Získavanie striedavého prúdu: metódy a základné definície

Striedavý prúd je v súčasnosti jediným spôsobom, ako lacno prenášať elektrickú energiu na veľké vzdialenosti. Prevyšuje jednosmerný prúd v mnohých parametroch, vrátane jednoduchosti transformácie. V tomto článku vám povieme, ako získať striedavý elektrický prúd v každodennom živote a v práci.

Elektromagnetická indukcia a Faradayov zákon

Michael Faraday v roku 1831 objavil vzor, ​​ktorý bol neskôr pomenovaný po ňom - Faradayov zákon. Vo svojich experimentoch použil 2 inštalácie. Prvý pozostával z kovového jadra s dvoma vinutými a nezapojenými vodičmi. Keď jeden z nich pripojil k zdroju energie, šípka galvanometra pripojeného k druhému vodiču sa zatrhla. Takto sa dokázal vplyv magnetického poľa na pohyb nabitých častíc vo vodiči.

Druhým nastavením je Faradayov disk. Je to kovový kotúč, ku ktorému sú pripojené dva klzné vodiče, ktoré sú zase spojené s galvanometrom. Kotúč sa otáča v blízkosti magnetu a pri otáčaní na galvanometri sa vychyľuje aj šípka.

Takže záverom týchto experimentov bol vzorec, ktorý spája prechod vodiča cez siločiary magnetického poľa.

Tu: E je EMF indukcie, N je počet závitov vodiča, ktorý sa pohybuje v magnetickom poli, dF / dt je rýchlosť zmeny magnetického toku vzhľadom na vodič.

V praxi tiež používajú vzorec, ktorý možno použiť na určenie EMF prostredníctvom veľkosti magnetickej indukcie.

e = B * l * v * sinα

Ak si spomenieme na vzorec spájajúci magnetický tok a magnetickú indukciu, potom môžeme predpokladať, ako bol odvodený vyššie uvedený vzorec.

Ф = B * S * cosα

Takto sa zrodila súčasná generácia. Ale povedzme si o tom, ako je získanie striedavého prúdu bližšie k praxi.

Spôsoby získavania striedavého prúdu

Povedzme, že máme rám vyrobený z vodivého materiálu. Umiestnime ho do magnetického poľa. Podľa vyššie uvedeného vzorca, ak sa rám začne otáčať, pretečie ním elektrický prúd. Pri rovnomernom otáčaní na koncoch tohto rámu sa získa striedavý sínusový prúd.

Je to spôsobené tým, že v závislosti od polohy pozdĺž osi otáčania preniká rámom rôzny počet siločiar. V súlade s tým sa hodnota EMF indukuje nie rovnomerne, ale podľa polohy rámu, ako aj znamienka tejto hodnoty. Čo vidíte na grafe vyššie. Keď sa rám otáča v magnetickom poli, frekvencia striedavého prúdu aj hodnota EMF na svorkách rámu závisia od rýchlosti otáčania. Na dosiahnutie určitej hodnoty EMF pri pevnej frekvencii sa vykoná viac otáčok. Ukazuje sa teda, že nejde o rám, ale o cievku.

V priemyselnom meradle môžete získať striedavý prúd rovnakým spôsobom, ako je opísané vyššie. V praxi sú široko používané elektrárne s alternátormi. Používa synchrónne generátory. Pretože týmto spôsobom je ľahšie ovládať frekvenciu aj veľkosť AC EMF a mnohokrát vydržia krátkodobé prúdové preťaženie.

Podľa počtu fáz v elektrárňach sa používajú trojfázové generátory. Ide o kompromisné riešenie súvisiace s ekonomickou realizovateľnosťou a technickou požiadavkou vytvorenia rotačnej magnetické pole pre činnosť elektromotorov, ktoré tvoria leví podiel všetkých elektrických zariadení v priemyslu.

