5.1. PROČ JE POTŘEBA STŘÍDAVÝ PROUD?

V prvních elektroinstalacích se používal pouze stejnosměrný proud. Brzy se však ukázalo, že je mnohem výhodnější používat nikoli konstantní, ale střídavý proud, tedy takový, který periodicky mění svou hodnotu a směr.

V první řadě je výhodnější vyrábět střídavý proud v elektrárnách. Alternátory jsou jednodušší a levnější než podobné generátory stejnosměrný proud.

Také se ukázalo, že je výhodnější přenášet elektrický proud dráty při vysokém napětí. Změna střídavého napětí je velmi jednoduchá – k tomu je potřeba použít transformátor. U stejnosměrného proudu je to mnohem obtížnější.

Byly zkonstruovány jednoduché a spolehlivé střídavé elektromotory, které jsou široce používány v průmyslu.

Ale to jsou všechno aplikace, kde AC může konkurovat DC. Generátory, přenosová vedení a elektromotory mohou být vyrobeny na stejnosměrný i střídavý proud. Existují však takové fyzikální jevy, které se objevují až při změně proudu.

Tyto jevy jsou široce používány v radiotechnice, automatizaci, elektronice atd.

Dá se říci, že kdyby nebyl střídavý proud, mnoho z těchto odvětví elektrotechniky by neexistovalo.

V rádiích, televizích, magnetofonech se používají střídavé proudy a nahradit je stejnosměrným proudem je zásadně nemožné.

Na střídavém proudu je založena i řada technologických procesů v průmyslu.

Návod

Nejprve si ujasněme, co je elektrický proud. Usměrněný pohyb (tok) nabitých částic se nazývá elektrický proud. Při střídavém elektrickém proudu prochází průřezem vodiče jiný počet nabitých částic po ekvivalentní časové intervaly. V konstantě je počet těchto částic za stejné časové intervaly vždy ekvivalentní.

Střídavý proud neustále mění svou sílu, velikost nebo směr. A k těmto změnám dochází vždy periodicky, tedy opakují se v pravidelných intervalech. Například pomocí proměnné aktuální baterii nelze nabíjet nebo ji nelze použít pro takové technické účely.

Na rozdíl od trvalého aktuální, proměnná má několik dalších významů: - perioda - časová hodnota dokončení celého cyklu ukazatelů proměnné aktuální; půlcyklus a frekvence (počet cyklů za určité časové období); - amplituda - nejvyšší hodnota proměnné aktuální;- okamžitá hodnota - hodnota aktuální v tomto okamžiku.

Střídavý proud je běžnější a široce používaný. Jednodušší je převádět jej na střídavý proud jiného napětí, měnit napětí v elektrických sítích v závislosti na potřebných potřebách. To lze provést pomocí transformátoru. Transformátor je zařízení, které převádí střídavý proud jednoho napětí na stejný proud, ale o jiném napětí při stejné frekvenci. aktuální.

Kroupózní pneumonie začíná akutně, nejčastěji po těžké hypotermii. Teplota prudce stoupá na 39-40 stupňů, pacient má silnou zimnici. Okamžitě se dostaví bolest při dýchání a kašli ze strany postižené plíce. Kašel je doprovázen uvolněním purulentního viskózního sputa s pruhy krve. Stav pacienta je vážný. Dýchání je mělké, rychlé, s otokem křídel nosu. Postižená strana hrudníku při dýchání znatelně zaostává za zdravou stranou.

Na planetě Zemi je dnes 98 % veškeré elektřiny vyráběno alternátory. Takový proud je docela snadné vyrobit a přenést do něj dlouhé vzdálenosti. V tomto případě může proud a napětí opakovaně stoupat a klesat - transformovat. Práce se provádí proudem, nikoli napětím. Čím menší je tedy jeho hodnota, tím nižší jsou ztráty ve vodičích.

Mnoho uživatelů se domnívá, že doma se používá pouze střídavý proud o napětí 220V a frekvenci 50Hz. To platí pouze pro žárovky, elektromotory ve vysavačích, lednicích.

