Vaihtovirran saaminen: menetelmät ja perusmääritelmät

Vaihtovirta on tällä hetkellä ainoa tapa siirtää sähköä edullisesti etäisyyksille. Se ylittää tasavirran useissa parametreissa, mukaan lukien muuntamisen helppous. Tässä artikkelissa kerromme sinulle, kuinka saada vaihtovirtaa jokapäiväisessä elämässä ja työssä.

Sähkömagneettinen induktio ja Faradayn laki

Michael Faraday löysi vuonna 1831 kuvion, joka nimettiin myöhemmin hänen mukaansa - Faradayn laki. Kokeissaan hän käytti 2 installaatiota. Ensimmäinen koostui metalliytimestä, jossa oli kaksi kierrettyä ja kytkemätöntä johtimia. Kun hän liitti yhden niistä virtalähteeseen, toiseen johtimeen kytketyn galvanometrin nuoli nykisi. Näin todistettiin magneettikentän vaikutus varautuneiden hiukkasten liikkeisiin johtimessa.

Toinen asennus on Faraday-levy. Se on metallilevy, johon on kytketty kaksi liukujohdinta, jotka vuorostaan ​​on kytketty galvanometriin. Levyä pyöritetään lähellä magneettia ja galvanometrillä pyöritettäessä nuoli myös taipuu.

Joten näiden kokeiden johtopäätös oli kaava, joka yhdistää johtimen kulkua magneettikentän voimalinjojen läpi.

Tässä: E on induktio-EMF, N on magneettikentässä liikkuvan johtimen kierrosten lukumäärä, dF / dt on magneettivuon muutosnopeus suhteessa johtimeen.

Käytännössä he käyttävät myös kaavaa, jolla voidaan määrittää EMF magneettisen induktion suuruuden avulla.

e = B * l * v * sinα

Jos muistamme magneettivuon ja magneettisen induktion yhdistävän kaavan, voimme olettaa, kuinka yllä oleva kaava on johdettu.

Ф = B * S * cosα

Näin syntyi virran sukupolvi. Mutta puhutaanpa siitä, kuinka vaihtovirran saaminen on lähempänä harjoittelua.

Menetelmät vaihtovirran saamiseksi

Oletetaan, että meillä on johtavasta materiaalista valmistettu kehys. Laitetaan se magneettikenttään. Yllä mainitun kaavan mukaan jos runko alkaa pyöriä, sen läpi kulkee sähkövirta. Kun tämän kehyksen päissä pyörii tasaisesti, saadaan vaihtuva sinimuotoinen virta.

Tämä johtuu siitä, että riippuen asennosta pyörimisakselilla, runkoon tunkeutuu eri määrä voimalinjoja. Vastaavasti EMF-arvo ei indusoitu tasaisesti, vaan kehyksen sijainnin sekä tämän arvon merkin mukaan. Mitä näet yllä olevasta kaaviosta. Kun kehys pyörii magneettikentässä, sekä vaihtovirran taajuus että EMF: n arvo kehyksen navoissa riippuvat pyörimisnopeudesta. Tietyn EMF-arvon saavuttamiseksi kiinteällä taajuudella tehdään enemmän käännöksiä. Siten se ei ole kehys, vaan kela.

Voit saada vaihtovirtaa teollisessa mittakaavassa samalla tavalla kuin edellä on kuvattu. Käytännössä vaihtovirtageneraattorilla varustetut voimalaitokset ovat laajalti käytössä. Tämä käyttää synkronisia generaattoreita. Koska tällä tavalla on helpompi hallita sekä AC EMF: n taajuutta että suuruutta, ja ne kestävät lyhytaikaisia ​​virran ylikuormituksia monta kertaa.

Voimalaitosten vaiheiden lukumäärän mukaan käytetään kolmivaiheisia generaattoreita. Tämä on kompromissiratkaisu, joka liittyy pyörivän luomisen taloudelliseen kannattavuuteen ja tekniseen vaatimukseen magneettikenttä sähkömoottoreiden toimintaan, jotka muodostavat leijonanosan kaikista sähkölaitteista ala.

Roottoria käyttävän voiman tyypistä riippuen napojen lukumäärä voi vaihdella. Jos roottori pyörii nopeudella 3000 rpm, vaihtovirran saamiseksi teollisella taajuudella 50 Hz tarvitaan generaattori, jossa on 2 napaa, 1500 rpm - 4 napaisella ja niin edelleen. Alla olevissa kuvissa näet synkronisen tyyppisen generaattorilaitteen.

