodicamente. Grazie alla corrente alternata oggi nelle nostre case c'è luce e calore. Tutte le imprese industriali e le produzioni del nostro tempo funzionano solo grazie alla corrente alternata. Senza corrente alternata, il progresso tecnologico della civiltà moderna sarebbe semplicemente impossibile.

Per ottenere corrente alternata vengono utilizzati dispositivi elettromeccanici, i cosiddetti generatori di induzione… In essi, l'energia meccanica ottenuta in un modo o nell'altro viene trasferita al rotore, il rotore ruota, per cui l'energia meccanica della rotazione del rotore viene convertita in energia elettrica per induzione elettromagnetica.

Ricorda che se ruoti il ​​​​magnete all'interno del telaio conduttore, allora ci sarà un'induzione nel telaio corrente alternata… Il generatore funziona su questo principio. Solo in un generatore industriale, lo statore svolge il ruolo di un telaio e il ruolo di un magnete è un rotore con una bobina magnetizzante, in realtà un elettromagnete rotante.

In un generatore industriale, lo statore è un'enorme struttura in acciaio a forma di anello con scanalature all'interno. In queste fessure è posato un avvolgimento trifase in rame. Il campo magnetico, come abbiamo già detto, è creato dal rotore, che è un nucleo di acciaio con una coppia (o più coppie, a seconda della velocità nominale del rotore) dei poli formati dalla corrente nell'avvolgimento del rotore. Una corrente continua viene fornita all'avvolgimento del rotore dall'eccitatore.

Secondo il diagramma schematico di un alternatore a induzione bipolare, è facile capire che le linee di forza del campo magnetico del rotore attraversano le spire dell'avvolgimento dello statore, mentre una volta per giro il flusso magnetico del rotore cambia direzione con rispetto agli stessi giri dello statore.

Pertanto, nell'avvolgimento dello statore viene prodotta una corrente alternata piuttosto che una corrente continua pulsante. Se parliamo di una centrale nucleare, allora il rotore del generatore riceve rotazione meccanica dal vapore, che viene fornito sotto enorme pressione alle pale di una turbina collegata al rotore. Vapore in una centrale nucleare è prodotto dall'acqua che viene riscaldata dal calore di una reazione nucleare alimentata all'acqua attraverso uno scambiatore di calore.

In Russia, la frequenza della corrente alternata nella rete è di 50 Hz, il che significa che il rotore di un generatore bipolare deve compiere 50 giri al secondo. Quindi, in una centrale nucleare il rotore fa 3000 giri al minuto, il che dà semplicemente la frequenza della corrente generata a 50 Hz. La direzione della corrente generata cambia secondo la legge sinusoidale (armonica)..

L'avvolgimento del generatore è diviso in tre parti, quindi la corrente alternata è trifase.Ciò significa che in ciascuna delle tre parti dell'avvolgimento dello statore, l'EMF risultante è sfasato l'uno rispetto all'altro di 120 gradi. Il valore effettivo della tensione generata nella centrale può essere compreso tra 6,3 e 36,75 kV, a seconda del tipo di generatore.

Per trasmettere energia elettrica a lunga distanza, linee elettriche ad alta tensione (PTL)… Ma se l'elettricità viene trasmessa senza conversione, alla stessa tensione che arriva dal generatore, allora le perdite di energia durante la trasmissione saranno colossali e praticamente nulla raggiungerà l'utente finale.

Il fatto è che le perdite di energia nei fili di trasmissione sono proporzionali al quadrato del valore corrente e direttamente proporzionali alla resistenza dei fili (vedi La legge di Joule-Lenz). Ciò significa che per una trasmissione e distribuzione più efficiente dell'elettricità, la tensione deve prima essere aumentata più volte per ridurre la corrente della stessa quantità e quindi ridurre significativamente le perdite di trasporto. E solo l'aumento della tensione ha senso trasferire alle linee elettriche.

Pertanto, l'elettricità viene prima fornita dalla centrale elettrica alla cabina di trasformazione... Qui la tensione viene aumentata a 110-750 kV e solo allora viene alimentata alle linee elettriche. Ma l'utente ha bisogno di 220 o 380 volt, quindi alla fine della linea l'alta tensione viene abbassata con l'aiuto di sottostazioni di trasformazione a 6-35 kV.

Un trasformatore è installato in una sottostazione vicino a casa nostra o integrato nella casa. Qui la tensione scende di nuovo - da 6-35 kV a 220 (380) volt, che sono già distribuiti ai consumatori.Attraverso il dispositivo di distribuzione dell'ingresso, una rete di fili e cavi diverge in diverse stanze.