Vahelduvvoolu saamine: meetodid ja põhimõisted

Vahelduvvool on praegu ainus viis odavalt elektrit kaugustesse edastada. See ületab alalisvoolu mitmete parameetrite, sealhulgas muundamise lihtsuse poolest. Selles artiklis räägime teile, kuidas saada vahelduvvoolu igapäevaelus ja tööl.

Elektromagnetiline induktsioon ja Faraday seadus

Michael Faraday avastas 1831. aastal mustri, mis sai hiljem tema järgi nime. Faraday seadus. Oma katsetes kasutas ta 2 installatsiooni. Esimene koosnes kahe mähitud ja ühendamata juhiga metallsüdamikust. Kui ta ühe neist toiteallikaga ühendas, tõmbles teise juhiga ühendatud galvanomeetri nool. Nii tõestati magnetvälja mõju laetud osakeste liikumisele juhis.

Teine seade on Faraday ketas. Tegemist on metallkettaga, mille külge on ühendatud kaks liugjuhti, mis omakorda on ühendatud galvanomeetriga. Ketast pööratakse magneti lähedal ja galvanomeetril pöörlemisel kaldub ka nool kõrvale.

Niisiis, nende katsete järeldus oli valem, mis ühendab juhi läbipääsu magnetvälja jõujoonte kaudu.

Siin: E on induktsiooni EMF, N on magnetväljas liigutatava juhi keerdude arv, dF / dt on magnetvoo muutumise kiirus juhi suhtes.

Praktikas kasutavad nad ka valemit, mille abil saab määrata EMF-i magnetinduktsiooni suuruse kaudu.

e = B * l * v * sinα

Kui meenutada valemit, mis ühendab magnetvoo ja magnetinduktsiooni, siis võime eeldada, kuidas ülaltoodud valem tuletati.

Ф = B * S * cosα

Nii sündis praegune põlvkond. Kuid räägime sellest, kuidas vahelduvvoolu hankimine on praktikale lähemal.

Vahelduvvoolu saamise meetodid

Oletame, et meil on juhtivast materjalist raam. Asetame selle magnetvälja. Eespool mainitud valemi järgi, kui raam hakkab pöörlema, voolab sellest läbi elektrivool. Selle kaadri otstes ühtlase pöörlemise korral saadakse vahelduv siinusvool.

See on tingitud asjaolust, et olenevalt asendist piki pöörlemistelge tungib raami läbi erinev arv jõujooni. Vastavalt sellele indutseeritakse EMF väärtus mitte ühtlaselt, vaid vastavalt kaadri asukohale ja selle väärtuse märgile. Mida näete ülaltoodud graafikul. Kui raam pöörleb magnetväljas, sõltub pöörlemiskiirusest nii vahelduvvoolu sagedus kui ka EMF-i väärtus raami klemmides. Kindla sagedusega teatud EMF väärtuse saavutamiseks tehakse rohkem pöördeid. Seega selgub, et mitte raam, vaid mähis.

Tööstuslikul skaalal saate vahelduvvoolu samamoodi nagu eespool kirjeldatud. Praktikas kasutatakse laialdaselt generaatoritega elektrijaamu. See kasutab sünkroonseid generaatoreid. Kuna sel viisil on lihtsam juhtida nii vahelduvvoolu EMF-i sagedust kui ka suurust ning nad taluvad mitmekordselt lühiajalisi voolu ülekoormusi.

Vastavalt faaside arvule elektrijaamades kasutatakse kolmefaasilisi generaatoreid. Tegemist on kompromisslahendusega, mis on seotud rotatsiooni loomise majandusliku otstarbekuse ja tehnilise nõudega magnetväli elektrimootorite tööks, mis moodustavad lõviosa kõigist elektriseadmetest tööstusele.

Sõltuvalt rootorit käivitavast jõust võib pooluste arv olla erinev. Kui rootor pöörleb kiirusega 3000 p / min, siis tööstusliku sagedusega 50 Hz vahelduvvoolu saamiseks on vaja 2 poolusega generaatorit, 1500 p / min - 4 poolusega jne. Allolevatel piltidel näete sünkroon-tüüpi generaatorseadet.