Roottorin päällä on käämit tai kenttäkäämi, siihen syötetään virta generaattori-herättimestä (DC Generator - GPT) tai puolijohdeherätteestä harjalaitteen kautta. Harjat sijaitsevat renkaissa, toisin kuin keräilijäkoneissa, minkä seurauksena käämien magneettikenttä heräte ei muuta suuntaa ja etumerkkiä, vaan muuttuu suuruusluokkaa - kun virtaa säädellään taudinaiheuttaja. Näin ollen optimaaliset olosuhteet valitaan automaattisesti laturin toimintatilan ylläpitämiseksi.

Joten oli mahdollista saada vaihtovirtaa teollisessa mittakaavassa menetelmällä, joka perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiöihin, nimittäin kolmivaiheisten generaattoreiden avulla. Jokapäiväisessä elämässä käytetään sekä yksivaiheisia että kolmivaiheisia generaattoreita. Jälkimmäiset suositellaan ostettavaksi rakennustöihin. Tosiasia on, että suuri määrä sähkötyökaluja ja työstökoneita voi toimia kolmessa vaiheessa. Nämä ovat erilaisten betonisekoittimien sähkömoottoreita, pyörösahoja, ja myös tehokkaat hitsauskoneet saavat virtansa kolmivaiheverkosta. Lisäksi synkroniset generaattorit sopivat tällaisiin tehtäviin, asynkroniset generaattorit eivät sovellu - koska niiden suorituskyky on huono laitteilla, joilla on suuret käynnistysvirrat. Asynkroniset kotitalousvoimalaitokset soveltuvat paremmin omakotitalojen ja kesämökkien varavirtalähteeksi.

Elektroniset muuntimet

Aina ei kuitenkaan ole järkevää tai kätevää käyttää bensiini- tai dieselkäyttöisiä kotitalousvoimaloita. On ulospääsy - saada yksivaiheinen tai kolmivaiheinen vaihtovirta suorasta. Käytä tätä varten muuntimia tai, kuten niitä kutsutaan myös inverttereiksi.

Invertteri on laite, joka muuntaa sähkövirran määrän ja tyypin. Liikkeistä löytyy invertterit 12-220 tai 24-220 volttia. Vastaavasti nämä laitteet muunnetaan 12 tai 24 voltin vakiojännitteeksi 220 V vaihtovirraksi 50 Hz: n taajuudella. Alla on kaavio yksinkertaisimmasta vastaavasta muuntimesta, joka perustuu IR2153-puolisiltamuuntimen ohjaimeen.

Tällainen piiri tuottaa modifioidun siniaallon lähtöön. Se ei oikein sovellu induktiivisten kuormien, kuten moottoreiden ja porakoneiden, virransyöttöön. Mutta jos ei jatkuvasti, niin on täysin mahdollista käyttää tällaista yksinkertaista invertteriä.

DC-AC-muuntimet, joissa on puhdas sinimuotoinen lähtö, ovat huomattavasti kalliimpia ja niiden piirit ovat paljon monimutkaisempia.

Tärkeä! Kun ostat halpoja korttimoduuleja aliexpressistä, älä luota puhtaaseen sini- tai 50 Hz taajuuteen. Useimmat näistä laitteista tarjoavat korkeataajuista virtaa, jonka jännite on 220 V. Sitä voidaan käyttää erilaisiin lämmittimiin ja hehkulamppuihin.

Olemme keskustelleet lyhyesti vaihtovirran saamisen periaatteista kotona ja teollisessa mittakaavassa. Tämän prosessin fysiikka on tunnettu lähes 200 vuotta; kuitenkin Nikola Tesla oli tämän sähköenergian hankintamenetelmän tärkein suosija 1800-luvun lopulla - 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla. Useimmat nykyaikaiset kodin ja teollisuuden laitteet keskittyvät nimetyn vaihtovirran käyttöön virransyötössä.

Lopuksi suosittelemme katsomaan videon, joka näyttää selvästi, miten laturi toimii:

Et luultavasti tiedä:

• Mitä eroa on vaihtovirralla ja tasavirralla
• Keinot alentaa jännitettä
• Kuinka saada sähköä maasta