Maiņstrāvas iegūšana: metodes un pamatdefinīcijas

Maiņstrāva pašlaik ir vienīgais veids, kā lēti pārraidīt elektroenerģiju attālumos. Vairākos parametros, tostarp pārveidošanas vienkāršībā, tas pārspēj līdzstrāvu. Šajā rakstā mēs jums pateiksim, kā ikdienas dzīvē un darbā iegūt maiņstrāvu.

Elektromagnētiskā indukcija un Faradeja likums

Maikls Faradejs 1831. gadā atklāja rakstu, kas vēlāk tika nosaukts viņa vārdā. Faradeja likums. Savos eksperimentos viņš izmantoja 2 instalācijas. Pirmais sastāvēja no metāla serdes ar diviem satītiem un nesaistītiem vadītājiem. Kad viņš vienu no tiem pievienoja strāvas avotam, galvanometra bultiņa, kas savienota ar otro vadītāju, raustījās. Tā tika pierādīta magnētiskā lauka ietekme uz lādētu daļiņu kustību vadītājā.

Otrais iestatījums ir Faraday disks. Tas ir metāla disks, kuram ir pievienoti divi bīdāmie vadītāji, kas savukārt ir savienoti ar galvanometru. Disks tiek pagriezts netālu no magnēta, un, rotējot uz galvanometra, bultiņa arī novirzās.

Tātad šo eksperimentu secinājums bija formula, kas savieno vadītāja pāreju caur magnētiskā lauka spēka līnijām.

Šeit: E ir indukcijas EMF, N ir vadītāja apgriezienu skaits, kas tiek pārvietots magnētiskajā laukā, dF / dt ir magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums attiecībā pret vadītāju.

Praksē viņi izmanto arī formulu, ko var izmantot, lai noteiktu EML, izmantojot magnētiskās indukcijas lielumu.

e = B * l * v * sinα

Ja atceramies formulu, kas savieno magnētisko plūsmu un magnētisko indukciju, tad varam pieņemt, kā tika iegūta iepriekš minētā formula.

Ф = B * S * cosα

Tā dzima pašreizējā paaudze. Bet parunāsim par to, kā maiņstrāvas iegūšana ir tuvāk praksei.

Maiņstrāvas iegūšanas metodes

Pieņemsim, ka mums ir rāmis, kas izgatavots no vadoša materiāla. Novietosim to magnētiskajā laukā. Saskaņā ar iepriekš minēto formulu, ja rāmis sāk griezties, caur to plūdīs elektriskā strāva. Ar vienmērīgu rotāciju šī rāmja galos tiks iegūta sinusoidāla maiņstrāva.

Tas ir saistīts ar faktu, ka atkarībā no stāvokļa pa griešanās asi rāmi iekļūst atšķirīgs spēka līniju skaits. Attiecīgi EMF vērtība tiek inducēta nevis vienmērīgi, bet gan atbilstoši rāmja novietojumam, kā arī šīs vērtības zīmei. Ko jūs redzat grafikā iepriekš. Kad rāmis griežas magnētiskajā laukā, no griešanās ātruma ir atkarīga gan maiņstrāvas frekvence, gan EMF vērtība rāmja spailēs. Lai sasniegtu noteiktu EMF vērtību fiksētā frekvencē, tiek veikti vairāk pagriezienu. Tādējādi izrādās, ka nav rāmis, bet gan spole.

Jūs varat iegūt maiņstrāvu rūpnieciskā mērogā tādā pašā veidā, kā aprakstīts iepriekš. Praksē plaši tiek izmantotas elektrostacijas ar ģeneratoriem. Tas izmanto sinhronos ģeneratorus. Tā kā šādā veidā ir vieglāk kontrolēt gan maiņstrāvas EMF frekvenci, gan lielumu, un tie daudzkārt var izturēt īslaicīgas strāvas pārslodzes.

Atbilstoši fāžu skaitam spēkstacijās tiek izmantoti trīsfāzu ģeneratori. Šis ir kompromisa risinājums, kas saistīts ar rotācijas izveides ekonomisko iespējamību un tehnisko prasību magnētiskais lauks elektromotoru darbībai, kas veido lauvas tiesu no visām elektroiekārtām nozare.

