Hur man får växelström
Elektromagnetisk induktion och Faraday-lagen
Michael Faraday 1831 upptäckte ett mönster, senare uppkallat efter honom - Faradays lag. I sina experiment använde han två installationer. Den första bestod av en metallkärna med två sårade och okopplade ledare. När han anslöt en av dem till en kraftkälla, ryckte galvanometerns nål ansluten till den andra ledaren. Således bevisades påverkan av ett magnetfält på rörelsen hos laddade partiklar i en ledare.
Den andra installationen är en Faraday-disk. Detta är en metallskiva som två glidledare är anslutna till och i sin tur anslutna till en galvanometer. Skivan roteras nära magneten, och när den roterar på en galvanometer avviker pilen också.
Slutsatsen på dessa experiment var sålunda en formel som hänför sig till en ledares passage genom magnetfältets kraftlinjer.
Här: E är induktions EMF, N är antalet varv hos ledaren, som förflyttas i ett magnetfält, dF / dt är förändringshastigheten för magnetflödet relativt ledaren.
I praktiken använder de också formeln som du kan bestämma EMF genom magneten induktionens storlek.
e = B * l * v * sinα
Om vi minns formeln för magnetiskt flöde och magnetisk induktion, kan vi anta hur härledningen av formeln ovan inträffade.
Ф = B * S * cosα
Så genereringen av strömmen föddes. Men låt oss prata om hur man kommer växelström närmare praktiken.
Sätt att få AC
Anta att vi har en ram av ledande material. Placera det i ett magnetfält. Enligt formeln ovan, om du börjar rotera ramen, kommer en elektrisk ström att strömma genom den. Med jämn rotation vid ändarna av denna ram kommer en växelriktad sinusformad ström att erhållas.
Detta beror på det faktum att beroende på läget längs rotationsaxeln tränger ett annat antal kraftlinjer in i ramen. Följaktligen induceras EMF: s storlek inte enhetligt, utan i enlighet med ramens läge, vilket också är tecknet på denna mängd. Vad ser du nagla diagrammet ovan. När ramen roterar i ett magnetfält beror både växelströmens frekvens och EMF: s styrka vid ramens terminaler av rotationshastigheten. För att uppnå ett visst EMF-värde vid en fast frekvens görs fler varv. Således är det inte en ram utan en spole.
Industriell AC kan produceras på samma sätt som beskrivits ovan. I praktiken har kraftverk med växelströmsgeneratorer haft utbredd användning. I detta fall används synkrona generatorer.Eftersom det således är lättare att styra både frekvensen och storleken på växelströmens emf, och de tål korta strömöverbelastningar många gånger.
Beroende på antalet faser i kraftverk används trefasgeneratorer. Detta är en kompromisslösning förknippad med ekonomisk genomförbarhet och det tekniska kravet att skapa ett roterande magnetfält för drift av elmotorer, som utgör den största delen av all elektrisk utrustning i industrin.
Beroende på vilken typ av kraft som driver rotorn kan antalet poler vara olika. Om rotorn roterar med en hastighet av 3000 varv / minut, för att få växelström med en industriell frekvens på 50 Hz, behöver du en generator med 2 poler, för 1500 varv / minut - med 4 poler och så vidare. I figurerna nedan ser du en enhet av synkron typ.
Det finns spolar eller fältlindningar på rotorn, ström tillförs den från en exciteringsgenerator (DC Current Generator - GPT) eller från en halvledargenerator genom en borstapparat. Borstarna är placerade på ringarna, till skillnad från kollektormaskiner, vilket resulterar i att lindningens magnetfält inte förändras i riktning och tecken, utan förändras i storlek - vid reglering av spänningsströmmen. Således väljs optimala förhållanden automatiskt för att stödja driftsläget för generatorn.
Så vi lyckades få växelström i industriell skala med en metod baserad på fenomenen elektromagnetisk induktion, nämligen med hjälp av trefasgeneratorer. I vardagen används både enfas- och trefasgeneratorer. Det senare rekommenderas att köpas för byggarbete. Faktum är att ett stort antal elektriska verktyg och maskinverktyg kan fungera från tre faser. Dessa är elmotorer från olika betongblandare, cirkelsågar och kraftfulla svetsmaskiner drivs också av ett trefas nät. Dessutom är synkrongeneratorer lämpliga för sådana uppgifter, asynkrona generatorer är inte lämpliga - på grund av deras dåliga funktion med enheter som har stora inrush-strömmar. Asynkrona hushållskraftverk är mer lämpade för reservkraftförsörjning av privata hus och stugor.
Elektroniska omvandlare
Det är dock inte alltid rationellt eller bekvämt att använda bensin- eller dieselkraftverk för hushåll. Det finns en väg ut - att få en enfas eller trefas växelström från likström. För att göra detta, använd omvandlare eller, som de också kallas inverterare.
En växelriktare är en enhet som konverterar storleken och typen av elektrisk ström. I butikerna kan du hitta växelriktare 12-220 eller 24-220 volt. Följaktligen förvandlar dessa enheter konstant 12 eller 24 volt till 220 V AC med en frekvens av 50Hz. Diagrammet över den enklaste sådana omvandlaren baserad på drivrutinen för IR2153 halvbryggkonverterare visas nedan.
En sådan krets producerar en modifierad sinusvåg vid utgången. Den är inte helt lämplig för att driva en induktiv belastning, såsom motorer och borrar. Men om inte fortlöpande, är det fullt möjligt att använda en så enkel inverterare.
DC till AC-omvandlare med en ren sinusvågutgång är mycket dyrare, och deras kretsar är mycket mer komplicerade.
Viktig! När du köper billiga kortmoduler med aliexpress, räkna inte med varken en ren sinus eller en 50Hz frekvens. De flesta av dessa enheter producerar högfrekvensström med en spänning på 220V. Det kan användas för att driva olika värmare och glödlampor.
Vi granskade kort principerna för att producera växelström hemma och i industriell skala. Fysiken i denna process har varit känd i nästan 200 år, men Nikola Tesla var dock den främsta populariseraren av denna metod för att generera elektrisk energi i slutet av 1800-talet och första hälften av 1900-talet.De flesta moderna hushålls- och industriutrustningar fokuserar på användning av nominell växelström för strömförsörjning.
Slutligen rekommenderar vi att du tittar på en video som tydligt visar hur alternatorn fungerar:
Visst vet du inte:
Läser in...