V každém složitém domácím spotřebiči napájeném střídavým proudem jsou součásti, které fungují na konstantní napětí S různé významy. Je prakticky nemožné předpovědět, jaké by tyto hodnoty mohly být. Proto mají všichni spotřebitelé v zásuvce střídavý proud o stejné frekvenci a napětí.

DC

Navzdory tomu, že podíl výroby stejnosměrného proudu je pouze 2 %, je jeho hodnota poměrně velká. Stejnosměrný proud generují galvanické články, baterie, termočlánky, solární panely.

Solární baterie se dnes stávají velmi slibnou oblastí energetiky, kdy se akutně objevuje otázka využití obnovitelných zdrojů energie.

Stejnosměrný proud napájí motory lokomotiv v železniční dopravě, využívá se v palubní síti letadel a automobilů.

Na silnicích moderních měst jezdí stále více elektrických a hybridních vozidel. Pro dobití jejich baterií se budují stanice, které zajišťují jejich potřebu stejnosměrného proudu.

Jaké by měly být zásuvky

Rozměry zásuvek, jejich typ, materiál, ze kterého jsou vyrobeny, závisí především na účelu zásuvek, proudech a napětích, pro které jsou určeny. Zařízení se stejnosměrným napětím mají polarizované zástrčky. Proto musí být zásuvky pro ně polární. Pak si ani nezkušený uživatel nebude moci splést, kde jsou „+“ a „-“.

Střídavý proud v obvodu je elektrický tok nabitých částic, jehož směr a rychlost se periodicky mění v čase podle určitého zákona.

Návod

Podívejte se na obecný koncept střídavého proudu v elektrický obvod popsané v školní učebnice. Tam uvidíte, že střídavý proud je elektrický proud, jehož hodnota se mění podle sinusového nebo kosinového zákona. To znamená, že velikost proudu v AC síti se mění podle sinusového nebo kosinového zákona. Přísně vzato to odpovídá proudu, který teče v domácnosti elektrické sítě. Sinusovitost proudu však není obecnou definicí střídavého proudu a nevysvětluje plně povahu jeho toku.

Nakreslete na papír graf sinusovky. Tento graf ukazuje, že hodnota samotné funkce, vyjádřená v tomto kontextu aktuální silou, se mění z kladné hodnoty na zápornou. Navíc doba, po které se znak změní, je vždy stejná. Tato doba se nazývá perioda oscilací proudu a převrácená doba se nazývá frekvence střídavého proudu. Například frekvence střídavého proudu domácí síť je 50 Hz.

Věnujte pozornost tomu, co znaménková změna funkce fyzicky znamená. Ve skutečnosti to znamená pouze to, že v určitém okamžiku začne proud protékat opačným směrem. Pokud je navíc zákon změny sinusový, pak ke změně směru pohybu nedochází náhle, ale s postupným zpomalováním. Odtud pochází koncept střídavého proudu a jeho hlavní rozdíl od stejnosměrného proudu, který proudí vždy stejným směrem a má konstantní hodnotu. Jak víte, směr proudu je dán směrem kladně nabitých částic v obvodu. V obvodu střídavého proudu tedy nabité částice procházejí určitý čas změnit směr jejich pohybu na opačný.

V naší době neexistuje odvětví národního hospodářství, ve kterém by se elektřina nevyužívala. A každý z nich se prezentuje elektrické stroje a zařízení určité požadavky, na kterých závisí nejen konstrukce těchto strojů, ale také druh použitého proudu. Přestože se střídavý i stejnosměrný proud široce používají ve strojírenství a průmyslu, oblasti jejich použití jsou velmi jasně vymezeny.

Lidé poprvé dostali elektrický proud z galvanických článků. Tyto prvky vytvořily proud elektronů v elektrickém obvodu, který se neustále pohyboval jedním konkrétním směrem. Tento proud se nazývá „konstantní“.

