Wie man elektrischen Wechselstrom bekommt
Elektromagnetische Induktion und das Faradaysche Gesetz
Michael Faraday entdeckte 1831 das später nach ihm benannte Muster - Faradays Gesetz. In seinen Experimenten verwendete er 2 Installationen. Der erste bestand aus einem Metallkern mit zwei gewickelten und nicht verbundenen Leitern. Als er einen von ihnen an eine Stromquelle anschloss, zuckte die Nadel des an den zweiten Leiter angeschlossenen Galvanometers. Damit wurde der Einfluss eines Magnetfeldes auf die Bewegung geladener Teilchen in einem Leiter nachgewiesen.
Die zweite Installation ist eine Faraday-Festplatte. Dies ist eine Metallscheibe, an die zwei Gleitleiter angeschlossen sind und die wiederum mit einem Galvanometer verbunden sind. Die Scheibe wird in der Nähe des Magneten gedreht, und während der Drehung am Galvanometer weicht auch der Pfeil ab.
Die Schlussfolgerung dieser Experimente war also eine Formel, die den Durchgang eines Leiters durch die Kraftlinien eines Magnetfelds in Beziehung setzt.
Hier: E ist die Induktions-EMK, N ist die Anzahl der Windungen des Leiters, der im Magnetfeld bewegt wird, dF / dt ist die Änderungsrate des Magnetflusses relativ zum Leiter.
In der Praxis verwenden sie auch die Formel, mit der Sie die EMF durch die Größe der magnetischen Induktion bestimmen können.
e = B * l * v * sinα
Wenn wir uns an die Formel erinnern, die den magnetischen Fluss und die magnetische Induktion betrifft, können wir annehmen, wie die Ableitung der obigen Formel erfolgte.
Ф = B * S * cosα
So wurde die Stromerzeugung geboren. Aber lassen Sie uns darüber sprechen, wie man Wechselstrom näher an die Praxis bringt.
Möglichkeiten, um AC zu bekommen
Angenommen, wir haben einen Rahmen aus leitfähigem Material. Legen Sie es in ein Magnetfeld. Wenn Sie gemäß der obigen Formel beginnen, den Rahmen zu drehen, fließt elektrischer Strom durch ihn. Bei gleichmäßiger Drehung an den Enden dieses Rahmens wird ein sinusförmiger Wechselstrom erhalten.
Dies liegt daran, dass je nach Position entlang der Drehachse unterschiedlich viele Kraftlinien in den Rahmen eindringen. Dementsprechend wird die Größe der EMF nicht gleichmäßig induziert, sondern entsprechend der Position des Rahmens, ebenso wie das Vorzeichen dieser Größe. Was sehen Sie Nag-Diagramm oben. Wenn sich der Rahmen in einem Magnetfeld dreht, hängen sowohl die Frequenz des Wechselstroms als auch die Größe der EMF an den Anschlüssen des Rahmens von der Drehzahl ab. Um einen bestimmten EMF-Wert bei einer festen Frequenz zu erreichen, werden mehr Windungen gemacht. Es stellt sich also kein Rahmen heraus, sondern eine Spule.
Wechselstrom im industriellen Maßstab kann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben erhalten werden. In der Praxis sind Kraftwerke mit Lichtmaschinen weit verbreitet. In diesem Fall werden Synchrongeneratoren verwendet.Da es somit einfacher ist, sowohl die Frequenz als auch die Größe der EMK des Wechselstroms zu steuern, können sie kurzfristigen Stromüberlastungen viele Male standhalten.
Je nach Anzahl der Phasen in Kraftwerken werden Drehstromgeneratoren eingesetzt. Dies ist eine Kompromisslösung, die mit der wirtschaftlichen Machbarkeit und der technischen Anforderung verbunden ist, ein rotierendes Magnetfeld für den Betrieb von Elektromotoren zu erzeugen, die den Löwenanteil aller elektrischen Geräte in der Industrie ausmachen.
Abhängig von der Art der Kraft, die den Rotor antreibt, kann die Anzahl der Pole unterschiedlich sein. Wenn sich der Rotor mit einer Drehzahl von 3000 U / min dreht, benötigen Sie einen Generator mit 2 Polen für 1500 U / min - mit 4 Polen usw., um Wechselstrom mit einer Industriefrequenz von 50 Hz zu erhalten. In den folgenden Abbildungen sehen Sie ein Synchrongeneratorgerät.
