Come ottenere corrente elettrica alternata
Induzione elettromagnetica e legge di Faraday
Michael Faraday nel 1831 scoprì il modello, in seguito intitolato a lui - Legge di Faraday. Nei suoi esperimenti, ha usato 2 installazioni. Il primo consisteva in un nucleo metallico con due conduttori avvolti e non collegati. Quando ne collegò uno a una fonte di alimentazione, l'ago del galvanometro si collegò al secondo conduttore. Pertanto, è stata dimostrata l'influenza di un campo magnetico sul movimento di particelle cariche in un conduttore.
La seconda installazione è un disco Faraday. Questo è un disco metallico a cui sono collegati due conduttori scorrevoli e, a loro volta, sono collegati a un galvanometro. Il disco viene ruotato vicino al magnete e durante la rotazione sul galvanometro, anche la freccia devia.
Quindi, la conclusione di questi esperimenti è stata una formula che mette in relazione il passaggio di un conduttore attraverso le linee di forza di un campo magnetico.
Qui: E è l'induzione EMF, N è il numero di giri del conduttore che viene spostato in un campo magnetico, dF / dt è la velocità di variazione del flusso magnetico rispetto al conduttore.
In pratica, usano anche la formula con cui è possibile determinare l'EMF attraverso l'entità dell'induzione magnetica.
e = B * l * v * sinα
Se ricordiamo la formula relativa al flusso magnetico e all'induzione magnetica, possiamo assumere come si è verificata la derivazione della formula sopra.
Ф = B * S * cosα
Così è nata la generazione di corrente. Ma parliamo di come avvicinare la corrente alternata alla pratica.
Modi per ottenere AC
Supponiamo di avere una struttura di materiale conduttivo. Mettilo in un campo magnetico. Secondo la formula sopra, se inizi a ruotare il telaio, una corrente elettrica scorrerà attraverso di esso. Con una rotazione uniforme alle estremità di questo telaio, si otterrà una corrente sinusoidale alternata.
Ciò è dovuto al fatto che, a seconda della posizione lungo l'asse di rotazione, un diverso numero di linee di forza penetra nel telaio. Di conseguenza, l'entità dell'EMF non viene indotta in modo uniforme, ma in base alla posizione del telaio, così come il segno di questa quantità. Cosa vedi il diagramma di nag sopra. Quando il telaio ruota in un campo magnetico, sia la frequenza della corrente alternata che l'ampiezza dell'EMF ai terminali del telaio dipendono dalla velocità di rotazione. Per ottenere un determinato valore EMF a una frequenza fissa, vengono effettuate più svolte. Quindi, risulta non una cornice, ma una bobina.
La corrente alternata su scala industriale può essere ottenuta nello stesso modo descritto sopra. In pratica, le centrali elettriche con alternatori hanno trovato un uso diffuso. In questo caso, vengono utilizzati generatori sincroni.Poiché è quindi più facile controllare sia la frequenza che l'ampiezza dell'emf della corrente alternata, e possono resistere a sovraccarichi di corrente a breve termine molte volte.
In base al numero di fasi nelle centrali elettriche, vengono utilizzati generatori trifase. Questa è una soluzione di compromesso associata alla fattibilità economica e al requisito tecnico di creare un campo magnetico rotante per il funzionamento di motori elettrici, che costituiscono la parte del leone di tutte le apparecchiature elettriche nell'industria.
A seconda del tipo di forza che guida il rotore, il numero di poli può essere diverso. Se il rotore gira a una velocità di 3000 rpm, quindi per ottenere corrente alternata con una frequenza industriale di 50 Hz, è necessario un generatore a 2 poli, per 1500 rpm - con 4 poli e così via. Nelle figure seguenti viene visualizzato un dispositivo generatore di tipo sincrono.
Ci sono bobine o avvolgimenti di campo sul rotore; la corrente viene fornita da un generatore di eccitazione (generatore di corrente CC - GPT) o da un eccitatore a semiconduttore attraverso un apparato a spazzola. Le spazzole si trovano sugli anelli, a differenza delle macchine da raccolta, a seguito delle quali il campo magnetico degli avvolgimenti non cambia in direzione e segno, ma cambia in grandezza - quando si regola la corrente dell'eccitatore. Pertanto, le condizioni ottimali vengono selezionate automaticamente per supportare la modalità operativa dell'alternatore.
Quindi, siamo riusciti a ottenere corrente alternata su scala industriale con un metodo basato sui fenomeni di induzione elettromagnetica, vale a dire utilizzando generatori trifase. Nella vita di tutti i giorni vengono utilizzati generatori sia monofase che trifase. Si consiglia di acquistare quest'ultimo per lavori di costruzione. Il fatto è che un gran numero di elettroutensili e macchine utensili possono funzionare in tre fasi. Questi sono motori elettrici di varie betoniere, seghe circolari e potenti saldatrici sono anche alimentati da una rete trifase. Inoltre, i generatori sincroni sono adatti a tali compiti, i generatori asincroni non sono adatti - a causa del loro cattivo funzionamento con dispositivi che hanno grandi correnti di spunto. Le centrali elettriche domestiche asincrone sono più adatte per l'alimentazione di riserva di case e cottage privati.
Convertitori elettronici
Tuttavia, non è sempre razionale o conveniente utilizzare le centrali elettriche a benzina o diesel per uso domestico. C'è una via d'uscita - per ottenere una corrente elettrica alternata monofase o trifase da corrente continua. Per fare ciò, utilizzare i convertitori o, poiché sono anche chiamati inverter.
Un inverter è un dispositivo che converte l'entità e il tipo di corrente elettrica. Nei negozi è possibile trovare inverter da 12-220 o 24-220 volt. Di conseguenza, questi dispositivi trasformano una costante 12 o 24 Volt in 220 V CA con una frequenza di 50 Hz. Di seguito è mostrato lo schema del convertitore più semplice basato sul driver per il convertitore a semiponte IR2153.
Un tale circuito produce un'onda sinusoidale modificata in uscita. Non è del tutto adatto per alimentare un carico induttivo, come motori e trapani. Ma se non su base continuativa, è del tutto possibile utilizzare un inverter così semplice.
I convertitori CC / CA con un'uscita sinusoidale pura sono molto più costosi e i loro circuiti sono molto più complicati.
! importante Quando si acquistano moduli di bordo economici con aliexpress, non contare su una frequenza sinusoidale pura o su una frequenza di 50Hz. La maggior parte di questi dispositivi emette corrente ad alta frequenza con una tensione di 220 V. Può essere utilizzato per alimentare vari riscaldatori e lampade a incandescenza.
Abbiamo brevemente rivisto i principi di produzione di corrente alternata a casa e su scala industriale. La fisica di questo processo è nota da quasi 200 anni, tuttavia, Nikola Tesla è stata la principale divulgatrice di questo metodo di generazione di energia elettrica alla fine del XIX e alla prima metà del XX secolo.La maggior parte delle moderne apparecchiature domestiche e industriali è focalizzata sull'uso di una corrente nominale per l'alimentazione.
Infine, ti consigliamo di guardare un video che mostra chiaramente come funziona l'alternatore:
Sicuramente non sai:
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