Kā iegūt maiņstrāvas strāvu
Elektromagnētiskā indukcija un Faraday likums
Maikls Faraday 1831. gadā atklāja modeli, kurš vēlāk tika nosaukts viņa vārdā - Faraday likums. Savos eksperimentos viņš izmantoja 2 instalācijas. Pirmais sastāvēja no metāla serdes ar diviem brūcēm un nesavienotiem vadītājiem. Kad viņš vienu no tiem savienoja ar enerģijas avotu, galvanometra adata, kas savienota ar otro vadītāju, saraustījās. Tādējādi tika pierādīta magnētiskā lauka ietekme uz uzlādētu daļiņu kustību vadītājā.
Otrā instalācija ir Faraday disks. Tas ir metāla disks, pie kura ir savienoti divi bīdāmie vadītāji, un tie, savukārt, ir savienoti ar galvanometru. Disks tiek pagriezts pie magnēta, un rotācijas laikā uz galvanometru bultiņa arī novirzās.
Tātad, šo eksperimentu secinājums bija formula, kas saista diriģenta pāreju pa magnētiskā lauka spēka līnijām.
Šeit: E ir indukcija EMF, N ir diriģenta pagriezienu skaits, kas tiek pārvietots magnētiskajā laukā, dF / dt ir magnētiskās plūsmas maiņas ātrums attiecībā pret vadītāju.
Praksē viņi izmanto arī formulu, ar kuras palīdzību jūs varat noteikt EML caur magnētiskās indukcijas lielumu.
e = B * l * v * sinα
Ja mēs atceramies formulu, kas attiecas uz magnētisko plūsmu un magnētisko indukciju, mēs varam pieņemt, kā notika iepriekšminētās formulas atvasināšana.
Ф = B * S * cosα
Tā piedzima strāvas paaudze. Bet parunāsim par to, kā iegūt maiņstrāvu tuvāk praksei.
Veidi, kā iegūt maiņstrāvu
Pieņemsim, ka mums ir vadoša materiāla rāmis. Ievietojiet to magnētiskajā laukā. Saskaņā ar iepriekšminēto formulu, ja jūs sākat pagriezt rāmi, caur to plūdīs elektriskā strāva. Ar vienmērīgu rotāciju šī rāmja galos tiks iegūta mainīga sinusoidālā strāva.
Tas ir saistīts ar faktu, ka atkarībā no stāvokļa gar rotācijas asi rāmī iekļūst atšķirīgs spēka līniju skaits. Attiecīgi EML lielums netiek inducēts vienmērīgi, bet gan saskaņā ar kadra novietojumu, kā arī šī lieluma pazīme. Ko jūs redzat diagramma iepriekš? Kad rāmis rotē magnētiskajā laukā, gan maiņstrāvas frekvence, gan EML lielums rāmja spailēs ir atkarīgs no rotācijas ātruma. Lai sasniegtu noteiktu EML vērtību ar fiksētu frekvenci, tiek veikti vēl pagriezieni. Tādējādi izrādās nevis rāmis, bet spole.
Rūpnieciska mēroga maiņstrāvu var iegūt tādā pašā veidā, kā aprakstīts iepriekš. Praksē elektrostacijas ar ģeneratoriem ir plaši izmantotas. Šajā gadījumā tiek izmantoti sinhronie ģeneratori.Tā kā tādējādi ir vieglāk kontrolēt gan maiņstrāvas emf frekvenci, gan lielumu, un tās daudzkārt var izturēt īstermiņa strāvas pārslodzi.
Atbilstoši fāžu skaitam spēkstacijās tiek izmantoti trīsfāžu ģeneratori. Tas ir kompromisa risinājums, kas saistīts ar ekonomisko iespējamību un tehniskajām prasībām izveidot rotējošu magnētisko lauku elektromotoru darbībai, kas veido lielāko daļu no visām rūpniecībā izmantojamām elektroiekārtām.
Polu skaits var būt atšķirīgs atkarībā no spēka, kas virza rotoru. Ja rotors griežas ar ātrumu 3000 apgr./min, tad, lai iegūtu maiņstrāvu ar rūpniecisko frekvenci 50 Hz, jums ir nepieciešams ģenerators ar 2 poliem, 1500 apgriezieniem minūtē - ar 4 poliem utt. Zemāk redzamajos attēlos redzat sinhronā tipa ģeneratora ierīci.
