Elektřina, vládkyně světa/Generátory na proud střídavý

Elektřina, vládkyně světa
Princip dynamický	Generátory na proud střídavý	Generátory na proud stejnosměrný

Údaje o textu
Titulek:	Generátory na proud střídavý
Autor:	Josef Žuvníček
Zdroj:	Elektřina, vládkyně světa, str. 9-13 Národní knihovna České republiky
Vydáno:	1928
Licence:	PD old 70

[Generátory na proud střídavý] vyřešily pro praktické využití Faradeyovu indukci takto: J, S (obr. 5.) jsou póly silného elektromagnetu pro vytvoření magnetického pole. А, В je prsten z měkkého železa, jehož význam již známe. Na prsten je navinut uzavřený vodič; ve skutečností je to řada cívek vespolek spojených. V náčrtu našem ty cívky znázorňuje vždy toliko otočka, na příkl. o₁ nebo o₂. Jsou vinuty stejným směrem drátem isolovaným, určité tloušťky.

Prsten s cívkami je namontován na osu o (v náčrtu je osa přeříznuta). Celek tvoří kotvu, čili induktor, také rotor t. j. pohyblivou část generátoru. Naproti tomu elektromagnety S, J, protože se nepohybují, tvoří stator, nehybnou část generátoru. Směr otáčení rotoru je šipkami S₁, S₁ naznačen. Také směr magnetických silokřivek od pólu S k pólu J je vytečkován.

Rotor je doplněn dvěma kovovými, obyčejně bronzovými kroužky K₁, K₂, po nichž klouží t. zv. kartáčky Р₁, P₂, zpravidla uhlíkové, od nichž vedou dráty do sítě.

Větve v₁, v₂ spojují kroužky K₁, K₂ s cívkami rotoru v uzlech m, n. Těmito větvemi přitékají indukované proudy z cívek do kroužků, odkud je odebírají kartáčky.

Při tom je nutno, elektromagnet S J napájeti proudem z generátoru na proud stejnosměrný; tomu se odborně říká „buzeni“.

Roztočí-li se rotor, cívky jeho vinutí (= uzavřený vodič) protínají magnetické silokřivky elektromagnetu J S, ve vinutí rotoru vzniká elektrický proud, který — jak již víme — je u pólů nejmocnější, protože v těch místech proťatých silokřivek je nejvíce. Máme-li vyšetřiti, kterým směrem indukovaný proud vinutím rotoru probíhá, je nutno, abychom si blížeji všimli jedné z těchto cívek, vlastně jedné otočky na př. otočky o₁ a to v okamžiku, kdy se nalézá u pólu S.

Mimo to je si třeba připamatovati monterské pravidlo pravé ruky, které zní: Postav palec, ukazováček a prostřední prst pravé ruky, aby vytvořily pravé úhly o společném vrcholu (jako tři hrany krychle, které se v jednom vrcholu sbíhají). Ukazováček namíříme směrem magnetických silokřivek, tedy od severního pólu S dolů k jižnímu pólu J. Palci dáme polohu směru, kterým se otáčí rotor; u otočky o₁ na hořejším jejím okraji je to směr zleva napravo. Dáme-li těmto dvěma prstům žádanou polohu, směřuje nutně prostřední prst odpředu dozadu t. j. za papír. To je směr, kterým plyne indukovaný proud po hořejším obvodu cívky o₁ a který se obdobně opakuje u všech cívek, otoček, jež se ocitly při rotaci v sousedství pólu severního S, tedy v hořejší polovině A, což je šipkami do náčrtu zakresleno.

Vykonáme-li stejné šetření s vnějším (k pólu J obráceným) obvodem dolejší cívky o₂, směřuje ukazováček po magnetických silokřivkách opět shora dolů, směr otáčení kotvy je zde však opačný, totiž od pravé strany k levé, tím směrem je proto nutno postaviti palec. Z této změny důsledkem vyplývá změněná poloha prstu prostředního, jenž nyní bude směřovati odzadu dopředu.