Na stejnosměrný proud běžely i první točivé generátory, elektromotory a spotřebiče. A když koncem minulého století ruský elektroinženýr M. O. Dolivo-Dobrovolskij navrhl použití třífázového střídavého proudu, řada vědců na to reagovala s nedůvěrou. I slavný americký elektroinženýr Edison považoval střídavý proud za vynález, který si nezaslouží pozornost. Velmi brzy se však střídavý proud začal používat v mnoha oblastech elektrotechniky. Elektrické alternátory vytvářejí tok elektronů v elektrickém obvodu, který plynule mění směr svého pohybu. Ano, v řetězech žárovka osvětlují váš pokoj, elektrony mají čas za jednu sekundu

100krát změnit směr jejich pohybu: 50krát se pohybují jedním směrem a 50krát opačným směrem. Uvádí se, že takový proud má frekvenci 50 cyklů za sekundu.

Tato vlastnost pohybu elektronů dává střídavému proudu řadu vlastností, které určily jeho dominantní postavení v moderní elektrotechnice.

Jednou z nejdůležitějších vlastností střídavého proudu je jeho schopnost transformace. Jak víme, přenos elektrická energie na dlouhé vzdálenosti je možné pouze při velmi vysokém napětí, dosahujícím 110, 220 a dokonce 500-800 tisíc V. Tak vysokého napětí nelze získat přímo z generátorů. Zároveň pro různé elektrické stroje a zařízení potřebují elektrický proud o napětí několika desítek nebo stovek voltů. Zde se jeho schopnost transformace hodila - umožňovala pomocí transformátorů měnit napětí střídavého proudu v libovolném rozsahu.

Málo z. Zapojení vinutí generátoru do třífázové soustavy umožnilo získat třífázový střídavý proud. Jedná se o systém tří střídavých proudů, které mají stejnou frekvenci, ale fázově se liší o jednu třetinu periody. Třífázový proud má důležité výhody. Za prvé, třífázové elektrické vedení jsou ziskovější než jednofázové: lze přes ně přenášet více elektrické energie při stejných nákladech na vodiče a izolaci než u jednofázového střídavého proudu. A za druhé, díky vlastnosti třífázového střídavého proudu vytvářet točivé magnetické pole bylo možné postavit velmi jednoduché a spolehlivé asynchronní elektromotory bez kolektoru a kartáčů.

Tyto vlastnosti střídavého proudu byly důvodem, že dnes všechny průmyslové elektrárny vyrábějí pouze třífázový střídavý proud.

Více než polovinu elektrické energie vyrobené těmito elektrárnami spotřebují elektromotory. Aby mohly vykonávat různé práce, jsou vyráběny odlišně jak designem, tak velikostí.

Kromě jednoduchého indukční motory, které se hojně používají k pohonu obráběcích strojů, existují motory s vinutím a sběracími kroužky na rotoru. Vyvíjejí se velké úsilí při rozjezdech a úspěšně se proto používají na jeřábech. Je tam ještě nějaké synchronní motory s konstantní rychlostí otáčení. Co se týče velikosti, elektromotory jsou malé – jako špulka nitě – a obrovské, jako kolotoč.

Použití více elektromotorů k pohonu obráběcích strojů najednou umožnilo zjednodušit mechanismy stroje, usnadnilo jejich ovládání a umožnilo vytvořit automatické strojní linky.

Malé rozměry elektromotorů umožňovaly využívat elektrickou energii tam, kde se dříve využívala pouze ruční práce. Elektrické vrtačky, pily, hoblíky a další elektrifikované nářadí značně usnadnily a zefektivnily práci pracovníků.

Elektrické leštičky, vysavače, pračky a ledničky přišly na pomoc hospodyňkám.

Střídavý proud je dobrý zdroj tepla. Kov se taví a vaří ve výkonných elektrických obloukových pecích. Elektrické odporové pece jsou široce používány pro klimatizaci, vytápění pecí a různých místností.

