Obtenir du courant alternatif: méthodes et définitions de base

Le courant alternatif est actuellement le seul moyen de transporter de l'électricité à moindre coût sur des distances. Il surpasse le courant continu dans un certain nombre de paramètres, y compris la facilité de transformation. Dans cet article, nous vous expliquerons comment obtenir du courant électrique alternatif dans la vie de tous les jours et au travail.

Induction électromagnétique et loi de Faraday

Michael Faraday en 1831 a découvert un modèle qui a plus tard été nommé d'après lui - La loi de Faraday. Dans ses expériences, il a utilisé 2 installations. Le premier consistait en un noyau métallique avec deux conducteurs enroulés et non connectés. Lorsqu'il a connecté l'un d'eux à une source d'alimentation, la flèche du galvanomètre connecté au deuxième conducteur a tremblé. C'est ainsi que fut prouvée l'influence d'un champ magnétique sur le mouvement des particules chargées dans un conducteur.

Le deuxième paramètre est le disque de Faraday. Il s'agit d'un disque métallique auquel sont connectés deux conducteurs coulissants, eux-mêmes connectés à un galvanomètre. Le disque tourne près de l'aimant, et lors de la rotation sur le galvanomètre, la flèche dévie également.

Ainsi, la conclusion de ces expériences était une formule qui relie le passage d'un conducteur à travers les lignes de force du champ magnétique.

Ici: E est la FEM d'induction, N est le nombre de spires du conducteur qui se déplace dans un champ magnétique, dF / dt est la vitesse de variation du flux magnétique par rapport au conducteur.

En pratique, ils utilisent également une formule qui peut être utilisée pour déterminer l'EMF à travers l'amplitude de l'induction magnétique.

e = B * l * v * sinα

Si nous rappelons la formule reliant le flux magnétique et l'induction magnétique, alors nous pouvons supposer comment la formule ci-dessus a été dérivée.

= B * S * cosα

C'est ainsi qu'est née la génération actuelle. Mais parlons de la façon dont obtenir le courant alternatif est plus proche de la pratique.

Méthodes d'obtention du courant alternatif

Disons que nous avons un cadre fait d'un matériau conducteur. Plaçons-le dans un champ magnétique. Selon la formule mentionnée ci-dessus, si le cadre se met à tourner, un courant électrique le traversera. Avec une rotation uniforme aux extrémités de ce cadre, un courant alternatif sinusoïdal sera obtenu.

Cela est dû au fait que, selon la position le long de l'axe de rotation, le cadre est traversé par un nombre différent de lignes de force. En conséquence, la valeur EMF n'est pas induite uniformément, mais en fonction de la position de la trame, ainsi que du signe de cette valeur. Que voyez-vous sur le graphique ci-dessus. Lorsque le châssis tourne dans un champ magnétique, à la fois la fréquence du courant alternatif et la valeur de la FEM aux bornes du châssis dépendent de la vitesse de rotation. Pour atteindre une certaine valeur EMF à une fréquence fixe, plusieurs tours sont effectués. Ainsi, il s'avère non pas un cadre, mais une bobine.

Vous pouvez obtenir du courant alternatif à l'échelle industrielle de la même manière que décrit ci-dessus. Dans la pratique, les centrales électriques avec alternateurs sont largement utilisées. Cela utilise des générateurs synchrones. De cette manière, il est plus facile de contrôler à la fois la fréquence et l'amplitude de la CEM AC, et ils peuvent supporter plusieurs fois des surcharges de courant à court terme.

Selon le nombre de phases, des générateurs triphasés sont utilisés dans les centrales électriques. Il s'agit d'une solution de compromis liée à la faisabilité économique et à l'exigence technique de la création d'un champ magnétique pour le fonctionnement des moteurs électriques, qui constituent la part du lion de tous les équipements électriques dans industrie.

