Obținerea curentului alternativ: metode și definiții de bază

Curentul alternativ este în prezent singura modalitate de a transmite electricitate ieftin pe distanțe. Depășește curentul continuu într-o serie de parametri, inclusiv ușurința transformării. În acest articol vă vom spune cum să obțineți curent electric alternativ în viața de zi cu zi și la locul de muncă.

Inducția electromagnetică și legea lui Faraday

Michael Faraday în 1831 a descoperit un model care a fost numit ulterior după el - legea lui Faraday. În experimentele sale, a folosit 2 instalații. Primul a constat dintr-un miez metalic cu doi conductori spiralați și neconectați. Când a conectat unul dintre ele la o sursă de alimentare, săgeata galvanometrului conectat la al doilea conductor s-a zvâcnit. Așa s-a dovedit influența unui câmp magnetic asupra mișcării particulelor încărcate într-un conductor.

A doua setare este discul Faraday. Este un disc metalic la care sunt conectate doi conductori de alunecare, care la rândul lor sunt conectați la un galvanometru. Discul este rotit în apropierea magnetului, iar când se rotește pe galvanometru, săgeata se deviază și ea.

Deci, concluzia acestor experimente a fost o formulă care leagă trecerea unui conductor prin liniile de forță ale câmpului magnetic.

Aici: E este EMF de inducție, N este numărul de spire ale conductorului, care este deplasat într-un câmp magnetic, dF / dt este viteza de schimbare a fluxului magnetic în raport cu conductorul.

În practică, ei folosesc, de asemenea, o formulă care poate fi utilizată pentru a determina EMF prin mărimea inducției magnetice.

e = B * l * v * sinα

Dacă ne amintim formula care conectează fluxul magnetic și inducția magnetică, atunci putem presupune cum a fost derivată formula de mai sus.

Ф = B * S * cosα

Așa s-a născut generația actuală. Dar să vorbim despre cum obținerea curentului alternativ este mai aproape de practică.

Metode de obținere a curentului alternativ

Să presupunem că avem un cadru dintr-un material conductor. Să-l plasăm într-un câmp magnetic. Conform formulei menționate mai sus, dacă cadrul începe să se rotească, prin el va curge un curent electric. Cu rotație uniformă la capetele acestui cadru se va obține un curent sinusoidal alternativ.

Acest lucru se datorează faptului că, în funcție de poziția de-a lungul axei de rotație, cadrul este pătruns de un număr diferit de linii de forță. În consecință, valoarea EMF este indusă nu uniform, ci în funcție de poziția cadrului, precum și de semnul acestei valori. Ce vezi în graficul de mai sus. Când cadrul se rotește într-un câmp magnetic, atât frecvența curentului alternativ, cât și valoarea EMF la bornele cadrului depind de viteza de rotație. Pentru a obține o anumită valoare EMF la o frecvență fixă, se fac mai multe ture. Astfel, nu se dovedește un cadru, ci o bobină.

Puteți obține curent alternativ la scară industrială în același mod ca cel descris mai sus. În practică, centralele electrice cu alternatoare sunt utilizate pe scară largă. Aceasta folosește generatoare sincrone. Deoarece în acest fel este mai ușor să controlați atât frecvența, cât și magnitudinea EMF AC și pot rezista la suprasarcinile de curent pe termen scurt de multe ori.

În funcție de numărul de faze din centralele electrice, se folosesc generatoare trifazate. Aceasta este o soluție de compromis legată de fezabilitatea economică și cerința tehnică a creării unui rotativ câmp magnetic pentru funcționarea motoarelor electrice, care reprezintă partea leului din toate echipamentele electrice din industrie.

În funcție de tipul de forță care antrenează rotorul, numărul de poli poate fi diferit. Dacă rotorul se rotește cu o turație de 3000 rpm, atunci pentru a obține un curent alternativ cu o frecvență industrială de 50 Hz este nevoie de un generator cu 2 poli, pentru 1500 rpm - cu 4 poli și așa mai departe. În imaginile de mai jos, vedeți un dispozitiv generator de tip sincron.