Také tento, v náčrtu zakreslený směr opakuje se u všech cívek, jež rotací kotvy dostaly se do blízkosti jižního pólu J; proud probíhá proto naznačeným směrem dolejší polovinou vinutí B.

Směrové šipky v náčrtu nás poučují,

1. že v uzlech m, n se oba proudy z polovin vinutí slévají v proud jeden, který kartáčky z kroužků odvádějí;
2. že šipky proudové na vrchní straně otoček směřují v polovině vinutí A od středu rotoru k jeho obvodu, kdežto v polovině druhé B, že je tomu obráceně — od obvodu směřují ke středu rotoru.

Ocitnou-li se oba uzly m, n přímo proti pólům elektromagnetu, pak většina cívek každé z obou polovin vinutí dostává se do prostranních poloh o₁, o₂, kde magnetických silokřivek nekřižuje, kde proto indukce zaniká — jsou to polohy nulové.

Ale rotace pokračuje, rotor se otáčí dále, obě poloviny jeho vinutí si vymění místo. Cívka A dostává se v sousedství jižního pólu J, kdežto cívka В v sousedství pólu severního S. Opačné póly způsobí opačný směr indukovaných proudů. V poloze kotvy, která je na obr. 5. zakreslená, směřoval proud v hořejší cívce A na povrchu otoček od středu k obvodu rotoru; po výměně poloh je půlka vinutí A u pólu jižního a indukovaný proud na povrchu otoček směřuje nyní opačně od obvodu ke středu rotoru.

Právě tak vyměnila směr svého indukovaného proudu polovina vinutí B, jež se tou dobou ocitla v sousedství pólu severního. Kartáčky odebírají z kroužků také tento druhý proud, jenž proti předchozímu je směru opačného. Při dalším otáčení rotoru se indukce proudu obou směrů stejně opakuje, kartáčky odvádějí do sítě proud střídavý, jehož obraty směrové čili změny tím rychleji za sebou následují, čím se rotor v magnetickém poli rychleji otáčí.

Při jednom otočení rotoru vykoná proud dvě směrové změny; to tak, že od polohy nulové proud rostl, poblíž středu magnetického pólu vrcholí a u druhé nulové polohy zaniká. V druhé polovině otočky rotoru se vznik proudu, jeho vrcholení i zánik zase opakuje s rozdílem, že směr proudu v druhé změně je opačný.

Znázorňuje to proudová křivka, vlnovka střídavého proudu (obr. 6.). V náčrtu je zakreslena vlevo jedna otočka rotoru s dvanácti momentními polohami od 0—11, které jsou vpravo rozloženy v jednu úplnou vlnu čili periodu. Připsané stupně značí stupně úhlů při jedné otočce. Nad osou je půl periody či jedna změna, pod osou je druhá změna opačného směru. Má tedy každá perioda proudová dvě změny. Kde vlnovka osu seče (místa jsou označena nulami), je bez proudu.

Protože střídavý proud, kterým se svítí, mívá pravidlem za 1 vteřinu 50 period čili 100 změn, je tento bezproudový okamžik velice kratičký, trvá jednu setinu sekundy. Popsaný generátor o dvou pólech elektromagnetu produkuje při jedné otočce toliko jednu periodu. V elektrárnách najdeme však vždycky stroje, které mají těch pólů více: 4, 6, 8 atd. Uspořádány jsou tak, že severní póly se s jižními střídají, aby vždy dva nestejnojmenné póly stály proti sobě a vytvořily magnetické pole. Stroj čtyřpólový má 2 magnetická pole, šestipólový tři, osmipólový čtyři atd.

Umístíme-li tedy rotor do středu kříže, vytvořeného čtyřmi póly elektromagnetu, otáčí se rotor ve 2 magnetických polích, čímž při jedné jeho otočce vystřídají se dvě periody nebo 4 změny. Dalším zmnožením pólů elektromagnetu (v počet sudý) vystřídá se pak period několik, čímž proudové nárazy dostatečně rychle za sebou sledují, že není třeba tak veliké rychlosti rotace k docílení těch padesáti period za sekundu, jež jsou nevyhnutelně nutný všude tam, kde se střídavým proudem napájejí žárovky.