- Všeobecné definície
- Zdroje EMF
- Princíp činnosti
- Grafické obrázky
- Trojfázové generátory
- Aký je dôvod pre rôznorodosť elektrických prúdov?
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Hoci používame elektrické zariadenia každý deň v každodennom živote, nie každý môže odpovedať na rozdiel medzi striedavým prúdom a jednosmerným prúdom, napriek tomu, že je to zahrnuté v školských osnovách. Preto má zmysel pripomenúť základné dogmy.
Všeobecné definície
Fyzikálny proces, v ktorom sa nabité častice pohybujú usporiadaným (smerovým) spôsobom, sa nazýva elektrický prúd. Zvyčajne sa delí na premennú a konštantnú. V prvom sa smer a veľkosť nemenia, zatiaľ čo v druhom sa tieto charakteristiky menia podľa určitého vzoru.
Vyššie uvedené definície sú značne zjednodušené, hoci vysvetľujú rozdiel medzi konštantným a striedavým prúdom. Pre lepšie pochopenie toho, čo je tento rozdiel, je potrebné poskytnúť grafické znázornenie každého z nich a tiež vysvetliť, ako sa na zdroji vytvára premenlivá elektromotorická sila. K tomu sa obráťte na elektrotechniku, alebo skôr na jej teoretické základy.
Zdroje EMF
Zdroje elektrického prúdu akéhokoľvek druhu sú dvojakého typu:
- elektrická energia sa s primárnou pomocou vyrába premenou mechanickej, slnečnej, tepelnej, chemickej alebo inej energie na elektrickú energiu;
- generujú elektrinu, ale konvertujú ju napríklad z premennej na konštantnú alebo naopak.
Jediným primárnym zdrojom striedavého prúdu je generátor, zjednodušený diagram takéhoto zariadenia je znázornený na obrázku.
Legenda:
- 1 - smer otáčania;
- 2 - magnet s pólmi S a N;
- 3 - magnetické pole;
- 4-vodičový rám;
- 5 - EMF;
- 6 - kruhové kontakty;
- 7 - kolektory prúdu.
Princíp činnosti
Mechanická energia sa premení na elektrický generátor, ako je znázornené na obrázku takto:
v dôsledku javu elektromagnetickej indukcie, keď sa rám "4" otočí, umiestni do magnetického poľa "3" (vznikajúceho medzi rôznymi pólmi magnetu "2"), sa v ňom vytvorí EMF "5". Napätie je privádzané do siete cez zberače prúdu "7" z prstencových kontaktov "6", ku ktorým je pripojený rám "4".
Video: DC a AC - rozdiely
Čo sa týka veľkosti EMF, záleží na rýchlosti prechodu čiary sily "3" rámu "4". Vzhľadom na charakteristiky elektromagnetického poľa, minimálnu rýchlosť prieniku, a teda aj najnižšiu hodnotu elektromotorickej sily, bude v momente, keď je rám vo vertikálnej polohe, resp. Maximálne - v horizontále.
Berúc do úvahy vyššie uvedené, v procese jednotnej rotácie sa indukuje emf, ktorého vlastnosti sa menia s určitým časom.
Grafické obrázky
Pomocou grafickej metódy môžete získať vizuálnu reprezentáciu dynamických zmien rôznych veličín. Nižšie je graf zmien napätia v čase pre galvanický článok 3336L (4, 5 V).
Ako vidíte, graf je priamka, to znamená, že zdrojové napätie zostáva nezmenené.
Teraz uvádzame graf dynamiky zmeny napätia počas jedného cyklu (plné otočenie rámu) generátora,
Pre prehľadnosť uvádzame počiatočnú polohu rámu v generátore, zodpovedajúcu počiatočnému bodu správy na grafe (0 °)
Legenda:
- 1 - póly magnetu S a N;
- 2 - rám;
- 3 - smer otáčania rámu;
- 4 - magnetické pole.
