Hoe wisselstroom te krijgen
Elektromagnetische inductie en de Faraday-wet
Michael Faraday ontdekte in 1831 een patroon, later naar hem genoemd - De wet van Faraday. In zijn experimenten gebruikte hij 2 installaties. De eerste bestond uit een metalen kern met twee gewikkelde en niet-verbonden geleiders. Toen hij een van hen op een stroombron verbond, trilde de naald van de galvanometer die op de tweede geleider was aangesloten. Zo werd de invloed van een magnetisch veld op de beweging van geladen deeltjes in een geleider bewezen.
De tweede installatie is een Faraday-schijf. Dit is een metalen schijf waarop twee schuifgeleiders zijn aangesloten en die op hun beurt zijn verbonden met een galvanometer. De schijf wordt dichtbij de magneet gedraaid en bij rotatie op een galvanometer wijkt de pijl ook af.
De conclusie van deze experimenten was dus een formule die de doorgang van een geleider door de krachtlijnen van een magnetisch veld relateert.
Hier: E is de inductie-EMF, N is het aantal windingen van de geleider, die wordt verplaatst in een magnetisch veld, dF / dt is de veranderingssnelheid van de magnetische flux ten opzichte van de geleider.
In de praktijk gebruiken ze ook de formule waarmee je de EMV kunt bepalen door de grootte van de magnetische inductie.
e = B * l * v * sinα
Als we ons de formule herinneren die betrekking heeft op magnetische flux en magnetische inductie, kunnen we aannemen hoe de afleiding van de bovenstaande formule is ontstaan.
Ф = B * S * cosα
Dus de generatie van stroom was geboren. Maar laten we het hebben over hoe we de wisselstroom dichter bij de praktijk kunnen brengen.
Manieren om AC te krijgen
Stel dat we een frame van geleidend materiaal hebben. Plaats het in een magnetisch veld. Volgens de bovenstaande formule, als u het frame begint te draaien, stroomt er een elektrische stroom doorheen. Bij gelijkmatige rotatie aan de uiteinden van dit frame wordt een wisselende sinusvormige stroom verkregen.
Dit komt doordat, afhankelijk van de positie langs de rotatieas, een ander aantal krachtlijnen het frame doordringen. Dienovereenkomstig wordt de grootte van de EMF niet uniform geïnduceerd, maar volgens de positie van het frame, zoals het teken van deze grootheid is. Wat zie je zeurende grafiek hierboven. Wanneer het frame in een magnetisch veld roteert, zijn zowel de frequentie van de wisselstroom als de grootte van de EMF aan de terminals van het frame afhankelijk van de rotatiesnelheid. Om een bepaalde EMF-waarde op een vaste frequentie te bereiken, worden meer beurten gemaakt. Het blijkt dus geen frame te zijn, maar een spoel.
Wisselstroom op industriële schaal kan op dezelfde manier worden verkregen als hierboven beschreven. In de praktijk zijn energiecentrales met alternatoren wijdverbreid toegepast. In dit geval worden synchrone generatoren gebruikt.Omdat het dus gemakkelijker is om zowel de frequentie als de grootte van de emf van de wisselstroom te regelen, en ze vele malen stroomoverbelasting kunnen weerstaan.
Afhankelijk van het aantal fasen in energiecentrales worden driefasige generatoren gebruikt. Dit is een compromisoplossing die verband houdt met economische haalbaarheid en de technische vereiste om een roterend magnetisch veld te creëren voor de werking van elektromotoren, die het leeuwendeel uitmaken van alle elektrische apparatuur in de industrie.
Afhankelijk van het soort kracht dat de rotor aandrijft, kan het aantal polen verschillen. Als de rotor draait met een snelheid van 3000 tpm, dan heeft u voor het verkrijgen van wisselstroom met een industriële frequentie van 50 Hz een generator nodig met 2 polen, voor 1500 tpm - met 4 polen enzovoort. In de onderstaande afbeeldingen ziet u een synchrone generatorapparaat.
Er zijn spoelen of veldwikkelingen op de rotor; stroom wordt eraan geleverd door een bekrachtigingsgenerator (DC Current Generator - GPT) of door een halfgeleiderbekrachtiger via een borstelapparaat. De borstels bevinden zich op de ringen, in tegenstelling tot collectormachines, waardoor het magnetische veld van de wikkelingen niet verandert in richting en teken, maar verandert in grootte - bij het regelen van de bekrachtigingsstroom. Zo worden automatisch optimale omstandigheden geselecteerd om de bedrijfsmodus van de dynamo te ondersteunen.
We zijn er dus in geslaagd om op industriële schaal wisselstroom te verkrijgen door middel van een methode die is gebaseerd op de verschijnselen van elektromagnetische inductie, namelijk met behulp van driefasige generatoren. In het dagelijks leven worden zowel enkelfasige als driefasige generatoren gebruikt. De laatste wordt aanbevolen om te worden gekocht voor bouwwerkzaamheden. Feit is dat een groot aantal elektrische gereedschappen en werktuigmachines vanuit drie fasen kan werken. Dit zijn elektromotoren van verschillende betonmixers, cirkelzagen en ook krachtige lasmachines worden aangedreven door een driefasig netwerk. Bovendien zijn synchrone generatoren geschikt voor dergelijke taken, asynchrone generatoren zijn niet geschikt - vanwege hun slechte werking met apparaten met grote inschakelstromen. Asynchrone elektriciteitscentrales voor huishoudelijk gebruik zijn geschikter voor noodstroomvoorziening van particuliere huizen en huisjes.
Elektronische converters
Het is echter niet altijd rationeel of gemakkelijk om huishoudelijke elektriciteitscentrales op benzine of diesel te gebruiken. Er is een uitweg - om eenfasige of driefasige wisselstroom uit gelijkstroom te halen. Gebruik hiervoor converters of, zoals ze ook inverters worden genoemd.
Een omvormer is een apparaat dat de omvang en het type elektrische stroom omzet. In winkels vind je omvormers 12-220 of 24-220 volt. Dienovereenkomstig zetten deze apparaten constante 12 of 24 Volt om in 220V AC met een frequentie van 50Hz. Een diagram van de eenvoudigste dergelijke converter op basis van de driver voor de IR2153 halve-brugconverter wordt hieronder weergegeven.
Een dergelijk circuit produceert aan de uitgang een gemodificeerde sinusgolf. Het is niet helemaal geschikt voor het aandrijven van een inductieve belasting, zoals motoren en boren. Maar als het niet doorlopend is, dan is het heel goed mogelijk om zo'n eenvoudige omvormer te gebruiken.
DC-naar-AC-converters met een pure sinusgolfuitgang zijn veel duurder en hun schakelingen zijn veel gecompliceerder.
Belangrijk! Reken bij het kopen van goedkope board modules met AliExpress niet op een pure sinus of een 50Hz frequentie. De meeste van deze apparaten zenden hoogfrequente stroom uit met een spanning van 220V. Het kan worden gebruikt om verschillende kachels en gloeilampen van stroom te voorzien.
We hebben kort de principes besproken van het produceren van wisselstroom thuis en op industriële schaal. De fysica van dit proces is al bijna 200 jaar bekend, maar Nikola Tesla was aan het einde van de 19e en de eerste helft van de 20e eeuw de belangrijkste popularisator van deze methode voor het opwekken van elektrische energie.De meeste moderne huishoudelijke en industriële apparatuur is gericht op het gebruik van nominale wisselstroom voor voeding.
Ten slotte raden we aan om een video te bekijken die duidelijk laat zien hoe de dynamo werkt:
Je weet toch niet:
Bezig met laden ...
