Získávání střídavého proudu: metody a základní definice

Střídavý proud je v současnosti jedinou možností, jak levně přenášet elektřinu na vzdálenosti. V řadě parametrů, včetně snadnosti transformace, předčí stejnosměrný proud. V tomto článku vám řekneme, jak získat střídavý elektrický proud v každodenním životě a v práci.

Elektromagnetická indukce a Faradayův zákon

Michael Faraday v roce 1831 objevil vzor, ​​který byl později pojmenován po něm - Faradayův zákon. Ve svých experimentech použil 2 instalace. První sestával z kovového jádra se dvěma vinutými a nezapojenými vodiči. Když jeden z nich připojil ke zdroji energie, šipka galvanometru připojeného k druhému vodiči sebou cukla. Takto byl prokázán vliv magnetického pole na pohyb nabitých částic ve vodiči.

Druhým nastavením je Faradayův disk. Je to kovový kotouč, ke kterému jsou připojeny dva kluzné vodiče, které jsou zase připojeny ke galvanometru. Kotouč se otáčí v blízkosti magnetu a při otáčení na galvanometru se vychyluje i šipka.

Takže závěrem těchto experimentů byl vzorec, který spojuje průchod vodiče přes siločáry magnetického pole.

Zde: E je EMF indukce, N je počet závitů vodiče, který se pohybuje v magnetickém poli, dF / dt je rychlost změny magnetického toku vzhledem k vodiči.

V praxi také používají vzorec, který lze použít k určení EMF prostřednictvím velikosti magnetické indukce.

e = B * l * v * sinα

Pokud si vzpomeneme na vzorec spojující magnetický tok a magnetickou indukci, pak můžeme předpokládat, jak byl vzorec výše odvozen.

Ф = B * S * cosα

Tak se zrodila současná generace. Pojďme si ale říct, jak je získání střídavého proudu bližší praxi.

Metody získávání střídavého proudu

Řekněme, že máme rám vyrobený z vodivého materiálu. Umístíme ho do magnetického pole. Podle výše uvedeného vzorce, pokud se rám začne otáčet, proteče jím elektrický proud. Při rovnoměrném otáčení na koncích tohoto rámu bude získán střídavý sinusový proud.

To je způsobeno tím, že v závislosti na poloze podél osy otáčení proniká rámem různý počet siločar. V souladu s tím není hodnota EMF indukována rovnoměrně, ale podle polohy rámu a také znaménka této hodnoty. Co vidíte na grafu výše. Když se rám otáčí v magnetickém poli, závisí na rychlosti otáčení jak frekvence střídavého proudu, tak hodnota EMF na svorkách rámu. Pro dosažení určité hodnoty EMF při pevné frekvenci se provede více otáček. Ukazuje se tedy, že nejde o rám, ale o cívku.

Stejným způsobem, jak je popsáno výše, můžete získat střídavý proud v průmyslovém měřítku. V praxi se hojně využívají elektrárny s alternátory. To využívá synchronní generátory. Protože tímto způsobem je snazší řídit jak frekvenci, tak velikost AC EMF, a vydrží mnohonásobně krátkodobá proudová přetížení.

Podle počtu fází v elektrárnách se používají třífázové generátory. Jedná se o kompromisní řešení související s ekonomickou proveditelností a technickým požadavkem vytvoření rotačního magnetické pole pro provoz elektromotorů, které tvoří lví podíl všech elektrických zařízení v průmysl.

V závislosti na druhu síly, která pohání rotor, může být počet pólů různý. Pokud se rotor otáčí rychlostí 3000 ot / min, pak pro získání střídavého proudu s průmyslovou frekvencí 50 Hz je zapotřebí generátor se 2 póly, pro 1500 ot / min - se 4 póly atd. Na obrázcích níže vidíte generátorové zařízení synchronního typu.

Na rotoru jsou cívky nebo budící vinutí, proud je do něj přiváděn z generátoru-budiče (DC Generator - GPT) nebo z polovodičového budiče přes kartáčový aparát. Kartáče jsou na rozdíl od kolektorových strojů umístěny na kroužcích, v důsledku čehož magnetické pole vinutí buzení se nemění směr a znaménko, ale mění se velikost - při regulaci proudu patogen. Automaticky se tak volí optimální podmínky pro udržení provozního režimu alternátoru.

Bylo tedy možné získat střídavý proud v průmyslovém měřítku metodou založenou na jevu elektromagnetické indukce, a to pomocí třífázových generátorů. V každodenním životě se používají jak jednofázové, tak třífázové generátory. Posledně jmenované se doporučuje zakoupit pro stavební práce. Faktem je, že velké množství elektrických nástrojů a obráběcích strojů může pracovat na třech fázích. Jedná se o elektromotory různých míchaček betonu, kotoučové pily, třífázovou sítí jsou napájeny i výkonné svářečky. Navíc synchronní generátory jsou vhodné pro takové úlohy, asynchronní generátory nejsou vhodné - kvůli jejich špatnému výkonu u zařízení, která mají velké startovací proudy. Asynchronní elektrárny pro domácnost jsou vhodnější pro záložní napájení soukromých domů a letních chat.

Elektronické převodníky

Není však vždy racionální nebo vhodné používat benzínové nebo naftové domácí elektrárny. Existuje cesta ven - získat jednofázový nebo třífázový střídavý elektrický proud ze stejnosměrného. K tomu použijte konvertory nebo, jak se jim také říká invertory.

Invertor je zařízení, které převádí množství a druh elektrického proudu. V obchodech najdete měniče 12-220 nebo 24-220 Voltů. V souladu s tím jsou tato zařízení převedena na konstantní 12 nebo 24 voltů na střídavý proud 220 V s frekvencí 50 Hz. Níže je znázorněno schéma nejjednoduššího podobného převodníku založeného na ovladači pro polomůstkový převodník IR2153.

Takový obvod vytváří na výstupu modifikovanou sinusovku. Není zcela vhodný pro napájení indukčních zátěží, jako jsou motory a vrtačky. Ale pokud ne průběžně, pak je docela možné použít takový jednoduchý střídač.

Převodníky stejnosměrného proudu na střídavý proud s čistě sinusovým výstupem jsou výrazně dražší a jejich obvody jsou mnohem složitější.

Důležité! Při nákupu levných deskových modulů z aliexpressu se nespoléhejte ani na čistý sinus, ani na 50Hz frekvenci. Většina těchto zařízení poskytuje vysokofrekvenční proud o napětí 220V. Lze jej použít k napájení různých ohřívačů a žárovek.

Stručně jsme probrali principy získávání střídavého proudu doma i v průmyslovém měřítku. Fyzika tohoto procesu je známá již téměř 200 let, přesto byl Nikola Tesla koncem 19. – první poloviny 20. století hlavním popularizátorem této metody získávání elektrické energie. Většina moderních domácích a průmyslových zařízení je zaměřena na použití jmenovaného střídavého proudu pro napájení.

Nakonec doporučujeme zhlédnout video, které názorně ukazuje, jak alternátor funguje:

Asi nevíš:

• Jaký je rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem
• Způsoby, jak snížit napětí
• Jak získat elektřinu ze země