Uz rotora ir spirāles vai lauka tinumi; strāvu tam piegādā no ierosinātāja ģeneratora (līdzstrāvas strāvas ģenerators - GPT) vai no pusvadītāju ierosinātāja caur suku aparātu. Sukas, atšķirībā no kolektormašīnām, atrodas uz gredzeniem, kā rezultātā tinumu magnētiskais lauks nemainās virzienā un apzīmējumā, bet mainās lielumā - regulējot ierosinātāja strāvu. Tādējādi automātiski tiek izvēlēti optimālie apstākļi, lai atbalstītu ģeneratora darbības režīmu.
Tātad mums izdevās iegūt maiņstrāvu rūpnieciskā mērogā ar metodi, kuras pamatā ir elektromagnētiskās indukcijas parādības, proti, izmantojot trīsfāzu ģeneratorus. Ikdienā tiek izmantoti gan vienfāzes, gan trīsfāžu ģeneratori. Pēdējo ieteicams iegādāties celtniecības darbiem. Fakts ir tāds, ka liels skaits elektrisko instrumentu un darbgaldu var darboties no trim fāzēm. Tie ir dažādu betona maisītāju, ripzāģu elektromotori, un arī jaudīgas metināšanas iekārtas darbina trīsfāžu tīkls. Turklāt sinhronie ģeneratori ir piemēroti šādiem uzdevumiem, asinhronie ģeneratori nav piemēroti - to sliktas darbības dēļ ar ierīcēm, kurām ir lielas ieejas straumes. Asinhronās sadzīves elektrostacijas ir vairāk piemērotas privātmāju un kotedžu rezerves enerģijas padevei.
Elektroniskie pārveidotāji
Tomēr ne vienmēr ir racionāli vai ērti izmantot benzīna vai dīzeļdegvielas mājsaimniecības elektrostacijas. Ir izeja - no līdzstrāvas iegūt vienfāzes vai trīsfāžu maiņstrāvas. Lai to izdarītu, izmantojiet pārveidotājus vai, kā tos sauc arī par invertoriem.
Invertors ir ierīce, kas pārveido elektriskās strāvas lielumu un veidu. Veikalos var atrast invertorus 12–220 vai 24–220 voltus. Attiecīgi šīs ierīces pārvērš konstantu 12 vai 24 voltus 220 V maiņstrāvā ar frekvenci 50Hz. Zemāk parādīta vienkāršākā šāda pārveidotāja shēma, kas balstīta uz IR2153 pus tilta pārveidotāja draiveri.
Šāda shēma izejā rada modificētu sinusoidālo vilni. Tas nav pilnībā piemērots induktīvās slodzes, piemēram, motoru un urbjmašīnu, darbināšanai. Bet, ja ne pastāvīgi, tad ir pilnīgi iespējams izmantot tik vienkāršu invertoru.
Līdzstrāvas un maiņstrāvas pārveidotāji ar tīru sinusoidālo viļņu izeju ir daudz dārgāki, un to shēmas ir daudz sarežģītākas.
Svarīgi! Pērkot lētus paneļu moduļus ar aliexpress, nerēķinieties ne ar tīru sinusu, ne ar 50Hz frekvenci. Lielākā daļa šo ierīču rada augstas frekvences strāvu ar spriegumu 220V. To var izmantot dažādu sildītāju un kvēlspuldžu darbināšanai.
Mēs īsumā pārskatījām maiņstrāvas ražošanas principus mājās un rūpnieciskā mērogā. Šī procesa fizika ir bijusi pazīstama gandrīz 200 gadus, tomēr Nikola Tesla bija šīs elektroenerģijas ģenerēšanas metodes galvenais popularizētājs 20. gadsimta 19. gadsimta beigās un pirmajā pusē.Lielākā daļa mūsdienu sadzīves un rūpniecības iekārtu ir vērstas uz nominālo maiņstrāvas izmantošanu barošanas avotos.
Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties video, kurā skaidri redzams, kā darbojas ģenerators:
Protams, jūs nezināt:
Notiek ielāde ...
