- Opće definicije
- Izvori EMF
- Načelo djelovanja
- Grafičke slike
- Tri fazna generatora
- Koji je razlog za raznolikost električnih struja?
Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Iako svakodnevno koristimo električne uređaje u svakodnevnom životu, ne može svatko odgovoriti na razliku između izmjenične i istosmjerne struje, unatoč činjenici da je to obuhvaćeno školskim programom. Stoga ima smisla podsjećati na osnovne dogme.
Opće definicije
Fizički proces u kojem se nabijene čestice kreću uredno (usmjereno) naziva se električna struja. Obično se dijeli na varijablu i konstantu. U prvom, smjer i magnituda ostaju nepromijenjeni, dok se u drugom, ove karakteristike mijenjaju prema određenom uzorku.
Gornje definicije su uvelike pojednostavljene, iako objašnjavaju razliku između konstantne i izmjenične struje. Da bi se bolje razumjelo što je ta razlika, potrebno je dati grafički prikaz svakog od njih, kao i objasniti kako se na izvoru stvara varijabilna elektromotorna sila. Da biste to učinili, obratite se elektrotehnici, odnosno njezinim teorijskim temeljima.
Izvori EMF
Izvori električne struje bilo koje vrste su dva tipa:
- primarno, uz njihovu pomoć, električna energija se stvara pretvaranjem mehaničke, solarne, toplinske, kemijske ili druge energije u električnu energiju;
- sekundarni, oni ne proizvode električnu energiju, već je pretvaraju, na primjer, iz varijable u konstantu ili obratno.
Jedini primarni izvor izmjenične struje je generator, na slici je prikazan pojednostavljeni dijagram takvog uređaja.
legenda:
- 1 - smjer vrtnje;
- 2 - magnet sa S i N polovima;
- 3 - magnetsko polje;
- Okvir od 4 žice;
- 5 - EMF;
- 6 - prstenasti kontakti;
- 7 - strujni kolektori.
Načelo djelovanja
Mehanička energija pretvara se u električni generator kao što je prikazano na slici kako slijedi:
uslijed pojave elektromagnetske indukcije, kada se okvir "4" okreće, postavljen u magnetsko polje "3" (koji nastaje između različitih polova magneta "2"), u njemu se oblikuje EMF "5". Napon se dovodi u mrežu kroz strujne kolektore "7" iz prstena "6", na koji je povezan okvir "4".
Video: DC i AC - razlike
Što se tiče veličine EMF-a, to ovisi o brzini prijelaza sile "3" okvira "4". Zbog karakteristika elektromagnetskog polja, minimalna brzina sjecišta, a time i najniža vrijednost elektromotorne sile bit će u trenutku kada je okvir u okomitom položaju, odnosno maksimalno - u vodoravnom položaju.
S obzirom na navedeno, u procesu ravnomjerne rotacije potiče se emf, čije se karakteristike veličine i smjera mijenjaju s određenim razdobljem.
Grafičke slike
Korištenjem grafičke metode možete dobiti vizualni prikaz dinamičkih promjena različitih veličina. U nastavku je prikazan dijagram promjena napona tijekom vremena za galvansku ćeliju 3336L (4, 5 V).
Kao što možete vidjeti, grafikon je pravac, tj. Napon izvora ostaje nepromijenjen.
Sada prikazujemo grafikon dinamike promjene napona tijekom jednog ciklusa (puni okretaj okvira) generatora,
Radi jasnoće, prikazujemo početni položaj okvira u generatoru, koji odgovara početnoj točki izvješća na grafu (0 °)
legenda:
- 1 - polovi magneta S i N;
- 2 - okvir;
- 3 - smjer vrtnje okvira;
- 4 - magnetsko polje.