V závislosti od druhu sily, ktorá poháňa rotor, môže byť počet pólov rôzny. Ak sa rotor otáča rýchlosťou 3000 ot./min., potom na získanie striedavého prúdu s priemyselnou frekvenciou 50 Hz je potrebný generátor s 2 pólmi, pre 1500 ot./min. - so 4 pólmi atď. Na obrázkoch nižšie vidíte generátor synchrónneho typu.

Na rotore sú cievky alebo budiace vinutie, do ktorého je prúd privádzaný z generátora-budiča (DC Generator - GPT) alebo z polovodičového budiča cez kefový prístroj. Kefy sú umiestnené na krúžkoch, na rozdiel od kolektorových strojov, v dôsledku čoho magnetické pole vinutia budenie sa nemení smer a znamienko, ale mení sa veľkosť - pri regulácii prúdu patogén. Automaticky sa tak vyberú optimálne podmienky na udržanie prevádzkového režimu alternátora.

Takže bolo možné získať striedavý prúd v priemyselnom meradle metódou založenou na fenoméne elektromagnetickej indukcie, a to pomocou trojfázových generátorov. V každodennom živote sa používajú jednofázové aj trojfázové generátory. Posledne menované sa odporúčajú zakúpiť na stavebné práce. Faktom je, že veľké množstvo elektrických nástrojov a obrábacích strojov môže pracovať v troch fázach. Ide o elektromotory rôznych miešačiek betónu, kotúčové píly, trojfázovou sieťou sú napájané aj výkonné zváracie stroje. Okrem toho sú synchrónne generátory vhodné pre takéto úlohy, asynchrónne generátory nie sú vhodné - kvôli ich slabému výkonu so zariadeniami, ktoré majú veľké štartovacie prúdy. Asynchrónne elektrárne pre domácnosť sú vhodnejšie na záložné napájanie súkromných domov a letných chát.

Elektronické prevodníky

Nie je však vždy racionálne alebo vhodné používať benzínové alebo naftové domáce elektrárne. Existuje cesta von - získať jednofázový alebo trojfázový striedavý elektrický prúd z jednosmerného prúdu. Na tento účel použite konvertory alebo, ako sa tiež nazývajú invertory.

Invertor je zariadenie, ktoré premieňa množstvo a typ elektrického prúdu. V obchodoch nájdete meniče 12-220 alebo 24-220 voltov. V súlade s tým sú tieto zariadenia prevedené na konštantné napätie 12 alebo 24 voltov na striedavý prúd 220 V s frekvenciou 50 Hz. Schéma najjednoduchšieho podobného prevodníka založeného na ovládači pre polomostíkový prevodník IR2153 je zobrazená nižšie.

Takýto obvod vytvára na výstupe modifikovanú sínusovú vlnu. Nie je celkom vhodný na napájanie indukčných záťaží, ako sú motory a vŕtačky. Ale ak nie priebežne, potom je celkom možné použiť taký jednoduchý invertor.

Meniče DC-AC s čisto sínusovým výstupom sú podstatne drahšie a ich obvody sú oveľa zložitejšie.

Dôležité! Pri kúpe lacných doskových modulov z aliexpressu sa nespoliehajte na čistú sínusovú alebo 50Hz frekvenciu. Väčšina týchto zariadení poskytuje vysokofrekvenčný prúd s napätím 220V. Môže byť použitý na napájanie rôznych ohrievačov a žiaroviek.

Stručne sme diskutovali o princípoch získavania striedavého prúdu doma a v priemyselnom meradle. Fyzika tohto procesu je známa už takmer 200 rokov, napriek tomu bol Nikola Tesla koncom 19. - prvej polovice 20. storočia hlavným popularizátorom tohto spôsobu získavania elektrickej energie. Väčšina moderných domácich a priemyselných zariadení je zameraná na použitie menovaného striedavého prúdu na napájanie.

Na záver odporúčame pozrieť si video, ktoré názorne ukazuje, ako alternátor funguje:

Asi nevieš:

• Aký je rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom
• Spôsoby, ako znížiť napätie
• Ako získať elektrinu zo zeme