εναλλάκτης

Ηλεκτρική μηχανή που μετατρέπει, σύμφωνα με τις φυσικές αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού, μηχανικό έργο σε ηλεκτρική ενέργεια και τη διανέμει με τη μορφή του εναλλασσόμενου ρεύματος. Η λειτουργία του βασίζεται στο φαινόμενο της δημιουργίας ηλεκτρικού επαγωγικού ρεύματος σε έναν αγωγό, όταν αυτός κινείται μέσα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο ή μένει σε σταθερή θέση μέσα σε μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Ο πρώτος στοιχειώδης ε. υπήρξε η μικρή μαγνητοηλεκτρική μηχανή που κατασκεύασε το 1832 ο Γάλλος εφευρέτης Ιπολίτ Πιξιί (1808-1835), έπειτα από παραγγελία του Αμπέρ. Η μηχανή αυτή απαρτιζόταν από ένα σταθερό επαγώγιμο ή από περιστρεφόμενους μαγνήτες, αλλά, όπως και άλλες παρόμοιες, δεν βρήκε εφαρμογή παρά μόνο στο τέλος του αιώνα. Ο ε. είναι ουσιαστικά κατασκευασμένος από ένα σταθερό (στάτορας ή επαγώγιμο) και από ένα κινητό τμήμα (ρώτορας ή επαγωγέας). Το επαγώγιμο σχηματίζεται από έναν ορισμένο αριθμό σπειρών σύρματος (περιτύλιγμα του επαγώγιμου), όπου κυκλοφορεί το επαγωγικό ρεύμα, τοποθετημένο σε σιδηρό δακτύλιο μέσα σε κοιλότητα. Ο ρώτορας αποτελείται από μία σειρά ηλεκτρομαγνητών με εναλλασσόμενες πολικότητες (καλούμενες πολικές εξοχές), που παράγουν το επάγον μαγνητικό πεδίο. Το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα, αναγκαίο για τη λειτουργία των ηλεκτρομαγνητών, παρέχεται από ένα δυναμό που εργάζεται με τον ίδιο άξονα του ρώτορα. Όταν ο ρώτορας βρίσκεται σε κίνηση, σε κάθε περιστροφή θα έχουμε τόσες αντιστροφές πόλωσης όσοι είναι οι ηλεκτρομαγνήτες. Τότε, σε κάθε σπείρα του επαγωγικού παράγεται ένα ρεύμα, που περνά από ένα ελάχιστο σε ένα μέγιστο και πάλι σε ένα ελάχιστο, έως ότου, με την αντιστροφή της πόλωσης, αντιστρέψει τη φορά του. Ανάλογα με τον αριθμό των στροφών του, λαμβάνονται εναλλασσόμενα ρεύματα διάφορης συχνότητας. Αν ο αριθμός των περιελίξεων του στάτορα είναι ίσος με τον αριθμό των περιελίξεων του ρώτορα, ο ε. παράγει μονοφασικό ρεύμα, αν είναι διπλάσιος διφασικό και αν είναι τριπλάσιος τριφασικό, το οποίο χρησιμοποιείται περισσότερο. Ο ε. είναι μια αντιστρεπτή μηχανή: μπορεί να προμηθεύσει μηχανικό έργο περιστροφής με τη χρησιμοποίηση ηλεκτρικής ενέργειας, με μορφή εναλλασσόμενου ρεύματος που κυκλοφορεί στις περιελίξεις του στάτορα. Ενώ στο παρελθόν για την κίνηση του επάγοντος χρησιμοποιούσαν ατμομηχανές, σήμερα το επάγον κινείται από μηχανές ντίζελ στα μικρά κέντρα και από τουρμπίνες στις μεγάλες ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Το πρόβλημα της ψύξης, όταν εμφανίζεται ισχύς της τάξης των 100-200 MW (1 MW = 10⁶ W) και επειδή η χρησιμοποίηση πιο ισχυρών μονωτών μειώνει την απώλεια θερμότητας με ακτινοβολία, λύθηκε με την κατασκευή ε. με κοίλους αγωγούς που ψύχονται με υδρογόνο, το οποίο κυκλοφορεί χωρίς διαφυγές στον στάτορα ή στον ρώτορα (το αέριο αυτό έχει την ιδιότητα να παρασύρει μεγάλες ποσότητες θερμότητας). Επειδή οι διαστάσεις μιας ηλεκτρικής μηχανής μειώνονται, υπό σταθερή ισχύ, όταν αυξάνονται οι ταχύτητες περιστροφής, γενικά επιλέγεται η πιο υψηλή ταχύτητα σε συνδυασμό με τις συνθήκες χρησιμοποίησης του ρεύματος. Αν έχουμε, δηλαδή, υπόψη τον συγχρονισμό με το δίκτυο διανομής, φτάνουμε σε μια ταχύτητα 3.000 στροφών το λεπτό στην Ευρώπη και 35.000 στις ΗΠΑ. Η αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας για βιομηχανικές ή οικιακές χρήσεις προωθεί συνεχώς την έρευνα για μεγαλύτερη ισχύ στον προγραμματισμό των ε. Η χρησιμοποίηση της θερμικής ενέργειας αύξησε τη διάδοση των ε. με ρώτορα σιδήρου, γιατί η υψηλή γωνιακή ταχύτητα των τουρμπίνων ατμού, που συνδέονται με τους ε., απαιτεί ρώτορες πιο συμπαγούς κατασκευής, οι οποίοι αντέχουν περισσότερο στη φυγόκεντρο δύναμη. Η αρχή λειτουργίας αυτών των ε. είναι η ίδια με των προηγουμένων: κατά μήκος του ρώτορα χαράσσονται εγκοπές, όπου τοποθετούνται οι αγωγοί που δημιουργούν το επάγον πεδίο. Στις μηχανές αυτές, που ονομάζονται συχνά στροβιλοεναλλάκτες, ο ρώτορας μπορεί να ξεπεράσει τις 3.000 στροφές το λεπτό, με αντίστοιχες περιφερειακές ταχύτητες που φτάνουν τα 140 μ. το δευτερόλεπτο. Βασισμένη στο ίδιο μέσο παραγωγής ενέργειας, η σύγχρονη τεχνολογία χρησιμοποίησε τον πιο εύκολο και αποδοτικό τρόπο για να παράγει ατμό, οπότε μέσω των τουρμπίνων του ατμού και σε πολύ υψηλές ταχύτητες να λαμβάνει τεράστιες ποσότητες ισχύος. Η τεχνολογία της πυρηνικής ενέργειας χρησιμεύει, πλέον, ούτως ώστε η θερμική ενέργεια που απεγκλωβίζεται από την ελεγχόμενη σχάση να χρησιμοποιείται ως κύριο μέσο παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος, έναντι άλλων πιο φτωχών σε απόδοση διαδικασιών. Ο ρώτορας ενός εναλλάκτη των 54.200 kVA. Μία εγκατάσταση που περιλαμβάνει τρεις εναλλάκτες δυναμικότητας 115.000 kVA. Σχηματική παράσταση εναλλάκτη. Το εσωτερικό τμήμα είναι ο ρώτορας, το εξωτερικό ο στάτορας. Οι πόλοι, βόρειος (Β) και νότιος (Ν), αντικρίζουν διαδοχικά τις περιελίξεις του στάτορα, στις οποίες η μεταβολή της μαγνητικής ροής παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα στους ακροδέκτες 1 και 2.

* * *

ο (Α ἐναλλάκτης)

αυτός που κάνει εναλλαγή

αρχ.

αυτός που μεταβάλλει τη φύση του, ο κίναιδος.