Atkarībā no spēka veida, kas virza rotoru, polu skaits var būt atšķirīgs. Ja rotors griežas ar ātrumu 3000 apgr./min, tad, lai iegūtu maiņstrāvu ar rūpniecisko frekvenci 50 Hz, ir nepieciešams ģenerators ar 2 poliem, 1500 apgr./min - ar 4 poliem utt. Tālāk redzamajos attēlos ir redzama sinhronā tipa ģeneratora ierīce.

Uz rotora ir spoles vai lauka tinums, strāva tam tiek piegādāta no ģeneratora ierosinātāja (DC Generator - GPT) vai no pusvadītāju ierosinātāja caur suku aparātu. Birstes atrodas uz gredzeniem, atšķirībā no kolektoru mašīnām, kā rezultātā tinumu magnētiskais lauks ierosme nemainās virzienā un zīmē, bet mainās lielums - regulējot strāvu patogēns. Tādējādi tiek automātiski izvēlēti optimālie apstākļi, lai uzturētu ģeneratora darbības režīmu.

Tātad bija iespējams iegūt maiņstrāvu rūpnieciskā mērogā ar metodi, kuras pamatā ir elektromagnētiskās indukcijas parādības, proti, ar trīsfāzu ģeneratoru palīdzību. Ikdienā tiek izmantoti gan vienfāzes, gan trīsfāžu ģeneratori. Pēdējos ieteicams iegādāties celtniecības darbiem. Fakts ir tāds, ka liels skaits elektrisko instrumentu un darbgaldu var darboties trīs fāzēs. Tie ir dažādu betona maisītāju elektromotori, ripzāģi, arī jaudīgās metināšanas iekārtas tiek darbinātas no trīsfāžu tīkla. Turklāt sinhronie ģeneratori ir piemēroti šādiem uzdevumiem, asinhronie ģeneratori nav piemēroti - to sliktas veiktspējas dēļ ar ierīcēm, kurām ir liela starta strāva. Asinhronās mājsaimniecības elektrostacijas ir vairāk piemērotas privātmāju un vasarnīcu rezerves elektroapgādei.

Elektroniskie pārveidotāji

Tomēr ne vienmēr ir racionāli vai ērti izmantot benzīna vai dīzeļdegvielas mājsaimniecības elektrostacijas. Ir izeja - iegūt vienfāzes vai trīsfāžu maiņstrāvu no tiešās. Lai to izdarītu, izmantojiet pārveidotājus vai, kā tos sauc arī par invertoriem.

Invertors ir ierīce, kas pārveido elektriskās strāvas daudzumu un veidu. Veikalos var atrast invertorus 12-220 vai 24-220 volti. Attiecīgi šīs ierīces tiek pārveidotas par pastāvīgu 12 vai 24 voltu 220 V maiņstrāvu ar frekvenci 50 Hz. Vienkāršākā līdzīgā pārveidotāja diagramma, kuras pamatā ir pustilta pārveidotāja IR2153 draiveris, ir parādīta zemāk.

Šāda ķēde izejā rada modificētu sinusoidālo vilni. Tas nav gluži piemērots induktīvo slodžu, piemēram, motoru un urbju, darbināšanai. Bet, ja ne pastāvīgi, tad ir pilnīgi iespējams izmantot tik vienkāršu invertoru.

Līdzstrāvas-maiņstrāvas pārveidotāji ar tīru sinusoidālu izvadi ir ievērojami dārgāki, un to shēmas ir daudz sarežģītākas.

Svarīgs! Pērkot lētus dēļu moduļus no aliexpress, nepaļaujieties uz tīru sinusa vai 50 Hz frekvenci. Lielākā daļa no šīm ierīcēm nodrošina augstfrekvences strāvu ar 220 V spriegumu. To var izmantot dažādu sildītāju un kvēlspuldžu darbināšanai.

Mēs esam īsi apsprieduši maiņstrāvas iegūšanas principus mājās un rūpnieciskā mērogā. Šī procesa fizika ir zināma gandrīz 200 gadus, tomēr Nikola Tesla bija galvenais šīs elektroenerģijas ieguves metodes popularizētājs 19. gadsimta beigās - 20. gadsimta pirmajā pusē. Lielākā daļa mūsdienu mājas un rūpniecisko iekārtu ir vērstas uz nosauktās maiņstrāvas izmantošanu elektroenerģijas padevei.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties videoklipu, kas skaidri parāda, kā darbojas ģenerators:

Jūs droši vien nezināt:

• Kāda ir atšķirība starp maiņstrāvu un līdzstrāvu
• Veidi, kā pazemināt spriegumu
• Kā iegūt elektrību no zemes