Recenze

Získávání střídavého proudu: princip a metody

Většina světové populace využívá elektřinu. Málokdo ale ví, že střídavý proud je dodáván do domácností. Takový elektrický proud se v čase mění vektorově (to znamená, že se mění směr) a kvantitativně (mění se číselná hodnota). Na elektrických spotřebičích je označen symboly nebo . Způsob získávání střídavého elektrického proudu je znám téměř dvě stě let. Jeho hlavním popularizátorem byl Nikola Tesla.

Průmyslová výroba elektrického proudu

Mnoho lidí má zájem vědět, kde probíhá průmyslová výroba střídavého proudu. K tomuto účelu slouží elektrárny. Přicházejí v několika typech. Jedná se především o hydraulické (vodní elektrárny), jaderné (jaderné elektrárny) a tepelné (tepelné elektrárny). Elektrický proud se na nich získává pomocí principu elektromagnetické indukce.

Výroba a přenos střídavého elektrického proudu v tepelných elektrárnách vyžaduje turbogenerátor, pomocí kterého se energie použitého spalitelného paliva generuje na střídavý elektrický proud. U vodních elektráren se mechanická energie vody přeměňuje v hydrogenerátoru na energii elektrickou. V jaderných elektrárnách vzniká střídavý elektrický proud štěpením uranu v reaktorech.

Elektřina je do domácností přenášena elektrickým vedením. Použití elektrického vedení umožňuje dodávat elektřinu na velmi dlouhé vzdálenosti. Protože průchod elektrické energie je spojen s určitými ztrátami v důsledku zahřívání vodičů, během přepravy se proud obvykle snižuje a napětí se zvyšuje. K tomuto účelu se používají stupňovité transformátory a před dodáním elektřiny do domácností se napětí sníží na 220 voltů, ale pomocí stupňovitých transformátorů.

Popisné veličiny

Existují některé fyzikální parametry, které popisují střídavý elektrický proud:

Oscilační amplituda. Jedná se o maximální odchylku elektrického proudu I od průměrné hodnoty. Amplituda kmitů je vyjádřena ve stejných měrných jednotkách jako hlavní hodnota. Protože se jako jednotka měření proudu používá ampér, má amplituda kmitů také stejný rozměr.
Cyklická frekvence kmitů. Toto je počet úplných oscilací I za 2π sekund. Rozměr cyklické frekvence je rad/s (radián za sekundu) nebo 1/s (radián je bezrozměrná veličina), stejně jako sekunda k mocnině -1.
Období oscilace. Toto je doba jednoho úplného kmitu. Jednotka: sekundy.
Frekvence kmitání. Převrácená hodnota periody oscilace. Jedná se o počet oscilací za jednotku času. Jednotky jsou hertz (Hz) nebo sekundy s mocninou -1. Stojí za zmínku, že v různých zemích je frekvence elektrického proudu posílaného elektrickým vedením odlišná. Ve většině zemí je to 50 Hz, v USA a Kanadě je to 60 Hz. V Japonsku se používají oba standardy.

V elektrických sítích se používá sinusový proud, který se mění podle harmonického zákona (kosinus nebo sinus):

Tento vzorec je považován za zjednodušený, protože předpokládá, že počáteční čas t = 0. Pokud počítání času nezačíná od 0, pak má výraz tvar:

I = já * sin(ω * t + φ), kde se přidává počáteční fáze kmitů. Podle tohoto vzorce se vypočítává velikost střídavého proudu.

Na obrázku je jedna souřadnicová osa I (střídavý proud) a druhá osa je t (čas). Podle toho graf ukazuje závislost I na t, tedy závislost proudu na čase. V polohách 1, 3, 5, 7, 9, 11 je pozorována nejvyšší hodnota amplitudy. Tento graf se nazývá sinusovka.

Přečtěte si více

Umělé jezírkové rostliny: to nejlepší pro vaši zahradu

Jak vzniká elektrický proud

Poté, co byl předložen výraz pro zjištění velikosti střídavého elektrického proudu, je nutné pochopit, odkud pochází. Pokusíme se to stručně a jednoduše vysvětlit.

Princip získávání střídavého proudu je založen na jevu elektromagnetické indukce, který popisuje Faradayův zákon. Pro lepší pochopení se podívejme na obrázek. Ukazuje nejjednodušší zařízení na výrobu střídavého proudu.

K dispozici je rám vyrobený z vodivého materiálu. Je umístěn v magnetickém poli. Šipky na obrázku jsou čáry magnetického pole. Při rovnoměrném otáčení se na koncích obvodu objevuje sinusový proud. Je to dáno tím, že rámem proniká pokaždé jiný počet siločar, což vysvětluje Faradayův zákon. Zákon navíc zohledňuje rychlost otáčení, a tedy jak frekvenci, tak periodu. Tyto charakteristiky, jak je uvedeno výše, popisují hlavní koncept článku – střídavý elektrický proud.

Jak již bylo uvedeno, elektřinu lze získat pomocí energie vody, atomů, větru nebo slunce. Přeměnu provádějí zařízení zvaná generátory. Všechny pracují podle podobného algoritmu.

Hlavní součásti generátoru: stator je stacionární část, rotor je pohyblivá část. Můžete si to zapamatovat takto: statika je nepřítomnost pohybu, proto se stacionární část nazývá stator a pohyblivá část podle toho rotor.

Stator je válec, který je uvnitř dutý. Je tam měděný drát. V něm vlivem střídavého magnetického toku vytvářeného rotujícím rotorem vzniká střídavý elektrický proud.

Rotor je elektromagnet, kterým proudí přímá elektřina. Otáčí se mechanickou silou, jako je voda nebo pára. Při otáčení se mění magnetické pole, proto se mění i magnetický tok ve statoru a vzniká střídavý elektrický proud.

Když se podíváte pozorně, kolem rotoru je obvod s velkým počtem otáček. V tomto případě se nazývá cívka.

Třífázové a jednofázové systémy

V každodenním životě se obvykle používají elektrické obvody pro jednofázový střídavý proud, ale může být i třífázový. Třífázový proud jsou tři nezávislá střídavá napětí, fázově posunutá o 120 stupňů.

Pokud jsou do bytu přivedeny 2 vodiče (fázový a nulový), pak je systém jednofázový a poskytuje pracovní napětí 220 V. Pokud jsou vodiče 4 (tři fáze a nulový vodič), pak je systém třífázový s pracovním napětím 380 V.

Použití tří fází poskytuje následující výhody:

Sníží se spotřeba energie.
Zátěž v elektrické síti je rozložena rovnoměrněji.
Vyšší výkon rozvodné sítě.
Možnost připojení průmyslových strojů.

Hlavní nevýhodou je vysoká cena. Použití třífázového systému je obvykle pozorováno v soukromých domech, jednofázový systém je vhodnější pro byt.

V každodenním životě může být v některých případech běžnou praxí získat střídavý jednofázový nebo třífázový proud ze stejnosměrného proudu. K tomuto účelu se používá speciální zařízení – střídač. S jeho pomocí lze konstantních 12 nebo 24 V převést na 220 V střídavý proud o frekvenci 50 Hz.