Com obtenir corrent elèctric altern
Inducció electromagnètica i llei de Faraday
Michael Faraday el 1831 va descobrir el patró, més endavant el seu nom, Llei de Faraday. En els seus experiments, va utilitzar 2 instal·lacions. El primer consistia en un nucli metàl·lic amb dos conductors ferits i sense connexió. Quan va connectar un d’ells a una font d’alimentació, l’agulla del galvanòmetre es va connectar al segon conductor. Així, es va demostrar la influència d’un camp magnètic en el moviment de les partícules carregades en un conductor.
La segona instal·lació és un disc de Faraday. Es tracta d’un disc de metall al qual es connecten dos conductors corredisses i, al seu torn, connectats a un galvanòmetre. El disc es gira a prop de l’imant i, durant la rotació sobre el galvanòmetre, la fletxa també es desvia.
Així doncs, la conclusió d’aquests experiments va ser una fórmula que relaciona el pas d’un conductor a través de les línies de força d’un camp magnètic.
Aquí: E és la inducció EMF, N és el nombre de voltes del conductor que es mou en un camp magnètic, dF / dt és la velocitat de canvi del flux magnètic respecte al conductor.
A la pràctica, també utilitzen la fórmula amb la qual es pot determinar l’EMF mitjançant la magnitud de la inducció magnètica.
e = B * l * v * sinα
Si recordem la fórmula relacionada amb el flux magnètic i la inducció magnètica, podem suposar com es va produir la derivació de la fórmula anterior.
Ф = B * S * cosα
Així va néixer la generació de corrent. Però parlem de com s’acosta el corrent altern a la pràctica.
Maneres d’aconseguir AC
Suposem que tenim un marc de material conductor. Poseu-lo en un camp magnètic. Segons la fórmula anterior, si comenceu a girar el bastidor, hi circularà un corrent elèctric. Amb una rotació uniforme als extrems d’aquest marc, s’obtindrà un corrent sinusoïdal alternatiu.
Això es deu al fet que, depenent de la posició al llarg de l’eix de rotació, un nombre diferent de línies de força penetren en el marc. D’acord amb això, la magnitud de l’EMF no s’indueix uniformement, sinó segons la posició del quadre, com també és el signe d’aquesta quantitat. Què veieu gràfic anterior. Quan el fotograma gira en un camp magnètic, tant la freqüència del corrent altern com la magnitud de l’EMF als terminals del marc depenen de la velocitat de rotació. Per aconseguir un determinat valor EMF a una freqüència fixa, es fan més voltes. Per tant, resulta que no és un marc, sinó una bobina.
El corrent altern a escala industrial es pot obtenir de la mateixa manera que es descriu anteriorment. A la pràctica, les centrals elèctriques amb alternadors han tingut un ús generalitzat. En aquest cas s’utilitzen generadors síncrons.Per tant és més fàcil controlar tant la freqüència com la magnitud de l’emf del corrent altern, i poden suportar moltes vegades sobrecàrregues de corrent a curt termini.
Segons el nombre de fases a les centrals elèctriques, s’utilitzen generadors trifàsics. Es tracta d’una solució de compromís associada a la viabilitat econòmica i a l’exigència tècnica de crear un camp magnètic giratori per a l’operació de motors elèctrics, que constitueixen la part de lleó de tots els equips elèctrics de la indústria.
Segons el tipus de força que condueix el rotor, el nombre de pols pot ser diferent. Si el rotor gira a una velocitat de 3000 rpm, per obtenir corrent altern amb una freqüència industrial de 50 Hz, necessiteu un generador amb 2 pols, per a 1500 rpm, amb 4 pals, etc. A les figures a continuació, veieu un dispositiu generador de tipus síncron.
Hi ha bobines o bobinatges de camp al rotor; se li subministra corrent des d’un generador d’excitació (Generador de corrent continu - GPT) o d’un excitador de semiconductors a través d’un aparell de raspall. Els raspalls estan situats als anells, a diferència de les màquines col·lectores, com a conseqüència dels quals el camp magnètic dels enrotllaments no canvia de direcció i de signe, sinó que canvia de magnitud - en regular el corrent d'excitació. Així, es seleccionen automàticament les condicions òptimes per suportar el mode de funcionament de l’alternador.
Així, aconseguim obtenir corrent altern a escala industrial mitjançant un mètode basat en els fenòmens de la inducció electromagnètica, és a dir, mitjançant generadors trifàsics. A la vida quotidiana s’utilitzen generadors monofàsics i trifàsics. Aquest últim es recomana comprar per a obres de construcció. El fet és que un gran nombre d’eines elèctriques i màquines-eina poden funcionar des de tres fases. Es tracta de motors elèctrics de diverses formigoneres, serres circulars i poderoses màquines de soldadura, també alimentades per una xarxa trifàsica. A més, els generadors síncrons són adequats per a aquestes tasques, els asincrònics no són adequats, a causa del seu mal funcionament amb dispositius que tenen grans corrents d’introducció. Les plantes elèctriques domèstiques asíncrones són més adequades per al subministrament elèctric de seguretat de cases particulars i cases rurals.
Convertidors electrònics
No obstant això, no sempre és racional ni convenient utilitzar centrals electrodomèstiques de gasolina o dièsel. Hi ha una sortida: obtenir un corrent elèctric alternat monofàsic o trifàsic a partir de corrent directe. Per fer-ho, utilitzeu convertidors o, com també s’anomenen inversors.
Un inversor és un dispositiu que converteix la magnitud i el tipus de corrent elèctric. A les botigues podeu trobar inversors de 12-220 o 24-220 volts. En conseqüència, aquests dispositius converteixen la tensió constant de 12 o 24 volts en 220 V CA amb una freqüència de 50 Hz. A continuació es mostra un esquema del convertidor més senzill basat en el controlador del convertidor de pont mitjà IR2153.
Aquest circuit produeix una ona sinusoïdal modificada a la sortida. No és del tot adequat per alimentar una càrrega inductiva, com ara motors i broques. Però, si no és de forma continuada, és molt possible utilitzar un inversor tan senzill.
Els convertidors de corrent alterna a corrent alterna amb una sortida d'ona sinusoïdal pura són molt més cars i el seu circuit és molt més complicat.
Important! Quan compreu mòduls de placa barats amb aliexpress, no compteu amb un seno pur ni amb una freqüència de 50 Hz. La majoria d’aquests dispositius produeixen corrent d’alta freqüència amb una tensió de 220V. Es pot utilitzar per alimentar diversos escalfadors i làmpades incandescents.
Hem revisat breument els principis de produir corrent altern a casa i a escala industrial. La física d’aquest procés es coneix des de fa gairebé 200 anys, tanmateix, Nikola Tesla va ser el principal divulgador d’aquest mètode de generació d’energia elèctrica a finals del segle XIX i la primera meitat del segle XX.La majoria d'equips domèstics i industrials moderns estan enfocats a l'ús de CA nominal per a subministrament d'energia.
Per acabar, recomanem veure un vídeo que mostra clarament com funciona l’alternador:
Segur que no ho sabeu:
Carregant ...
