Jak uzyskać przemienny prąd elektryczny
Indukcja elektromagnetyczna i prawo Faradaya
Michael Faraday w 1831 roku odkrył wzór, nazwany później jego imieniem - Prawo Faradaya. W swoich eksperymentach wykorzystał 2 instalacje. Pierwszy składał się z metalowego rdzenia z dwoma uzwojonymi i niepodłączonymi przewodami. Kiedy podłączył jedno z nich do źródła zasilania, igła galwanometru podłączona do drugiego przewodu drgnęła. W ten sposób wykazano wpływ pola magnetycznego na ruch naładowanych cząstek w przewodniku.
Druga instalacja to dysk Faradaya. Jest to metalowy dysk, do którego są podłączone dwa przesuwne przewodniki, a one z kolei są połączone z galwanometrem. Dysk obraca się w pobliżu magnesu, a podczas obrotu na galwanometrze strzałka również się odchyla.
Konkluzją tych eksperymentów był więc wzór, który dotyczy przejścia przewodnika przez linie siły pola magnetycznego.
Tutaj: E jest indukcyjnym polem elektromagnetycznym, N jest liczbą zwojów przewodnika, który porusza się w polu magnetycznym, dF / dt jest szybkością zmiany strumienia magnetycznego względem przewodnika.
W praktyce używają również wzoru, za pomocą którego można określić EMF na podstawie wielkości indukcji magnetycznej.
e = B * l * v * sinα
Jeśli przypomnimy sobie wzór odnoszący się do strumienia magnetycznego i indukcji magnetycznej, możemy założyć, jak powstało wyprowadzenie powyższego wzoru.
Ф = B * S * cosα
Tak narodziło się generowanie prądu. Porozmawiajmy jednak o tym, jak zbliżyć prąd przemienny do praktyki.
Sposoby uzyskania AC
Załóżmy, że mamy ramkę z materiału przewodzącego. Umieść go w polu magnetycznym. Zgodnie z powyższym wzorem, jeśli zaczniesz obracać ramę, przepłynie przez nią prąd elektryczny. Przy równomiernym obrocie na końcach tej ramy uzyskany zostanie przemienny prąd sinusoidalny.
Wynika to z faktu, że w zależności od położenia wzdłuż osi obrotu inna rama linii siły przenika przez ramę. Odpowiednio, wielkość pola elektromagnetycznego nie jest indukowana równomiernie, lecz zgodnie z pozycją ramki, podobnie jak znak tej ilości. Co widzisz powyżej wykres nag. Gdy rama obraca się w polu magnetycznym, zarówno częstotliwość prądu przemiennego, jak i wielkość pola elektromagnetycznego na zaciskach ramy zależą od prędkości obrotowej. Aby osiągnąć określoną wartość EMF przy stałej częstotliwości, wykonuje się więcej zwojów. Tak więc okazuje się, że nie rama, ale cewka.
Prąd przemienny na skalę przemysłową można uzyskać w taki sam sposób, jak opisano powyżej. W praktyce elektrownie z alternatorami znalazły szerokie zastosowanie. W takim przypadku stosowane są generatory synchroniczne.Ponieważ dzięki temu łatwiej jest kontrolować zarówno częstotliwość, jak i wielkość emf prądu przemiennego i mogą one wielokrotnie wytrzymywać przeciążenia prądu krótkotrwałego.
W zależności od liczby faz w elektrowniach stosuje się generatory trójfazowe. Jest to kompromisowe rozwiązanie związane z ekonomiczną wykonalnością i technicznym wymogiem tworzenia wirującego pola magnetycznego do działania silników elektrycznych, które stanowią lwią część wszystkich urządzeń elektrycznych w przemyśle.
W zależności od rodzaju siły napędzającej wirnik liczba biegunów może być różna. Jeśli wirnik obraca się z prędkością 3000 obr./min, to aby uzyskać prąd przemienny o częstotliwości przemysłowej 50 Hz, potrzebujesz generatora z 2 biegunami, dla 1500 obrotów na minutę - z 4 biegunami i tak dalej. Na poniższych rysunkach widać urządzenie z generatorem synchronicznym.