Žárovky vydávají světlo bez ohledu na to, kolik proudu protéká jejich vlákny. Ale protože přenos střídavého proudu je ekonomičtější a transformátory usnadňují udržování potřebného napětí, je celá osvětlovací síť měst a vesnic obsluhována střídavým proudem.

Neustálá změna směru pohybu elektronů ve střídavém proudu, jeho schopnost transformace mu otevřela širokou cestu do mnoha oblastí techniky. Ale proud není vždy dobrý, neustále mění svůj směr. Nastoupili jste tedy do trolejbusu, vlaku metra nebo „električky“ na železnici. Zde jste v oblasti stejnosměrného proudu.

Faktem je, že jednoduché a pohodlné střídavé elektromotory neumožňují plynule měnit rychlost jejich otáčení v širokém rozsahu. A nezapomeňte, kolikrát musí řidič změnit rychlost trolejbusu; tak hektickou práci dobře zvládne jen stejnosměrný motor. Tyto motory jsou napájeny z trakčních usměrňovacích rozvoden. Střídavý proud, který k nim přichází z elektráren, je pomocí rtuťových usměrňovačů přeměněn na stejnosměrný a poté přiváděn do kontaktní síť- v drátech a kolejnicích.

Použití stejnosměrných trakčních motorů v dopravních prostředcích se ukázalo být natolik přínosné, že je lze nalézt na dieselových lokomotivách a motorových lodích.

Jejich hlavními motory jsou dieselové motory, které pohánějí generátory produkující stejnosměrný proud. A on zase vyrábí elektromotory, které roztáčí kola nebo vrtule.

Vysoká cena a složitost měnírenských rozvoden však donutila vědce a inženýry zamyslet se nad využitím střídavého proudu v dopravě. Nyní jsou sekce železnice pomocí jednofázového střídavého proudu. Úspěšně se používá i na mnoha diesel-elektrických lodích.

Další elektrifikace železnic u nás bude prováděna převážně střídavým proudem o napětí 25 tisíc V. Tento proud bude přeměněn na stejnosměrný proud přímo na elektrických lokomotivách pomocí usměrňovačů.

Dobrá seřiditelnost stejnosměrných elektromotorů umožnila jejich úspěšné použití i na zdvihacích a transportních mechanismech. Běžné jeřáby, které vidíte na stavbách, pohánějí střídavé motory. Ale na výkonných jeřábech velkých metalurgických závodů jsou instalovány stejnosměrné motory. Tady je totiž potřeba plynule zvedat a přenášet obrovské pánve s roztaveným kovem, nalévat ho do forem nebo podávat rozžhavené ingoty do válcoven.

Tyto motory pohánějí i mechanismy obřích kráčejících rypadel.

Stejnosměrné motory mohou vyvinout velmi vysoké otáčky - až 25 tisíc otáček za minutu. To vám umožňuje získat velký výkon s velmi malými rozměry motoru. Proto jsou nepostradatelné jako řídicí motory používané v letadlech pro natáčení kormidel, křidélek a vztlakových klapek, pro zvedání a spouštění podvozku a dalších mechanismů.

Konstantní směr pohybu elektronů v obvodu stejnosměrného proudu určil velkou a důležitou oblast jeho použití, ve které mu střídavý proud nemůže konkurovat. Hovoříme o elektrolýze – procesu spojeném s průchodem proudu kapalnými roztoky – elektrolyty. Vlivem stejnosměrného proudu procházejícího elektrolytem se rozkládá na samostatné prvky, které se ukládají na určité elektrody - na anodu nebo katodu. Tato vlastnost je široce využívána v metalurgii neželezných kovů - k získání hliníku, hořčíku, zinku, mědi, manganu. V chemický průmysl elektrolýzou vzniká fluor, chlor, vodík a další látky.

Při galvanickém pokovování se elektrolýza používá k ukládání kovu na povrch různých výrobků. Tímto způsobem se nanášejí ochranné nátěry na kovové výrobky (niklování, chromování), zhotovují se kovové pomníky, tiskové desky atd. Galvanizace se používá v lékařství k léčbě některých nemocí.