Rootoril on mähised või väljamähis, vool antakse sellele generaator-ergutist (DC Generator - GPT) või pooljuhtergutist läbi harjaaparaadi. Harjad asetsevad erinevalt kollektormasinatest rõngastel, mille tulemusena tekib mähiste magnetväli ergutus ei muutu suunda ja märki, vaid muutub suurusjärgus - voolu reguleerimisel patogeen. Seega valitakse generaatori töörežiimi säilitamiseks automaatselt optimaalsed tingimused.

Niisiis oli võimalik saada vahelduvvoolu tööstuslikus mastaabis elektromagnetilise induktsiooni nähtustel põhineva meetodiga, nimelt kolmefaasiliste generaatorite abil. Igapäevaelus kasutatakse nii ühefaasilisi kui ka kolmefaasilisi generaatoreid. Viimaseid soovitatakse osta ehitustöödeks. Fakt on see, et suur hulk elektritööriistu ja tööpinke saab töötada kolmes faasis. Need on erinevate betoonisegistite elektrimootorid, ketassaed ning võimsaid keevitusseadmeid toidab ka kolmefaasiline võrk. Veelgi enam, sünkroongeneraatorid sobivad sellisteks ülesanneteks, asünkroonsed generaatorid ei sobi - nende halva jõudluse tõttu seadmetega, millel on suur käivitusvool. Asünkroonsed majapidamiselektrijaamad sobivad rohkem eramajade ja suvilate varutoiteallikaks.

Elektroonilised muundurid

Siiski ei ole alati ratsionaalne ega mugav kasutada bensiini- või diiselelektrijaamu. On väljapääs - saada ühefaasiline või kolmefaasiline vahelduvvool otsevoolust. Selleks kasutage muundureid või, nagu neid nimetatakse ka inverteriteks.

Inverter on seade, mis teisendab elektrivoolu suurust ja tüüpi. Kauplustest leiate invertereid 12-220 või 24-220 volti. Vastavalt sellele muundatakse need seadmed konstantseks 12- või 24-voldiks 220 V vahelduvvooluks sagedusega 50 Hz. Allpool on näidatud poolsildmuunduri IR2153 draiveril põhineva lihtsaima sarnase muunduri skeem.

Selline ahel tekitab väljundis modifitseeritud siinuslaine. See ei sobi induktiivsete koormuste, näiteks mootorite ja trellide toiteks. Aga kui mitte jooksvalt, siis nii lihtsat inverterit on täiesti võimalik kasutada.

Puhtalt sinusoidse väljundiga alalis-vahelduvvoolu muundurid on oluliselt kallimad ja nende ahelad on palju keerukamad.

Tähtis! Ostes aliexpressist odavaid tahvelmooduleid, ärge lootke puhtale siinusele või 50 Hz sagedusele. Enamik neist seadmetest pakuvad kõrgsageduslikku voolu pingega 220 V. Seda saab kasutada mitmesuguste kütteseadmete ja hõõglampide toiteks.

Oleme põgusalt arutanud vahelduvvoolu saamise põhimõtteid kodus ja tööstuslikus mastaabis. Selle protsessi füüsika on olnud teada peaaegu 200 aastat, kuid sellegipoolest oli Nikola Tesla selle elektrienergia saamise meetodi peamine populariseerija 19. sajandi lõpus - 20. sajandi esimesel poolel. Enamik kaasaegseid kodu- ja tööstusseadmeid on keskendunud nimelise vahelduvvoolu kasutamisele toiteallikana.

Lõpuks soovitame vaadata videot, mis näitab selgelt, kuidas generaator töötab:

Sa ilmselt ei tea:

• Mis vahe on vahelduvvoolul ja alalisvoolul
• Pinge alandamise viisid
• Kuidas maast elektrit saada