Selon le type de force qui entraîne le rotor, le nombre de pôles peut être différent. Si le rotor tourne à une vitesse de 3000 tr/min, alors pour obtenir un courant alternatif avec une fréquence industrielle de 50 Hz, il faut un générateur à 2 pôles, pour 1500 tr/min - à 4 pôles, et ainsi de suite. Dans les images ci-dessous, vous voyez un dispositif générateur de type synchrone.

Il y a des bobines ou un enroulement de champ sur le rotor, le courant lui est fourni par le générateur-excitateur (DC Generator - GPT) ou par l'excitateur à semi-conducteur via l'appareil à balais. Les balais sont situés sur les bagues, contrairement aux machines à collecteur, de sorte que le champ magnétique des enroulements l'excitation ne change pas de direction et de signe, mais change d'amplitude - lors de la régulation du courant agent pathogène. Ainsi, les conditions optimales sont automatiquement sélectionnées pour maintenir le mode de fonctionnement de l'alternateur.

Ainsi, il a été possible d'obtenir du courant alternatif à l'échelle industrielle par une méthode basée sur les phénomènes d'induction électromagnétique, notamment à l'aide de générateurs triphasés. Dans la vie quotidienne, des générateurs monophasés et triphasés sont utilisés. Ces derniers sont recommandés pour être achetés pour les travaux de construction. Le fait est qu'un grand nombre d'outils électriques et de machines-outils peuvent fonctionner sur trois phases. Il s'agit de moteurs électriques de diverses bétonnières, de scies circulaires et de puissantes machines à souder également alimentées par un réseau triphasé. De plus, les générateurs synchrones conviennent à de telles tâches, les générateurs asynchrones ne conviennent pas - en raison de leurs faibles performances avec des appareils qui ont des courants de démarrage importants. Les centrales électriques domestiques asynchrones conviennent mieux à l'alimentation de secours des maisons privées et des chalets d'été.

Convertisseurs électroniques

Cependant, il n'est pas toujours rationnel ou pratique d'utiliser des centrales électriques domestiques à essence ou diesel. Il existe une solution - obtenir un courant électrique alternatif monophasé ou triphasé à partir du courant continu. Pour ce faire, utilisez des convertisseurs ou, comme on les appelle aussi onduleurs.

Un onduleur est un appareil qui convertit la quantité et le type de courant électrique. Dans les magasins, vous pouvez trouver des onduleurs 12-220 ou 24-220 Volts. En conséquence, ces appareils sont convertis en 12 ou 24 volts constants en courant alternatif 220V avec une fréquence de 50Hz. Un schéma du convertisseur similaire le plus simple basé sur le pilote du convertisseur demi-pont IR2153 est présenté ci-dessous.

Un tel circuit produit une onde sinusoïdale modifiée en sortie. Il n'est pas tout à fait adapté pour alimenter des charges inductives telles que des moteurs et des perceuses. Mais si ce n'est pas de manière continue, il est tout à fait possible d'utiliser un onduleur aussi simple.

Les convertisseurs DC-AC avec une sortie sinusoïdale pure sont nettement plus chers et leurs circuits sont beaucoup plus complexes.

Important! Lorsque vous achetez des modules de carte bon marché auprès d'aliexpress, ne vous fiez pas à la fréquence sinusoïdale pure ou à la fréquence 50 Hz. La plupart de ces appareils fournissent un courant haute fréquence avec une tension de 220V. Il peut être utilisé pour alimenter une variété de radiateurs et de lampes à incandescence.

Nous avons brièvement évoqué les principes d'obtention du courant alternatif à domicile et à l'échelle industrielle. La physique de ce processus est connue depuis près de 200 ans, néanmoins, Nikola Tesla a été le principal vulgarisateur de cette méthode pour obtenir de l'énergie électrique à la fin du 19e - première moitié du 20e siècle. La plupart des équipements domestiques et industriels modernes sont axés sur l'utilisation d'un courant alternatif nommé pour l'alimentation électrique.

Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo qui montre clairement comment fonctionne l'alternateur :

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