Att få växelström: metoder och grundläggande definitioner

Växelström är för närvarande det enda sättet att billigt överföra el över avstånd. Den överträffar likström i ett antal parametrar, inklusive enkel transformation. I den här artikeln kommer vi att berätta hur du får växelström i vardagen och på jobbet.

Elektromagnetisk induktion och Faradays lag

Michael Faraday upptäckte 1831 ett mönster som senare döptes efter honom - Faradays lag. I sina experiment använde han 2 installationer. Den första bestod av en metallkärna med två lindade och oanslutna ledare. När han kopplade en av dem till en strömkälla, ryckte pilen på galvanometern ansluten till den andra ledaren. Så bevisades inverkan av ett magnetfält på laddade partiklars rörelse i en ledare.

Den andra inställningen är Faraday-disken. Det är en metallskiva till vilken två glidledare är anslutna, som i sin tur är kopplade till en galvanometer. Skivan roteras nära magneten, och när den roterar på galvanometern avböjer pilen också.

Så slutsatsen av dessa experiment var en formel som förbinder en ledares passage genom magnetfältets kraftlinjer.

Här: E är induktionens EMF, N är antalet varv av ledaren, som förflyttas i ett magnetfält, dF / dt är förändringshastigheten för det magnetiska flödet i förhållande till ledaren.

I praktiken använder de också en formel som kan användas för att bestämma EMF genom magnituden på den magnetiska induktionen.

e = B * l * v * sina

Om vi ​​minns formeln som förbinder det magnetiska flödet och magnetisk induktion, så kan vi anta hur formeln ovan härleddes.

Ф = B * S * cosα

Så här föddes den nuvarande generationen. Men låt oss prata om hur att få växelström är närmare praktiken.

Metoder för att erhålla växelström

Låt oss säga att vi har en ram gjord av ett ledande material. Låt oss placera den i ett magnetfält. Enligt formeln ovan, om ramen börjar rotera, kommer en elektrisk ström att flyta genom den. Med enhetlig rotation vid ändarna av denna ram erhålls en sinusformad växelström.

Detta beror på det faktum att ramen, beroende på positionen längs rotationsaxeln, penetreras av ett annat antal kraftlinjer. Följaktligen induceras EMF-värdet inte enhetligt, utan enligt ramens position, såväl som tecknet för detta värde. Vad ser du på grafen ovan. När ramen roterar i ett magnetfält beror både växelströmmens frekvens och värdet på EMF vid ramens terminaler på rotationshastigheten. För att uppnå ett visst EMF-värde vid en fast frekvens görs fler varv. Således visar det sig inte en ram, utan en spole.

Du kan få växelström i industriell skala på samma sätt som beskrivits ovan. I praktiken används kraftverk med generatorer i stor utsträckning. Detta använder synkrona generatorer. Eftersom det på detta sätt är lättare att kontrollera både frekvensen och storleken på AC EMF, och de tål kortvariga strömöverbelastningar många gånger.

Beroende på antalet faser används trefasgeneratorer i kraftverk. Detta är en kompromisslösning relaterad till den ekonomiska genomförbarheten och tekniska kravet på att skapa en roterande magnetfält för drift av elmotorer, som utgör lejonparten av all elektrisk utrustning i industri.

Beroende på vilken typ av kraft som driver rotorn kan antalet poler vara olika. Om rotorn roterar med en hastighet av 3000 rpm, behövs en generator med 2 poler för att få en växelström med en industriell frekvens på 50 Hz, för 1500 rpm - med 4 poler och så vidare. På bilderna nedan ser du en generatorenhet av synkrontyp.

Det finns spolar eller en fältlindning på rotorn, strömmen tillförs den från generator-excitern (DC Generator - GPT) eller från halvledarexciteraren genom borstapparaten. Borstarna är placerade på ringarna, i motsats till kollektormaskinerna, vilket leder till att lindningarnas magnetfält excitationen ändras inte i riktning och tecken, utan ändras i storlek - vid reglering av strömmen patogen. Således väljs de optimala förhållandena automatiskt för att bibehålla generatorns driftläge.

Så det var möjligt att erhålla växelström i industriell skala med en metod baserad på fenomenen elektromagnetisk induktion, nämligen med hjälp av trefasgeneratorer. I vardagen används både enfasiga och trefasiga generatorer. De senare rekommenderas att köpas för byggnadsarbete. Faktum är att ett stort antal elektriska verktyg och verktygsmaskiner kan arbeta i tre faser. Dessa är elektriska motorer av olika betongblandare, cirkelsågar och kraftfulla svetsmaskiner som också drivs av ett trefasnät. Dessutom är synkrona generatorer lämpliga för sådana uppgifter, asynkrona generatorer är inte lämpliga - på grund av deras dåliga prestanda med enheter som har stora startströmmar. Asynkrona hushållskraftverk är mer lämpade för reservkraftförsörjning av privata hus och sommarstugor.

Elektroniska omvandlare

Det är dock inte alltid rationellt eller bekvämt att använda bensin- eller dieselhushållskraftverk. Det finns en väg ut - att få en enfas eller trefas växelström från direkt. För att göra detta, använd konverterare eller, som de också kallas växelriktare.

En växelriktare är en enhet som omvandlar mängden och typen av elektrisk ström. I butik kan du hitta växelriktare 12-220 eller 24-220 Volt. Följaktligen omvandlas dessa enheter till konstant 12 eller 24 volt till 220V växelström med en frekvens på 50Hz. Ett diagram över den enklaste liknande omvandlaren baserad på drivrutinen för halvbryggomvandlaren IR2153 visas nedan.

En sådan krets producerar en modifierad sinusvåg vid utgången. Den är inte riktigt lämplig för att driva induktiva belastningar som motorer och borrar. Men om inte på löpande basis, så är det fullt möjligt att använda en så enkel växelriktare.

DC-till-AC-omvandlare med en ren sinusformad utgång är betydligt dyrare och deras kretsar är mycket mer komplexa.

Viktig! När du köper billiga kortmoduler från aliexpress, lita inte på vare sig ren sinus eller 50Hz frekvens. De flesta av dessa enheter ger högfrekvent ström med en spänning på 220V. Den kan användas för att driva en mängd olika värmare och glödlampor.

Vi har kort diskuterat principerna för att få växelström hemma och i industriell skala. Fysiken i denna process har varit känd i nästan 200 år, men Nikola Tesla var den främsta populariseringen av denna metod för att få elektrisk energi i slutet av 1800-talet - första hälften av 1900-talet. De flesta moderna hem- och industriutrustning är inriktad på användningen av namngiven växelström för strömförsörjning.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på en video som tydligt visar hur generatorn fungerar:

Du vet förmodligen inte:

• Vad är skillnaden mellan växelström och likström
• Sätt att sänka spänningen
• Hur man får el från marken