Obtendo corrente alternada: métodos e definições básicas

A corrente alternada é atualmente a única maneira de transmitir eletricidade de forma barata a distâncias. Supera a corrente contínua em vários parâmetros, incluindo a facilidade de transformação. Neste artigo, mostraremos como obter corrente elétrica alternada na vida cotidiana e no trabalho.

Indução eletromagnética e lei de Faraday

Michael Faraday em 1831 descobriu um padrão que mais tarde foi nomeado em sua homenagem - Lei de faraday. Em seus experimentos, ele usou 2 instalações. O primeiro consistia em um núcleo de metal com dois condutores enrolados e desconectados. Quando ele conectou um deles a uma fonte de energia, a seta do galvanômetro conectada ao segundo condutor estremeceu. Foi assim que se comprovou a influência de um campo magnético no movimento de partículas carregadas em um condutor.

A segunda configuração é o disco de Faraday. É um disco de metal ao qual estão conectados dois condutores deslizantes, que por sua vez são conectados a um galvanômetro. O disco é girado próximo ao ímã e, ao girar no galvanômetro, a seta também se desvia.

Assim, a conclusão desses experimentos foi uma fórmula que conecta a passagem de um condutor pelas linhas de força do campo magnético.

Aqui: E é o EMF de indução, N é o número de voltas do condutor, que se move em um campo magnético, dF / dt é a taxa de variação do fluxo magnético em relação ao condutor.

Na prática, eles também usam uma fórmula que pode ser usada para determinar o EMF por meio da magnitude da indução magnética.

e = B * l * v * sinα

Se nos lembrarmos da fórmula que conecta o fluxo magnético e a indução magnética, podemos assumir como a fórmula acima foi derivada.

Ф = B * S * cosα

Assim nasceu a geração atual. Mas vamos falar sobre como obter corrente alternada está mais perto da prática.

Métodos para obter corrente alternada

Digamos que temos uma estrutura feita de um material condutor. Vamos colocá-lo em um campo magnético. De acordo com a fórmula mencionada acima, se a moldura começar a girar, uma corrente elétrica passará por ela. Com rotação uniforme nas extremidades deste quadro, será obtida uma corrente alternada senoidal.

Isso se deve ao fato de que, dependendo da posição ao longo do eixo de rotação, a moldura é penetrada por um número diferente de linhas de força. Assim, o valor EMF é induzido não uniformemente, mas de acordo com a posição da moldura, bem como o sinal deste valor. O que você vê no gráfico acima. Quando a moldura gira em um campo magnético, a frequência da corrente alternada e o valor do EMF nos terminais da moldura dependem da velocidade de rotação. Para atingir um certo valor EMF em uma frequência fixa, mais voltas são feitas. Portanto, não é uma moldura, mas uma bobina.

Você pode obter corrente alternada em escala industrial da mesma forma descrita acima. Na prática, usinas com alternadores são amplamente utilizadas. Isso usa geradores síncronos. Visto que desta forma é mais fácil controlar a frequência e a magnitude do EMF CA, e eles podem suportar muitas vezes sobrecargas de corrente de curto prazo.

De acordo com o número de fases, geradores trifásicos são usados ​​nas usinas. Esta é uma solução de compromisso relacionada à viabilidade econômica e exigência técnica de criação de um rotativo campo magnético para a operação de motores elétricos, que constituem a maior parte de todos os equipamentos elétricos em indústria.

Dependendo do tipo de força que move o rotor, o número de pólos pode ser diferente. Se o rotor gira a 3000 rpm, então para obter uma corrente alternada com frequência industrial de 50 Hz, é necessário um gerador com 2 pólos, para 1500 rpm - com 4 pólos, e assim por diante. Nas fotos abaixo, você vê um dispositivo gerador do tipo síncrono.

Existem bobinas ou um enrolamento de campo no rotor, a corrente para ele é fornecida pelo gerador-excitador (DC Generator - GPT) ou pela excitatriz semicondutora através do aparelho escova. As escovas estão localizadas nos anéis, ao contrário das máquinas coletoras, por isso o campo magnético dos enrolamentos a excitação não muda de direção e sinal, mas muda de magnitude - ao regular a corrente patógeno. Assim, as condições ideais são selecionadas automaticamente para manter o modo de operação do alternador.

Assim, foi possível obter corrente alternada à escala industrial por um método baseado nos fenómenos de indução electromagnética, nomeadamente com o auxílio de geradores trifásicos. Na vida cotidiana, são usados ​​geradores monofásicos e trifásicos. Estes últimos são recomendados para compra para construção. O fato é que um grande número de ferramentas elétricas e máquinas operatrizes podem operar em três fases. Estes são motores elétricos de vários misturadores de concreto, serras circulares e poderosas máquinas de solda também são alimentados por uma rede trifásica. Além disso, geradores síncronos são adequados para tais tarefas, geradores assíncronos não são adequados - devido ao seu baixo desempenho com dispositivos que têm grandes correntes de partida. As usinas domésticas assíncronas são mais adequadas para o fornecimento de energia de reserva de casas particulares e chalés de verão.

Conversores eletrônicos

No entanto, nem sempre é racional ou conveniente usar usinas domésticas a gasolina ou diesel. Há uma saída - obter uma corrente elétrica alternada monofásica ou trifásica direta. Para isso, use conversores ou, como também são chamados de inversores.

Um inversor é um dispositivo que converte a quantidade e o tipo de corrente elétrica. Nas lojas você pode encontrar inversores de 12-220 ou 24-220 Volts. Consequentemente, esses dispositivos são convertidos para constantes de 12 ou 24 volts em corrente alternada de 220 V com uma frequência de 50 Hz. O diagrama do conversor semelhante mais simples baseado no driver para o conversor de meia-ponte IR2153 é mostrado abaixo.

Esse circuito produz uma onda senoidal modificada na saída. Não é muito adequado para alimentar cargas indutivas, como motores e brocas. Mas, se não de forma contínua, é perfeitamente possível usar um inversor tão simples.

Os conversores CC para CA com saída senoidal pura são significativamente mais caros e seus circuitos são muito mais complexos.

Importante! Ao comprar módulos de placa baratos da aliexpress, não confie em um seno puro ou frequência de 50Hz. A maioria desses dispositivos fornece corrente de alta frequência com tensão de 220V. Ele pode ser usado para alimentar uma variedade de aquecedores e lâmpadas incandescentes.

Discutimos brevemente os princípios de obtenção de corrente alternada em casa e em escala industrial. A física desse processo é conhecida há quase 200 anos, no entanto, Nikola Tesla foi o principal divulgador desse método de obtenção de energia elétrica no final do século XIX - primeira metade do século XX. A maioria dos equipamentos domésticos e industriais modernos concentra-se no uso da corrente alternada nomeada para fornecimento de energia.

Por fim, recomendamos assistir a um vídeo que mostra claramente como funciona o alternador:

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