Sada ćemo vidjeti kako će se emf promijeniti tijekom ciklusa rotacije okvira. U početnom položaju, emf će biti nula. U procesu rotacije ova će se vrijednost postupno povećavati, dostižući maksimum u trenutku kada je okvir pod kutom od 90 °. Daljnje okretanje okvira će dovesti do smanjenja EMF-a, dostižući minimum u vrijeme rotacije od 180 °.
Nastavljajući postupak, možete vidjeti kako elektromotorna sila mijenja smjer. Priroda promjena u promijenjenom smjeru EMF-a bit će ista. To jest, postupno će se povećavati, dostižući vrh na točki koja odgovara rotaciji od 270 °, nakon čega će se smanjivati sve dok okvir ne završi cijeli ciklus rotacije (360 °).
Ako se graf nastavi za nekoliko ciklusa rotacije, vidjet ćemo sinusoidnu karakteristiku izmjenične struje. Njegovo će razdoblje odgovarati jednom skretanju okvira, a amplituda će odgovarati maksimalnoj vrijednosti EMF-a (izravna i obrnuta).
Sada se okrećemo drugoj važnoj karakteristici izmjenične struje, frekvenciji. Za svoju oznaku usvojila je latinično slovo "f", a njegova jedinica mjerenja - herc (Hz). Ovaj parametar prikazuje broj potpunih ciklusa (razdoblja) promjene EMF-a unutar jedne sekunde.
Učestalost se određuje pomoću formule: Parametar "T" prikazuje vrijeme jednog punog ciklusa (razdoblja), mjereno u sekundama. Prema tome, znajući frekvenciju, lako je odrediti vremensko razdoblje. Primjerice, u svakodnevnom životu koristi se električna struja frekvencijom od 50 Hz, dakle vrijeme njenog razdoblja bit će dvije stotinki sekunde (1/50 = 0, 02).
Tri fazna generatora
Napominjemo da je najisplativiji način za dobivanje varijabilne električne struje upotreba trofaznog generatora. Na slici je prikazan pojednostavljeni dijagram njegove konstrukcije.
Kao što možete vidjeti, generator koristi tri zavojnice, postavljene na pomaku od 120 °, povezane trokutom (u praksi se ova veza namota generatora ne koristi zbog niske učinkovitosti). Prolaskom jednog od polova magneta koji prolazi kroz zavojnicu, inducira se emf.
Koji je razlog za raznolikost električnih struja?
Mnogi mogu imati razumno pitanje - zašto koristiti tako različite električne struje ako možete odabrati jednu i učiniti ih standardnim? Stvar je u tome da nije svaka vrsta struje prikladna za rješavanje određenog problema.
Kao primjer navodit ćemo uvjete pod kojima korištenje konstantnog napona neće biti samo neprofitabilno, već ponekad i nemoguće:
- zadatak prijenosa napona na udaljenosti je lakši za izmjenični napon;
- pretvoriti konstantnu struju za različite krugove, koji imaju neograničenu razinu potrošnje, gotovo je nemoguće;
- za održavanje potrebne razine napona u krugovima konstantne struje mnogo je složenije i skuplje od izmjeničnog;
- AC motori su strukturno jednostavniji i jeftiniji od istosmjernih motora. U ovom trenutku treba napomenuti da takvi motori (asinkroni) imaju visoku početnu strujnu razinu, što im ne dopušta da se koriste za rješavanje određenih problema.
Sada ćemo dati primjere zadataka gdje je korisnije koristiti konstantan napon:
- da bi se promijenila brzina vrtnje asinkronih motora, potrebno je promijeniti frekvenciju mreže napajanja, što zahtijeva sofisticiranu opremu. Kod motora s konstantnom strujom dovoljno je promijeniti napon napajanja. Zbog toga su oni instalirani u električnom prometu;
- napajanje elektroničkih sklopova, opreme za galvanizaciju i mnogih drugih uređaja provodi se i konstantnom električnom strujom;
- konstantni napon je mnogo sigurniji za ljude nego naizmjenični.
Na temelju gornjih primjera, postoji potreba za korištenjem različitih tipova napona.