Konstantní směr elektronů pomáhá stejnosměrnému proudu konkurovat střídavému proudu při svařování a některých typech osvětlení. Při svařování stejnosměrným proudem se kovové částice přenášejí z elektrody na výrobek správněji a šev je lepší než při svařování střídavým proudem.

Jděte do filmového studia. Výkonné obloukové filmové projektory zaplavují střelecký pavilon světlem. Na střídavý proud hoří oblouk méně stabilně, vydává méně světla a vydává hučení, které ruší záznam zvuku při natáčení. Proto jsou filmové projektory napájeny stejnosměrným proudem, který poskytuje tichý, stabilní oblouk. Stejnosměrný proud využívají i výkonné vojenské světlomety a obloukové filmové projektory.

Pro získání střídavého proudu je potřeba alternátorem nepřetržitě otáčet a stejnosměrný proud mohou zajistit stacionární baterie nebo galvanické články. Tyto vlastnosti zdroje elektrický proud také v některých případech určit rozsah stejnosměrného proudu.

Auto je na místě. Jak nastartovat jeho motor? Dobíjecí baterie je k vašim službám. Stisknete tlačítko startéru a stejnosměrný motor, napájený z baterie, nastartuje motor. A když motor běží, roztáčí generátor, který dobíjí baterii, obnovuje vynaloženou energii. Takový vratný proces není pro střídavý proud k dispozici.

Co by se stalo, kdyby osvětlení vlaku bylo napájeno střídavým proudem? Vlak se zastavil – kola vozů se přestala otáčet a s tím se zastavily i elektrické generátory a zhasla světla ve vozech. To se ale nestane, protože pod vozy jsou instalovány stejnosměrné generátory, které pracují paralelně s bateriemi. Jede vlak – generátory se točí, poskytují energii pro svícení a zároveň nabíjejí baterii. Skládání se zastavilo - baterie posílá proud do osvětlovací sítě.

Představte si, že v elektrárně došlo k havárii: všechny turbogenerátory nebo hydrogenerátory se zastavily a elektrické vedení, které ji spojuje s jinými elektrárnami, bylo odpojeno. V takových případech pomáhá stejnosměrný proud získaný z velkých baterií. S jeho pomocí se uvedou do pohybu pomocné mechanismy, zapnou se vypnuté spínače a znovu se uvedou do provozu hlavní turbogenerátory nebo hydrocentrály. Bateriové napájení je velmi spolehlivé, takže všechny řídicí, automatizační a poplachové ochranné obvody ve velkých elektrárnách fungují na stejnosměrný proud.

Může ponorka plavat bez stejnosměrného proudu? Na hladině vody, možná. Jeho vrtule v tomto případě roztáčí diesely. Diesely se ale pod vodou zastaví – vzduchu je málo. Má stejnosměrný motor napájený bateriemi. Když se loď znovu vynoří a nastartují diesely, elektromotor se změní na generátor a dobíjí baterie.

V dolech není možné všude pověsit trolejový drát pro elektrické lokomotivy. Jak se mohou pohybovat? A zde opět přichází na pomoc baterie. V mnoha dolech vozí bateriové elektrické lokomotivy uhlí z těch nejvzdálenějších dolů. Elektrické vozíky s bateriemi – elektromobily – často vidíte na nádražích. Nacházejí se také v dílnách velkých závodů a továren.

Věnujte pozornost tomu, jak kameraman natáčí nějakou důležitou událost. V rukou má lehkou filmovou kameru a na opasku baterii. Stiskl jsem tlačítko a zařízení začalo fungovat. Takové lehké baterie jsou široce používány pro přenosné radiostanice, signalizační zařízení, elektrické měřicí přístroje.

Zde uvedené příklady samozřejmě nevyčerpávají všechny oblasti použití elektrické energie. O jeho použití pro telegrafní a telefonní spojení, pro rozhlas a televizi a další účely jsme nic neřekli – o tom se dočtete v příslušných článcích na našem webu.