Există bobine sau o înfășurare de câmp pe rotor, curentul este furnizat acestuia de la generator-excitator (DC Generator - GPT) sau de la excitatorul semiconductor prin aparatul cu perie. Periile sunt amplasate pe inele, spre deosebire de mașinile colectoare, drept urmare câmpul magnetic al înfășurărilor excitația nu se schimbă în direcție și semn, ci se modifică în magnitudine - la reglarea curentului patogen. Astfel, condițiile optime sunt selectate automat pentru a menține modul de funcționare al alternatorului.

Astfel, s-a putut obține curent alternativ la scară industrială printr-o metodă bazată pe fenomenele de inducție electromagnetică și anume cu ajutorul generatoarelor trifazate. În viața de zi cu zi, se folosesc atât generatoare monofazate, cât și trifazate. Acestea din urmă sunt recomandate a fi achiziționate pentru lucrări de construcție. Faptul este că un număr mare de scule electrice și mașini-unelte pot funcționa în trei faze. Acestea sunt motoare electrice ale diferitelor betoniere, ferăstraie circulare și mașini de sudură puternice sunt, de asemenea, alimentate de o rețea trifazată. În plus, generatoarele sincrone sunt potrivite pentru astfel de sarcini, generatoarele asincrone nu sunt potrivite - din cauza performanței lor slabe cu dispozitive care au curenți mari de pornire. Centralele electrice de uz casnic asincron sunt mai potrivite pentru alimentarea cu energie de rezervă a caselor private și a cabanelor de vară.

Convertoare electronice

Cu toate acestea, nu este întotdeauna rațional sau convenabil să folosiți centrale electrice de uz casnic pe benzină sau diesel. Există o cale de ieșire - pentru a obține un curent electric alternativ monofazat sau trifazat din direct. Pentru a face acest lucru, utilizați convertoare sau, așa cum sunt numite și invertoare.

Un invertor este un dispozitiv care convertește cantitatea și tipul de curent electric. In magazine gasesti invertoare 12-220 sau 24-220 Volti. În consecință, aceste dispozitive sunt transformate la 12 sau 24 volți constant în curent alternativ de 220 V cu o frecvență de 50 Hz. Diagrama celui mai simplu convertor similar bazat pe driverul pentru convertorul IR2153 semi-punte este prezentată mai jos.

Un astfel de circuit produce o undă sinusoidală modificată la ieșire. Nu este tocmai potrivit pentru alimentarea sarcinilor inductive, cum ar fi motoare și burghie. Dar dacă nu în mod continuu, atunci este foarte posibil să folosiți un astfel de invertor simplu.

Convertoarele DC-AC cu o ieșire sinusoidală pură sunt semnificativ mai scumpe, iar circuitele lor sunt mult mai complexe.

Important! Când cumpărați module ieftine de la aliexpress, nu vă bazați pe o frecvență sinusoidală pură sau 50 Hz. Majoritatea acestor dispozitive furnizează curent de înaltă frecvență cu o tensiune de 220V. Poate fi folosit pentru a alimenta o varietate de încălzitoare și lămpi cu incandescență.

Am discutat pe scurt principiile obținerii curentului alternativ la domiciliu și la scară industrială. Fizica acestui proces este cunoscută de aproape 200 de ani; cu toate acestea, Nikola Tesla a fost principalul popularizator al acestei metode de obținere a energiei electrice la sfârșitul secolului al XIX-lea - prima jumătate a secolului al XX-lea. Cele mai multe echipamente moderne de uz casnic și industriale se concentrează pe utilizarea curentului alternativ numit pentru alimentarea cu energie.

În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip care arată clar cum funcționează alternatorul:

Probabil că nu știi:

• Care este diferența dintre curentul alternativ și curentul continuu
• Modalități de a reduce tensiunea
• Cum să obțineți energie electrică de la sol