Ottenere corrente alternata: metodi e definizioni di base

La corrente alternata è attualmente l'unico modo per trasmettere energia elettrica a distanza a basso costo. Supera la corrente continua in una serie di parametri, inclusa la facilità di trasformazione. In questo articolo ti diremo come ottenere corrente elettrica alternata nella vita di tutti i giorni e al lavoro.

Induzione elettromagnetica e legge di Faraday

Michael Faraday nel 1831 scoprì uno schema che in seguito prese il nome da lui - Legge di Faraday. Nei suoi esperimenti, ha utilizzato 2 installazioni. Il primo consisteva in un nucleo metallico con due conduttori arrotolati e non collegati. Quando ne collegò uno a una fonte di alimentazione, la freccia del galvanometro collegata al secondo conduttore si contrasse. Fu così che fu dimostrata l'influenza di un campo magnetico sul movimento di particelle cariche in un conduttore.

La seconda impostazione è il disco di Faraday. È un disco metallico a cui sono collegati due conduttori scorrevoli, a loro volta collegati a un galvanometro. Il disco viene ruotato vicino al magnete e, ruotando sul galvanometro, anche la freccia viene deviata.

Quindi, la conclusione di questi esperimenti è stata una formula che collega il passaggio di un conduttore attraverso le linee di forza del campo magnetico.

Qui: E è l'EMF di induzione, N è il numero di spire 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 una formula che può essere utilizzata per determinare l'EMF attraverso l'entità dell'induzione magnetica.

e = B * l * v * sinα

Se ricordiamo la formula che collega il flusso magnetico e l'induzione magnetica, allora possiamo supporre come sia stata derivata la formula sopra.

Ф = B * S * cosα

Così è nata la generazione attuale. Ma parliamo di come ottenere la corrente alternata sia più vicino alla pratica.

Metodi per ottenere corrente alternata

Diciamo che abbiamo un telaio fatto di un materiale conduttivo. Mettiamolo in un campo magnetico. Secondo la formula sopra menzionata, se il telaio inizia a ruotare, 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, il telaio è attraversato da un diverso numero di linee di forza. Di conseguenza, il valore EMF è indotto non uniformemente, ma in base alla posizione del telaio, nonché al segno di questo valore. Cosa vedi nel grafico sopra. Quando il telaio ruota in un campo magnetico, sia la frequenza della corrente alternata che il valore dell'EMF ai terminali del telaio dipendono dalla velocità di rotazione. Per ottenere un determinato valore EMF a una frequenza fissa, vengono eseguite più spire. Quindi, non risulta un telaio, ma una bobina.

È possibile ottenere la corrente alternata su scala industriale nello stesso modo descritto sopra. In pratica, le centrali elettriche con alternatori sono ampiamente utilizzate. Questo utilizza generatori sincroni. Poiché in questo modo è più facile controllare sia la frequenza che l'entità dell'EMF CA e possono resistere molte volte a sovraccarichi di corrente a breve termine.

In base al numero di fasi, i generatori trifase vengono utilizzati nelle centrali elettriche. Si tratta di una soluzione di compromesso legata alla fattibilità economica e ai requisiti tecnici della creazione di un rotante campo magnetico per il funzionamento dei motori elettrici, che costituiscono la parte del leone di tutte le apparecchiature elettriche in industria.

A seconda del tipo di forza che aziona il rotore, il numero di poli può essere diverso. Se il rotore gira a una velocità di 3000 giri/min, per ottenere una corrente alternata con una frequenza industriale di 50 Hz è necessario un generatore a 2 poli, per 1500 giri/min - a 4 poli, e così via. Nelle immagini sottostanti, vedete un dispositivo generatore di tipo sincrono.

Ci sono bobine o un avvolgimento di campo sul rotore, la corrente viene fornita ad esso dal generatore-eccitatore (DC Generator - GPT) o dall'eccitatore a semiconduttore attraverso l'apparato a spazzole. Le spazzole si trovano sugli anelli, a differenza delle macchine a collettore, a causa delle quali il campo magnetico degli avvolgimenti l'eccitazione non cambia in direzione e segno, ma cambia in grandezza - quando si regola la corrente patogeno. Pertanto, le condizioni ottimali vengono selezionate automaticamente per mantenere la modalità di funzionamento dell'alternatore.

Quindi, è stato possibile ottenere corrente alternata su scala industriale con un metodo basato sui fenomeni dell'induzione elettromagnetica, vale a dire con l'aiuto di generatori trifase. Nella vita di tutti i giorni vengono utilizzati generatori sia monofase che trifase. Si consiglia di acquistare questi ultimi per lavori di costruzione. Il fatto è che un gran numero di utensili elettrici e macchine utensili può funzionare su tre fasi. Si tratta di motori elettrici di varie betoniere, seghe circolari e potenti saldatrici anch'esse alimentate da una rete trifase. Inoltre, i generatori sincroni sono adatti a tali compiti, i generatori asincroni non sono adatti, a causa delle loro scarse prestazioni con dispositivi che hanno grandi correnti di avviamento. Le centrali elettriche domestiche asincrone sono più adatte per l'alimentazione di riserva di case private e cottage estivi.

Convertitori elettronici

Tuttavia, non è sempre razionale o conveniente utilizzare centrali elettriche domestiche a benzina o diesel. C'è una via d'uscita: ottenere una corrente elettrica alternata monofase o trifase da diretta. Per fare ciò, utilizzare convertitori o, come vengono anche chiamati inverter.

Un inverter è un dispositivo che converte la quantità e il tipo di corrente elettrica. Nei negozi puoi trovare inverter 12-220 o 24-220 Volt. Di conseguenza, questi dispositivi vengono convertiti a 12 o 24 volt costanti in corrente alternata a 220 V con una frequenza di 50 Hz. Di seguito è mostrato lo schema del convertitore simile più semplice basato sul driver per il convertitore a semiponte IR2153.

Tale circuito produce un'onda sinusoidale modificata in uscita. Non è del tutto adatto per alimentare carichi induttivi come motori e trapani. Ma se non su base continuativa, è possibile utilizzare un inverter così semplice.

I convertitori DC-AC con un'uscita sinusoidale pura sono significativamente più costosi e i loro circuiti sono molto più complessi.

Importante! Quando si acquistano moduli di scheda economici da aliexpress, non fare affidamento né sul seno puro né sulla frequenza di 50Hz. La maggior parte di questi dispositivi fornisce corrente ad alta frequenza con una tensione di 220 V. Può essere utilizzato per alimentare una varietà di riscaldatori e lampade a incandescenza.

Abbiamo brevemente discusso i principi per ottenere corrente alternata in casa e su scala industriale. La fisica di questo processo è nota da quasi 200 anni, tuttavia Nikola Tesla è stato il principale divulgatore di questo metodo per ottenere energia elettrica tra la fine del XIX e la prima metà del XX secolo. La maggior parte delle moderne apparecchiature domestiche e industriali si concentra sull'uso della corrente alternata denominata per l'alimentazione.

Infine, ti consigliamo di guardare un video che mostra chiaramente come funziona l'alternatore:

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