Am Rotor befinden sich Spulen oder Feldwicklungen, die von einem Erregergenerator (DC Current Generator - GPT) oder von einem Halbleitererreger über eine Bürstenvorrichtung mit Strom versorgt werden. Die Bürsten befinden sich im Gegensatz zu Kollektormaschinen an den Ringen, wodurch sich das Magnetfeld der Wicklungen nicht in Richtung und Vorzeichen ändert, sondern in der Größe - bei der Regelung des Erregerstroms. Somit werden automatisch optimale Bedingungen ausgewählt, um die Betriebsart der Lichtmaschine zu unterstützen.
So gelang es uns, Wechselstrom im industriellen Maßstab durch eine Methode zu erhalten, die auf den Phänomenen der elektromagnetischen Induktion basiert, nämlich unter Verwendung von Dreiphasengeneratoren. Im Alltag werden sowohl einphasige als auch dreiphasige Generatoren eingesetzt. Letzteres wird für Bauarbeiten empfohlen. Tatsache ist, dass eine große Anzahl von Elektrowerkzeugen und Werkzeugmaschinen in drei Phasen arbeiten kann. Hierbei handelt es sich um Elektromotoren verschiedener Betonmischer, Kreissägen und leistungsstarke Schweißgeräte, die ebenfalls über ein dreiphasiges Netz angetrieben werden. Darüber hinaus sind Synchrongeneratoren für solche Aufgaben geeignet, asynchrone Generatoren sind aufgrund ihres schlechten Betriebs mit Geräten mit großen Einschaltströmen nicht geeignet. Asynchrone Haushaltskraftwerke eignen sich besser für die Notstromversorgung von Privathäusern und Hütten.
Elektronische Wandler
Es ist jedoch nicht immer rational oder bequem, Benzin- oder Dieselhaushaltskraftwerke zu verwenden. Es gibt einen Ausweg - einen einphasigen oder dreiphasigen elektrischen Wechselstrom aus Gleichstrom zu gewinnen. Verwenden Sie dazu Konverter oder, wie sie auch Wechselrichter genannt werden.
Ein Wechselrichter ist ein Gerät, das die Größe und Art des elektrischen Stroms umwandelt. In Geschäften finden Sie Wechselrichter 12-220 oder 24-220 Volt. Dementsprechend wandeln diese Geräte eine konstante Spannung von 12 oder 24 Volt in 220 V AC mit einer Frequenz von 50 Hz um. Das Diagramm des einfachsten derartigen Wandlers basierend auf dem Treiber für den Halbbrückenwandler IR2153 ist unten gezeigt.
Eine solche Schaltung erzeugt am Ausgang eine modifizierte Sinuswelle. Es ist nicht vollständig für die Stromversorgung einer induktiven Last wie Motoren und Bohrer geeignet. Wenn dies jedoch nicht kontinuierlich geschieht, ist es durchaus möglich, einen so einfachen Wechselrichter zu verwenden.
DC / AC-Wandler mit einem reinen Sinuswellenausgang sind viel teurer und ihre Schaltung ist viel komplizierter.
Wichtig! Verlassen Sie sich beim Kauf billiger Board-Module mit aliexpress weder auf einen reinen Sinus noch auf eine 50-Hz-Frequenz. Die meisten dieser Geräte erzeugen Hochfrequenzstrom mit einer Spannung von 220V. Es kann verwendet werden, um verschiedene Heizungen und Glühlampen mit Strom zu versorgen.
Wir haben kurz die Prinzipien der Erzeugung von Wechselstrom zu Hause und im industriellen Maßstab besprochen. Die Physik dieses Prozesses ist seit fast 200 Jahren bekannt, dennoch war Nikola Tesla in der späten XIX - ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts der Hauptpopularisator dieser Methode zur Gewinnung elektrischer Energie.Die meisten modernen Haushalts- und Industrieanlagen konzentrieren sich auf die Verwendung von Nennwechselstrom für die Stromversorgung.
Schließlich empfehlen wir, ein Video anzusehen, das deutlich zeigt, wie die Lichtmaschine funktioniert:
Sicher wissen Sie nicht:
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