เกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

หากปราศจากการประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับและการพัฒนาในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา โลกคงจะมืดมนมากอย่างแน่นอน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟ ระบบทำความร้อนและความเย็น อุปกรณ์และคอมพิวเตอร์ของเรา เดิมทีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญ ครั้งหนึ่งเคยถือว่าไร้ค่าและใช้ไม่ได้ จากนั้นจึงถูกใส่ร้ายป้ายสีมาหลายปีก่อนที่จะกลายเป็นเครื่องจักรที่ขาดไม่ได้ในทุกวันนี้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์เพื่อสร้างกระแสสลับโดยการหมุนขดลวดภายในสนามแม่เหล็ก พลังงานกลหมุนคอยล์ โดยปกติมาจากมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยลม น้ำ ดีเซล หรือแหล่งพลังงานอื่นๆ

กระแสสลับเมื่อเทียบกับกระแสตรง

ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ AC เป็นไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่หาได้จาก ทางออกในผนังของคุณ, ในขณะที่ กระแสตรงหรือ DC ผลิตโดยแบตเตอรี่. ไฟฟ้าสถิตก็เป็นไฟฟ้ากระแสตรงเช่นกัน ซึ่งเกิดจากการถูผ้าไหมและแก้วเข้าหากัน หรือใช้หวีพลาสติกหวีผมของคุณ

กระแสตรงจะคงสภาพขั้วเดิมตลอดเวลาและไปในทิศทางเดียวกันเสมอ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ไม่เปลี่ยนแปลง ขั้วหรือทิศทางของกระแสสลับเปลี่ยนแปลงหลายครั้งในแต่ละวินาที ดังนั้นการไหลของกระแสไฟฟ้าก็เปลี่ยนหลายครั้งในแต่ละวินาที ในสหรัฐอเมริกา ไฟ AC ในบ้านของคุณจะสลับกัน 60 ครั้งต่อวินาที

ในขณะที่หลายสิ่งในบ้านและสำนักงานของเราต้องการกระแสไฟ AC อุปกรณ์จำนวนมากที่เราจ่ายไฟโดยใช้เต้ารับ AC นั้นใช้กระแสไฟตรง ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ รวมทั้งคอมพิวเตอร์ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับสายไฟจะทำการแปลง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานอย่างไร

พูดง่ายๆ ก็คือ ถ้าคุณหมุน a สนามแม่เหล็ก รอบขดลวดหรือหมุนขดลวดภายในสนามแม่เหล็ก คุณได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้อธิบายโดยกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์

เพื่อให้เข้าใจว่าสนามแม่เหล็กสร้างกระแสสลับอย่างไร ลองนึกภาพแม่เหล็กหมุนเหมือนเข็มบนเข็มทิศ ที่จุดใดๆ รอบเข็มทิศ ขั้วบวกและขั้วลบของแม่เหล็กจะผ่านไปในขณะที่แม่เหล็กหมุน สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้กับขดลวดจะสลับขั้วของแรงดันไฟ ทำให้เกิดกระแสย้อนกลับในวงจร

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมีความคล้ายคลึงกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ แต่ซับซ้อนกว่าในด้านวิศวกรรม ไม่มีประสิทธิภาพและต้องการการบำรุงรักษามากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมีขดลวดติดตั้งอยู่บนเพลา ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีแม่เหล็กอยู่ที่นั่น เมื่อคอยล์หมุน มันจะสัมผัสกับแปรงถ่านที่ติดตั้งอยู่รอบๆ คอยล์ โดยจะเปิดและปิดวงจรภายนอกตามจังหวะด้วยขั้วแม่เหล็กสลับกัน เพื่อให้ขั้วเดียวถูกส่งไปยังวงจรภายนอก

ประวัติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

ประวัติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีความเกี่ยวพันกับประวัติของไดนาโมและไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีต้นกำเนิดในผลงานของ Michael Faraday และ Joseph Henry ผู้ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นโดยบังเอิญโดย Hippolyte Pixii ในขณะที่เขากำลังประดิษฐ์เครื่องไดนาโมเครื่องแรกในปี พ.ศ. 2375 ซึ่งส่งกระแสไฟฟ้ากระแสตรงเป็นพัลส์ หลังปี ค.ศ. 1832 เหตุการณ์สำคัญบางประการในการพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ได้แก่:

• 1860: Antonio Pacinotti ได้คิดค้นไดนาโมที่ให้พลังงาน DC อย่างต่อเนื่อง
  
• 1867: Werner Von Siemens และ Charles Wheatstone ได้ประดิษฐ์ไดนาโมที่ทรงพลังกว่าโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเอง
  
  
• 1871: Zenobe Gramme สร้างไดนาโมที่เป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์เครื่องแรกโดยการวางแกนเหล็กในสนามแม่เหล็ก เพิ่มกำลังขับอย่างมาก
  
  
• 1878: บริษัท Ganz ได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกเพื่อใช้ในการดำเนินงานเชิงพาณิชย์ในบูดาเปสต์

จนถึงช่วงปลายทศวรรษ 1880 การใช้ไฟฟ้าในช่วงแรกถูกจำกัดให้ใช้กระแสตรงในสหรัฐอเมริกาเท่านั้น Thomas Edison ได้ลงทุนอย่างมากในเทคโนโลยี DC อย่างไรก็ตาม ไฟฟ้ากระแสตรงเริ่มประสบปัญหาเมื่อผู้คนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ต้องการไฟฟ้าในบ้านและที่ทำงานของพวกเขา กระแสไฟตรงไม่สามารถแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้ง่าย ดังนั้นโรงไฟฟ้าจำเป็นต้องอยู่ภายในช่วงไม่กี่ช่วงตึกของลูกค้าแต่ละราย สิ่งนี้จะเปลี่ยนไปในไม่ช้า ต้องขอบคุณผลงานของนิโคลา เทสลาเป็นส่วนใหญ่

พ.ศ. 2436 และสงครามกระแสน้ำ

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 นิโคลา เทสลา ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากจอร์จ เวสติงเฮาส์ ได้แสดงให้เห็นว่ากระแสสลับไม่เหมือนกับกระแสตรง กระแสสลับสามารถเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าหนึ่งเป็นอีกแรงดันไฟฟ้าหนึ่งได้โดยใช้ หม้อแปลงไฟฟ้า. ดังนั้นการส่งกำลังไฟฟ้าในระยะทางไกลโดยใช้ไฟฟ้าแรงสูง จากนั้นจึงลดแรงดันไฟลงให้ต่ำลงเพื่อให้บริการแก่ลูกค้า

อย่างไรก็ตาม Thomas Edison ได้ลงทุนเงินมากเกินไปในโครงสร้างพื้นฐานของ DC เพื่อเปลี่ยนมาใช้ AC โดยไม่ต้องต่อสู้ เอดิสันเริ่มรณรงค์เพื่อทำลายชื่อเสียงของไฟฟ้ากระแสสลับว่าเป็นอันตรายเกินกว่าจะใช้ได้ และเหนือสิ่งอื่นใด ยังได้ส่งเสริมเก้าอี้ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสสลับเป็นวิธีการใหม่ในการดำเนินการและสัตว์จรจัดด้วยไฟฟ้าช็อตเพื่อเป็นการสาธิตให้สาธารณชนเห็นถึงอันตรายจากไฟฟ้ากระแสสลับ

สองเหตุการณ์ในปี พ.ศ. 2436 เป็นการสิ้นสุดรัชสมัยของดีซี อย่างแรก งาน Chicago World's Fair สว่างไสวด้วยไฟไฟฟ้า 100,000 ดวงที่ขับเคลื่อนโดยไฟฟ้ากระแสสลับของเทสลา ทำให้ผู้เยี่ยมชมหลายล้านคนที่เข้าร่วมในแต่ละคืนตื่นตาตื่นใจ ประการที่สอง บริษัท Niagara Falls Power ได้มอบสัญญาให้ Westinghouse ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากน้ำตกไนแองการ่าโดยใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับแบบหลายเฟสของเทสลา (เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดหนึ่ง) ซึ่งจะให้พลังงานแก่เมืองบัฟฟาโล นิวยอร์ก และทางตะวันออกของสหรัฐฯ ส่วนใหญ่ในไม่ช้า

ประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานจลน์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะติดมอเตอร์เข้ากับมอเตอร์เพื่อเคลื่อนเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยดีเซลซึ่งหมุนเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื้อเพลิงดีเซล หรือเครื่องกำเนิดเชื้อเพลิงดีเซล

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่ รวมทั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง ได้รับการติดตั้งอย่างถาวรในที่ที่ต้องการ ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาขนาดเล็กกว่านั้นใช้สำหรับสิ่งต่างๆ เช่น การตั้งแคมป์หรือเพื่อบ้านในยามที่ไฟฟ้าดับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับทั้งหมดสามารถจัดประเภทตามแหล่งพลังงานอินพุต:

• พลังงานจากถ่านหิน: ซึ่งรวมถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซิน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล เครื่องกำเนิดก๊าซธรรมชาติ และเครื่องกำเนิดโพรเพน
  
  
• พลังงานธรรมชาติ: เรียกอีกอย่างว่าระบบผลิตไฟฟ้าสีเขียว ซึ่งรวมถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำซึ่งจับการเคลื่อนไหวของน้ำไหลก็จัดอยู่ในหมวดหมู่นี้เช่นกัน
  
  

• พลังงานที่มีอยู่: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางเครื่องจะจับพลังงานส่วนเกินซึ่งถูกผลิตโดยเครื่องจักรหรือกระบวนการอื่นอยู่แล้ว เช่น ในโรงงานผลิต ตัวอย่างเช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไฮดรอลิกใช้แรงดันไฮดรอลิกที่สร้างขึ้นโดยระบบอื่นเพื่อให้พลังงานแก่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

  เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างตัวนำสองตัวหรือเซมิคอนดักเตอร์ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Seebeck

การประยุกต์ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

นอกจากแหล่งพลังงานแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังสามารถจำแนกตามการใช้งานในอุตสาหกรรม สิ่งเหล่านี้รวมถึง:

• โรงไฟฟ้า: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับทั้งภูมิภาค รวมทั้งเมือง เมือง บ้าน และธุรกิจ
  
  
• เกษตรกรรม: เครื่องกำเนิดพลังงานใช้เพลาขับของรถแทรกเตอร์เป็นแหล่งพลังงานอินพุต นี่คือตัวอย่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพา
  
  
• อากาศยาน: เครื่องบินขนาดใหญ่มักใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อจ่ายไฟให้กับระบบไฟฟ้าภายในเครื่องบิน ระบบประเภทหนึ่งเรียกว่าเครื่องกำเนิดกังหันอากาศแบบแรมของเครื่องบิน ซึ่งควบคุมแรงดันอากาศที่เกิดจากการบินของเครื่องบินเพื่อหมุนกังหันที่ติดอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
  
  
• สนามบิน: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสตาร์ทของเครื่องบินและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบรองรับภาคพื้นดินจะขับเคลื่อนเครื่องบินเมื่อเครื่องยนต์ดับลงเพื่อใช้งานระบบไฟฟ้าบนเครื่องบิน
  
  
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายานยนต์: เรียกว่า alternators เหล่านี้ผลิตกระแสไฟ AC ที่แปลงเป็นกระแสไฟตรงเพื่อใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ของรถยนต์ ยานพาหนะที่มีความต้องการพลังงานมากขึ้น เช่น รถเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ จะมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใหญ่กว่า
  
  
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทางทะเล: การใช้เครื่องยนต์ของเรือเป็นแหล่งพลังงานอินพุต สิ่งเหล่านี้ให้พลังงานแก่ระบบไฟฟ้าของเรือ
  
  
• การเชื่อม: เครื่องกำเนิดอาร์คให้กระแสเอาต์พุตสูง โดยวัดเป็นหลายร้อยแอมแปร์ เพื่อจ่ายไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์เชื่อมอาร์ก