Hogyan lehet váltakozó áramot kapni?
Elektromágneses indukció és a Faraday-törvény
Michael Faraday 1831-ben felfedezte a mintát, amelyet később neveztek el neki - Faraday törvénye. Kísérleteiben 2 installációt használt. Az első egy fém magból áll, két feltekercselt és nem csatlakoztatott vezetékkel. Amikor az egyiket áramforráshoz csatlakoztatta, a galvanométer tűje a második vezetékhez csatlakoztatva megrándult. Így bebizonyítottuk, hogy a mágneses mező befolyásolja a töltött részecskéknek a vezetőben történő mozgását.
A második telepítés egy Faraday lemez. Ez egy fémtárcsa, amelyhez két csúszóvezető van csatlakoztatva, és viszont a galvanométerhez vannak csatlakoztatva. A tárcsát a mágnes közelében forgatják, és a galvanométer forgatása közben a nyíl szintén eltér.
Tehát ezeknek a kísérleteknek a következtetése egy olyan képlet volt, amely összekapcsolja egy vezető áthaladását a mágneses erő erővonalain.
Itt: E az EMF indukció, N a vezetőnek a mágneses mezőben mozgatott fordulatainak száma, dF / dt a mágneses fluxus változásának sebessége a vezetőhöz viszonyítva.
A gyakorlatban azt a képletet is használják, amellyel meghatározhatja az EML-t a mágneses indukció nagysága alapján.
e = B * l * v * sinα
Emlékeztetve a mágneses fluxusra és a mágneses indukcióra vonatkozó képletet, akkor feltételezhetjük, hogy a fenti képlet hogyan derült ki.
Ф = B * S * cosα
Így született az áram generációja. De beszéljünk arról, hogyan lehet a váltakozó áramot közelebb hozni a gyakorlathoz.
AC kapási lehetőségek
Tegyük fel, hogy van egy vezetőképes anyagú keret. Helyezze egy mágneses mezőbe. A fenti képlet szerint, ha elkezdi forgatni a keretet, akkor egy elektromos áram áramlik rajta. A keret végén egyenletes forgatással váltakozó szinuszos áramot kapunk.
Ennek oka az a tény, hogy a forgástengely mentén levő pozíciótól függően különböző számú erővonal hatol be a keretbe. Ennek megfelelően az EMF nagyságát nem egyenletesen indukálják, hanem a keret helyzetétől függően, ahogy ez a mennyiség jele is. Mit látsz a fenti diagramban? Amikor a keret mágneses mezőben forog, a váltakozó áram frekvenciája és az EMF nagysága a keret kapcsán egyaránt függ a forgási sebességtől. Egy meghatározott EMF-érték rögzített frekvencián történő eléréséhez további fordulatokat kell tenni. Így kiderül, hogy nem egy keret, hanem egy tekercs.
Ipari méretű váltakozó áram érhető el a fentiekkel azonos módon. A gyakorlatban a generátorokkal működő erőművek széles körben használtak. Ebben az esetben szinkron generátorokat használunk.Mivel így könnyebb ellenőrizni a váltakozó áram emf frekvenciáját és nagyságát, és sokszor ellenállnak a rövid távú áramterheléseknek.
Az erőművek fázisainak száma szerint háromfázisú generátorokat használnak. Ez egy kompromisszumos megoldás, amely a gazdasági megvalósíthatósághoz és a forgó mágneses mező létrehozásához szükséges műszaki követelményhez kapcsolódik az elektromos motorok működtetéséhez, amelyek az ipari villamos berendezések oroszlánrészét teszik ki.
A rotorot meghajtó erő típusától függően a pólusok száma eltérő lehet. Ha a forgórész 3000 fordulat / perc sebességgel forog, akkor 50 Hz ipari frekvenciájú váltakozó áram eléréséhez 2 pólusú generátorra van szüksége, 1500 fordulat / perc sebességgel - 4 pólusú stb. Az alábbi ábrákon szinkron típusú generátor készüléket látsz.
Tekercsek vagy tekercsek vannak a forgórészen, áramot gerjesztik egy gerjesztő generátorból (DC áramgenerátor - GPT) vagy egy félvezető gerjesztőből egy kefeberendezésen keresztül. A kefék a gyűrűkön helyezkednek el, ellentétben a gyűjtőgépekkel, amelynek eredményeként a tekercsek mágneses tere nem változik az irányban és a jelben, hanem a magnitúdóban - az gerjesztő áram szabályozásakor - változik. Így az optimális körülményeket automatikusan kiválasztják a generátor üzemmódjának támogatására.
Tehát sikerült ipari méretekben váltakozó áramot kapnunk egy módszerrel, amely az elektromágneses indukció jelenségein alapul, nevezetesen háromfázisú generátorok felhasználásával. A mindennapi életben mind az egyfázisú, mind a háromfázisú generátorokat használják. Ez utóbbi ajánlott építési munkákhoz. A helyzet az, hogy számos elektromos szerszám és szerszámgép három fázisból működhet. Ezek különféle betonkeverők, körfűrészek és nagy teljesítményű hegesztőgépek elektromos motorjai is, háromfázisú hálózaton keresztül. Ezen túlmenően a szinkron generátorok alkalmasak az ilyen feladatok elvégzésére, az aszinkron generátorok pedig nem alkalmasak - mert a nagy behatási árammal rendelkező készülékekkel való rossz működésük miatt. Az aszinkron háztartási erőművek jobban megfelelnek a házak és házak tartalék tápellátásához.
Elektronikus átalakítók
A benzin vagy dízel háztartási erőművek használata azonban nem mindig ésszerű és kényelmes. Van egy kiút - egyfázisú vagy háromfázisú váltakozó áramú áramot kaphat egyenáramból. Ehhez használjon átalakítókat, vagy - mivel ezeket invertereknek is nevezik.
Az inverter olyan eszköz, amely átalakítja az elektromos áram nagyságát és típusát. Az üzletekben 12-220 vagy 24-220 voltos frekvenciaváltók találhatók. Ennek megfelelően ezek az eszközök állandó 12 vagy 24 V feszültséget váltakoznak 220 V váltóáramúvá, 50 Hz frekvenciával. Az IR2153 fél-híd átalakító meghajtóján alapuló legegyszerűbb ilyen átalakító diagramját az alábbiakban mutatjuk be.
Egy ilyen áramkör módosított szinuszhullámot generál a kimeneten. Nem teljesen alkalmas induktív terhelés - például motorok és fúrók - táplálására. De ha nem folyamatosan, akkor ilyen egyszerű invertert használhatunk.
A tiszta szinuszhullámú kimeneti egyenáramú váltóáramú átalakítók sokkal drágábbak, és áramkörük sokkal bonyolultabb.
Fontos! Az aliexpress-sel ellátott olcsó táblamodulok vásárlásakor ne számítson sem tiszta szinuszra, sem 50 Hz frekvenciára. Ezen eszközök többsége nagyfrekvenciás áramot termel, 220 V feszültséggel. Használható különféle melegítők és izzólámpák táplálására.
Röviden áttekintettük a váltakozó áram előállításának alapelveit otthon és ipari méretekben. Ennek a folyamatnak a fizikája közel 200 éve ismert, mindazonáltal Nikola Tesla volt az elektromos energia előállításának ezen módszerének népszerűsítője a XIX. Késő végén - a XX. Század első felében.A legtöbb modern háztartási és ipari berendezés a névleges váltakozó áram felhasználására összpontosít.
Végül azt javasoljuk, hogy nézzen meg egy videót, amely világosan mutatja a generátor működését:
Bizonyára nem tudod:
Betöltés ...
