Dobivanje izmjenične struje: metode i osnovne definicije

Izmjenična struja trenutno je jedini način jeftinog prijenosa električne energije na udaljenosti. Nadmašuje istosmjernu struju u nizu parametara, uključujući jednostavnost transformacije. U ovom članku ćemo vam reći kako dobiti izmjeničnu električnu struju u svakodnevnom životu i na poslu.

Elektromagnetska indukcija i Faradayev zakon

Michael Faraday je 1831. otkrio uzorak koji je kasnije nazvan po njemu - Faradayev zakon. U svojim eksperimentima koristio je 2 instalacije. Prvi se sastojao od metalne jezgre s dva namotana i nepovezana vodiča. Kada je jedan od njih spojio na izvor napajanja, strelica galvanometra spojenog na drugi vodič se trznula. Tako je dokazan utjecaj magnetskog polja na kretanje nabijenih čestica u vodiču.

Druga postavka je Faradayev disk. To je metalni disk na koji su spojena dva klizna vodiča, koji su pak spojeni na galvanometar. Disk se zakreće u blizini magneta, a pri rotaciji na galvanometru, strelica se također skreće.

Dakle, zaključak ovih eksperimenata bila je formula koja povezuje prolazak vodiča kroz linije sile magnetskog polja.

Ovdje: E je EMF indukcije, N je broj zavoja vodiča koji se pomiče u magnetskom polju, dF / dt je brzina promjene magnetskog toka u odnosu na vodič.

U praksi također koriste formulu koja se može koristiti za određivanje EMF-a kroz veličinu magnetske indukcije.

e = B * l * v * sinα

Ako se prisjetimo formule koja povezuje magnetski tok i magnetsku indukciju, onda možemo pretpostaviti kako je gornja formula izvedena.

F = B * S * cosα

Tako je rođena sadašnja generacija. No, razgovarajmo o tome kako je dobivanje izmjenične struje bliže praksi.

Metode dobivanja izmjenične struje

Recimo da imamo okvir od vodljivog materijala. Postavimo ga u magnetsko polje. Prema gore spomenutoj formuli, ako se okvir počne okretati, kroz njega će teći električna struja. Ujednačenom rotacijom na krajevima ovog okvira dobit će se izmjenična sinusna struja.

To je zbog činjenice da, ovisno o položaju duž osi rotacije, okvir prodire različit broj linija sile. Sukladno tome, vrijednost EMF inducira se ne jednoliko, već prema položaju okvira, kao i predznaku ove vrijednosti. Što vidite na gornjem grafikonu. Kada se okvir rotira u magnetskom polju, i frekvencija izmjenične struje i vrijednost EMF-a na stezaljkama okvira ovise o brzini vrtnje. Da bi se postigla određena vrijednost EMF-a na fiksnoj frekvenciji, radi se više zavoja. Dakle, ne ispada okvir, već zavojnica.

Izmjeničnu struju možete dobiti u industrijskoj mjeri na isti način kao što je gore opisano. U praksi se široko koriste elektrane s alternatorima. Za to se koriste sinkroni generatori. Budući da je na taj način lakše kontrolirati i frekvenciju i veličinu izmjeničnog EMF-a, te mogu višestruko izdržati kratkotrajna strujna preopterećenja.

Prema broju faza u elektranama koriste se trofazni generatori. Ovo je kompromisno rješenje vezano uz ekonomsku izvedivost i tehničke zahtjeve stvaranja rotacije magnetsko polje za rad elektromotora, koji čine lavovski udio sve električne opreme u industrija.

Ovisno o vrsti sile koja pokreće rotor, broj polova može biti različit. Ako se rotor vrti brzinom od 3000 o/min, tada je za dobivanje izmjenične struje industrijske frekvencije od 50 Hz potreban generator s 2 pola, za 1500 o/min - s 4 pola i tako dalje. Na slikama ispod vidite generator sinkronog tipa.

Na rotoru se nalaze zavojnice ili namot polja, struja se na njega dovodi iz generatora-uzbuđivača (DC Generator - GPT) ili iz poluvodičkog uzbuđivača kroz aparat za četke. Četke se nalaze na prstenovima, za razliku od kolektorskih strojeva, zbog čega se magnetsko polje namota uzbuda se ne mijenja smjerom i predznakom, već se mijenja po veličini – pri regulaciji struje patogena. Tako se automatski odabiru optimalni uvjeti za održavanje načina rada alternatora.

Dakle, bilo je moguće dobiti izmjeničnu struju u industrijskoj mjeri metodom koja se temelji na fenomenu elektromagnetske indukcije, naime uz pomoć trofaznih generatora. U svakodnevnom životu koriste se i jednofazni i trofazni generatori. Potonje se preporuča kupiti za građevinske radove. Činjenica je da veliki broj električnih alata i alatnih strojeva može raditi u tri faze. To su elektromotori raznih mješalica za beton, kružne pile, a moćni aparati za zavarivanje također se napajaju trofaznom mrežom. Štoviše, sinkroni generatori su prikladni za takve zadatke, asinkroni generatori nisu prikladni - zbog svojih loših performansi s uređajima koji imaju velike početne struje. Asinkrone elektrane za kućanstvo prikladnije su za rezervno napajanje privatnih kuća i vikendica.

Elektronički pretvarači

Međutim, nije uvijek racionalno ili prikladno koristiti benzinske ili dizelske elektrane u kućanstvu. Postoji izlaz - dobiti jednofaznu ili trofaznu izmjeničnu električnu struju iz izravne. Da biste to učinili, koristite pretvarače ili, kako ih još nazivaju pretvaračima.

Pretvarač je uređaj koji pretvara količinu i vrstu električne struje. U trgovinama možete pronaći pretvarače 12-220 ili 24-220 volti. Sukladno tome, ovi se uređaji pretvaraju na konstantne 12 ili 24 volta u izmjeničnu struju od 220 V s frekvencijom od 50 Hz. Dolje je prikazan dijagram najjednostavnijeg sličnog pretvarača koji se temelji na upravljačkom programu za polumostni pretvarač IR2153.

Takav sklop proizvodi modificirani sinusni val na izlazu. Nije baš prikladan za napajanje induktivnih opterećenja kao što su motori i bušilice. Ali ako ne na stalnoj osnovi, onda je sasvim moguće koristiti tako jednostavan pretvarač.

DC-to-AC pretvarači s čistim sinusoidnim izlazom znatno su skuplji i njihovi sklopovi su mnogo složeniji.

Važno! Kada kupujete jeftine module ploča s aliexpressa, nemojte se oslanjati ni na čisti sinus niti na frekvenciju od 50 Hz. Većina ovih uređaja osigurava struju visoke frekvencije s naponom od 220V. Može se koristiti za napajanje raznih grijača i žarulja sa žarnom niti.

Ukratko smo raspravljali o principima dobivanja izmjenične struje kod kuće iu industrijskoj skali. Fizika ovog procesa poznata je gotovo 200 godina, no Nikola Tesla je bio glavni popularizator ove metode dobivanja električne energije krajem 19. - prvoj polovici 20. stoljeća. Većina moderne kućne i industrijske opreme usmjerena je na korištenje imenovane izmjenične struje za napajanje.

Na kraju, preporučujemo da pogledate video koji jasno pokazuje kako radi alternator:

Vjerojatno ne znate:

• Koja je razlika između izmjenične i istosmjerne struje
• Načini smanjenja napona
• Kako dobiti struju iz zemlje