Na wirniku znajdują się cewki lub uzwojenia pola; prąd jest do niego doprowadzany z generatora wzbudnicy (DC Current Generator - GPT) lub z wzbudnika półprzewodnikowego za pomocą aparatu szczotkowego. Szczotki znajdują się na pierścieniach, w przeciwieństwie do maszyn zbierających, w wyniku czego pole magnetyczne uzwojeń nie zmienia się w kierunku i znaku, ale zmienia się wielkość - podczas regulacji prądu wzbudnicy. W ten sposób automatycznie dobierane są optymalne warunki do obsługi trybu pracy alternatora.
Udało nam się więc uzyskać prąd przemienny na skalę przemysłową metodą opartą na zjawiskach indukcji elektromagnetycznej, a mianowicie za pomocą generatorów trójfazowych. W życiu codziennym stosowane są zarówno generatory jednofazowe, jak i trójfazowe. Ten ostatni zaleca się do zakupu na roboty budowlane. Faktem jest, że duża liczba narzędzi elektrycznych i obrabiarek może pracować w trzech fazach. Są to silniki elektryczne różnych betonomieszarek, pił tarczowych i wydajnych spawarek zasilanych również przez sieć trójfazową. Co więcej, synchroniczne generatory są odpowiednie do takich zadań, asynchroniczne generatory nie są odpowiednie - ze względu na ich słabą pracę z urządzeniami o dużych prądach rozruchowych. Asynchroniczne elektrownie domowe są bardziej odpowiednie do zasilania rezerwowego domów prywatnych i domków jednorodzinnych.
Konwertery elektroniczne
Jednak nie zawsze racjonalne lub wygodne jest stosowanie domowych elektrowni na benzynę lub olej napędowy. Istnieje wyjście - uzyskać jednofazowy lub trójfazowy przemienny prąd elektryczny z prądu stałego. Aby to zrobić, użyj konwerterów lub, ponieważ są one również nazywane falownikami.
Falownik to urządzenie, które przekształca wielkość i rodzaj prądu elektrycznego. W sklepach można znaleźć falowniki 12–220 lub 24–220 woltów. W związku z tym urządzenia te zamieniają stałą 12 lub 24 wolty w 220 V AC o częstotliwości 50 Hz. Schemat najprostszego takiego konwertera opartego na sterowniku dla pół-mostka konwertera IR2153 pokazano poniżej.
Taki obwód wytwarza zmodyfikowaną falę sinusoidalną na wyjściu. Nie jest całkowicie odpowiedni do zasilania obciążenia indukcyjnego, takiego jak silniki i wiertarki. Ale jeśli nie na bieżąco, możliwe jest użycie tak prostego falownika.
Konwertery prądu stałego na prąd przemienny z czystą falą sinusoidalną są znacznie droższe, a ich obwody są znacznie bardziej skomplikowane.
Ważne! Kupując tanie moduły planszowe z aliexpress, nie licz na ani czysty sinus, ani częstotliwość 50 Hz. Większość z tych urządzeń wytwarza prąd o wysokiej częstotliwości o napięciu 220 V. Może być stosowany do zasilania różnych grzejników i żarówek.
Krótko przeanalizowaliśmy zasady wytwarzania prądu przemiennego w domu i na skalę przemysłową. Fizyka tego procesu znana jest od prawie 200 lat, jednak Nikola Tesla była głównym popularyzatorem tej metody pozyskiwania energii elektrycznej pod koniec XIX - pierwszej połowy XX wieku.Większość nowoczesnych urządzeń domowych i przemysłowych koncentruje się na wykorzystaniu nominalnego prądu przemiennego do zasilania.
Na koniec zalecamy obejrzenie filmu, który wyraźnie pokazuje, jak działa alternator:
Na pewno nie wiesz:
Ładowanie ...
