Como obter corrente elétrica alternada
Indução eletromagnética e a lei de Faraday
Michael Faraday em 1831 descobriu o padrão, mais tarde nomeado em homenagem a ele - Lei de Faraday. Em seus experimentos, ele usou 2 instalações. O primeiro consistia em um núcleo de metal com dois condutores enrolados e não conectados. Quando ele conectou um deles a uma fonte de energia, a agulha do galvanômetro conectada ao segundo condutor se contraiu. Assim, foi comprovada a influência de um campo magnético no movimento de partículas carregadas em um condutor.
A segunda instalação é um disco Faraday. Este é um disco de metal ao qual dois condutores deslizantes estão conectados e, por sua vez, estão conectados a um galvanômetro. O disco é girado próximo ao ímã e, durante a rotação no galvanômetro, a seta também se desvia.
Portanto, a conclusão desses experimentos foi uma fórmula que relaciona a passagem de um condutor através das linhas de força de um campo magnético.
Aqui: E é a EMF de indução, N é o número de voltas do condutor, que é movido em um campo magnético, dF / dt é a taxa de variação do fluxo magnético em relação ao condutor.
Na prática, eles também usam a fórmula com a qual você pode determinar a EMF através da magnitude da indução magnética.
e = B * l * v * sinα
Se recordarmos a fórmula que relaciona fluxo magnético e indução magnética, podemos assumir como ocorreu a derivação da fórmula acima.
Ф = B * S * cosα
Assim nasceu a geração de corrente. Mas vamos falar sobre como aproximar a corrente alternada da prática.
Maneiras de obter AC
Suponha que tenhamos uma estrutura de material condutor. Coloque-o em um campo magnético. De acordo com a fórmula acima, se você começar a girar o quadro, uma corrente elétrica fluirá através dele. Com rotação uniforme nas extremidades desse quadro, uma corrente sinusoidal alternada será obtida.
Isso se deve ao fato de que, dependendo da posição ao longo do eixo de rotação, um número diferente de linhas de força penetra no quadro. Consequentemente, a magnitude do CEM não é induzida uniformemente, mas de acordo com a posição do quadro, como é o sinal dessa quantidade. O que você vê no gráfico acima. Quando o quadro gira em um campo magnético, a frequência da corrente alternada e a magnitude do CEM nos terminais do quadro dependem da velocidade de rotação. Para atingir um certo valor EMF a uma frequência fixa, são feitas mais voltas. Assim, verifica-se não um quadro, mas uma bobina.
A corrente alternada em escala industrial pode ser obtida da mesma maneira descrita acima. Na prática, usinas com alternadores têm encontrado amplo uso. Nesse caso, geradores síncronos são usados.Sendo assim, é mais fácil controlar a freqüência e a magnitude do CEM da corrente alternada e eles podem suportar sobrecargas de corrente de curto prazo muitas vezes.
De acordo com o número de fases nas usinas, são utilizados geradores trifásicos. Esta é uma solução de compromisso associada à viabilidade econômica e ao requisito técnico de criar um campo magnético rotativo para a operação de motores elétricos, que compõem a maior parte de todos os equipamentos elétricos da indústria.
Dependendo do tipo de força que aciona o rotor, o número de pólos pode ser diferente. Se o rotor gira a uma velocidade de 3000 rpm, para obter uma corrente alternada com uma frequência industrial de 50 Hz, você precisa de um gerador com 2 polos, para 1500 rpm - com 4 polos e assim por diante. Nas figuras abaixo, você vê um dispositivo gerador de tipo síncrono.
Existem bobinas ou enrolamentos de campo no rotor; a corrente é fornecida a partir de um gerador de excitador (DC Current Generator - GPT) ou de um excitador de semicondutor através de um aparelho de escova. As escovas estão localizadas nos anéis, diferentemente das máquinas coletoras, como resultado do qual o campo magnético dos enrolamentos não muda de direção e sinal, mas muda de magnitude - ao regular a corrente do excitador. Assim, as condições ideais são selecionadas automaticamente para suportar o modo de operação do alternador.
Assim, conseguimos obter corrente alternada em escala industrial por um método baseado nos fenômenos de indução eletromagnética, ou seja, usando geradores trifásicos. Na vida cotidiana, são usados geradores monofásicos e trifásicos. Recomenda-se a compra deste último para obras. O fato é que um grande número de ferramentas elétricas e máquinas-ferramentas podem trabalhar em três fases. Estes são motores elétricos de vários misturadores de concreto, serras circulares e poderosas máquinas de solda também são alimentados por uma rede trifásica. Além disso, os geradores síncronos são adequados para essas tarefas, os assíncronos não são adequados - devido ao mau funcionamento com dispositivos que possuem grandes correntes de irrupção. As usinas de energia domésticas assíncronas são mais adequadas para o fornecimento de energia de backup de casas e chalés particulares.
Conversores eletrônicos
No entanto, nem sempre é racional ou conveniente usar usinas elétricas domésticas a gasolina ou diesel. Existe uma saída - obter uma corrente elétrica alternada monofásica ou trifásica da corrente contínua. Para fazer isso, use conversores ou, como também são chamados de inversores.
Um inversor é um dispositivo que converte a magnitude e o tipo de corrente elétrica. Nas lojas, você pode encontrar inversores de 12-220 ou 24-220 volts. Consequentemente, esses dispositivos transformam constantes 12 ou 24 Volts em 220V CA com uma frequência de 50Hz. O diagrama do conversor mais simples, baseado no driver do conversor de meia ponte IR2153, é mostrado abaixo.
Esse circuito produz uma onda senoidal modificada na saída. Não é totalmente adequado para alimentar uma carga indutiva, como motores e brocas. Mas, se não de forma contínua, é bem possível usar um inversor tão simples.
Conversores CC para CA com uma saída senoidal pura são muito mais caros e seus circuitos são muito mais complicados.
Importante! Ao comprar módulos de placa baratos com aliexpress, não conte com um seno puro ou uma frequência de 50Hz. A maioria desses dispositivos produz corrente de alta frequência com tensão de 220V. Pode ser usado para alimentar vários aquecedores e lâmpadas incandescentes.
Analisamos brevemente os princípios de produção de corrente alternada em casa e em escala industrial. A física desse processo é conhecida há quase 200 anos; no entanto, Nikola Tesla foi o principal popularizador desse método de obtenção de energia elétrica no final do século XIX - primeira metade do século XX.A maioria dos equipamentos domésticos e industriais modernos está focada no uso de corrente alternada nominal na fonte de alimentação.
Por fim, recomendamos assistir a um vídeo que mostre claramente como o alternador funciona:
Certamente você não sabe:
Carregando ...