Teraz sa pozrime, ako sa zmení emf počas jedného cyklu rotácie snímky. Vo východiskovej polohe bude emf nula. V procese rotácie sa táto hodnota bude postupne zvyšovať a dosiahne maximum v momente, keď je rám v uhle 90 °. Ďalšie otáčanie rámu povedie k zníženiu EMF a dosiahne minimum v čase otočenia o 180 °.
Pokračovaním v procese môžete vidieť, ako elektromotorická sila mení smer. Povaha zmien v zmenenom smere EMF bude rovnaká. To znamená, že sa bude postupne zvyšovať a dosahovať vrchol v bode zodpovedajúcom otočeniu o 270 °, potom sa bude znižovať, kým rám nedokončí cyklus úplného otáčania (360 °).
Ak graf pokračuje počas niekoľkých cyklov rotácie, uvidíme sínusovú charakteristiku striedavého prúdu. Jeho perióda bude zodpovedať jednému otočeniu rámca a amplitúda bude zodpovedať maximálnej hodnote EMF (priame a spätné).
Teraz sa obraciame na ďalšiu dôležitú charakteristiku striedavého prúdu, frekvenciu. Na jeho označenie bolo prijaté latinské písmeno "f" a jeho merná jednotka - hertz (Hz). Tento parameter zobrazuje počet úplných cyklov (periód) zmeny EMF v priebehu jednej sekundy.
Frekvencia je určená vzorcom :. Parameter "T" zobrazuje čas jedného celého cyklu (periódy) meraný v sekundách. Z toho vyplýva, že s ohľadom na frekvenciu je ľahké určiť časové obdobie. Napríklad v každodennom živote sa používa elektrický prúd s frekvenciou 50 Hz, preto čas jeho periódy bude dve stotiny sekundy (1/50 = 0, 02).
Trojfázové generátory
Všimnite si, že nákladovo najefektívnejším spôsobom získania premenlivého elektrického prúdu je použitie trojfázového generátora. Na obrázku je znázornená zjednodušená schéma jeho konštrukcie.
Ako môžete vidieť, generátor využíva tri cievky, umiestnené na presahu 120 °, spojené trojuholníkom (v praxi sa toto spojenie vinutí generátora nepoužíva kvôli nízkej účinnosti). Pri prechode jedného z pólov magnetu okolo cievky sa indukuje emf.
Aký je dôvod pre rôznorodosť elektrických prúdov?
Mnohí môžu mať rozumnú otázku - prečo používať také množstvo elektrických prúdov, ak si môžete vybrať jeden a urobiť ho štandardným? Ide o to, že nie každý typ elektrického prúdu je vhodný na riešenie konkrétneho problému.
Ako príklad uvedieme podmienky, za ktorých používanie konštantného napätia bude nielen nerentabilné, ale niekedy aj nemožné:
- úloha prenášať napätie na vzdialenosť je ľahšie realizovaná pre striedavé napätie;
- na premenu konštantného prúdu na rozdielne obvody, ktoré majú neurčitú úroveň spotreby, je takmer nemožné;
- na udržanie požadovanej úrovne napätia v obvodoch s konštantným prúdom je oveľa zložitejšie a drahšie ako striedanie;
- AC motory sú konštrukčne jednoduchšie a lacnejšie ako jednosmerné motory. V tomto bode treba poznamenať, že takéto motory (asynchrónne) majú vysokú úroveň štartovacieho prúdu, čo neumožňuje ich použitie na riešenie určitých problémov.
Teraz uvádzame príklady úloh, kde je výhodnejšie použiť konštantné napätie:
- na zmenu rýchlosti otáčania asynchrónnych motorov je potrebné zmeniť frekvenciu napájacej siete, ktorá vyžaduje sofistikované vybavenie. Pri motoroch poháňaných konštantným prúdom stačí zmeniť napájacie napätie. Práve preto sú inštalované v elektrickej doprave;
- napájanie elektronických obvodov, galvanických zariadení a mnohých ďalších zariadení sa tiež vykonáva konštantným elektrickým prúdom;
- konštantné napätie je pre ľudí oveľa bezpečnejšie ako striedanie.
Na základe vyššie uvedených príkladov je potrebné použiť rôzne typy napätia.