Comment obtenir du courant électrique alternatif
L'induction électromagnétique et la loi de Faraday
Michael Faraday en 1831 a découvert un modèle, plus tard nommé d'après lui - Loi de Faraday. Dans ses expériences, il a utilisé 2 installations. Le premier consistait en un noyau métallique avec deux conducteurs enroulés et non connectés. Quand il a connecté l'un d'eux à une source d'alimentation, l'aiguille du galvanomètre reliée au deuxième conducteur s'est contractée. Ainsi, l'influence d'un champ magnétique sur le mouvement des particules chargées dans un conducteur a été prouvée.
La deuxième installation est un disque Faraday. Il s'agit d'un disque métallique auquel deux conducteurs coulissants sont connectés et qui, à leur tour, sont connectés à un galvanomètre. Le disque tourne près de l'aimant et pendant la rotation sur le galvanomètre, la flèche s'écarte également.
Ainsi, la conclusion de ces expériences était une formule qui relate le passage d'un conducteur à travers les lignes de force d'un champ magnétique.
Ici: E est l'induction EMF, N est le nombre de tours du conducteur qui est déplacé dans un champ magnétique, dF / dt est le taux de variation du flux magnétique par rapport au conducteur.
En pratique, ils utilisent également la formule avec laquelle vous pouvez déterminer la FEM à travers l'amplitude de l'induction magnétique.
e = B * l * v * sinα
Si nous rappelons la formule reliant le flux magnétique et l'induction magnétique, alors nous pouvons supposer comment la dérivation de la formule ci-dessus s'est produite.
Ф = B * S * cosα
La génération de courant est donc née. Mais parlons de la façon de rapprocher le courant alternatif de la pratique.
Façons d'obtenir AC
Supposons que nous ayons un cadre en matériau conducteur. Placez-le dans un champ magnétique. Selon la formule ci-dessus, si vous commencez à faire pivoter le cadre, un courant électrique le traversera. Avec une rotation uniforme aux extrémités de ce cadre, un courant sinusoïdal alternatif sera obtenu.
Cela est dû au fait qu'en fonction de la position le long de l'axe de rotation, un nombre différent de lignes de force pénètre dans le cadre. En conséquence, l'amplitude de la FEM n'est pas induite uniformément, mais en fonction de la position de la trame, comme c'est le signe de cette quantité. Que voyez-vous le tableau nag ci-dessus. Lorsque le cadre tourne dans un champ magnétique, à la fois la fréquence du courant alternatif et la magnitude de l'EMF aux bornes du cadre dépendent de la vitesse de rotation. Pour atteindre une certaine valeur EMF à une fréquence fixe, plusieurs tours sont effectués. Ainsi, ce n'est pas un cadre, mais une bobine.
Le courant alternatif à l'échelle industrielle peut être obtenu de la même manière que décrit ci-dessus. Dans la pratique, les centrales électriques avec alternateurs sont largement utilisées. Dans ce cas, des générateurs synchrones sont utilisés.Puisqu'il est ainsi plus facile de contrôler à la fois la fréquence et l'amplitude de la FEM du courant alternatif, et ils peuvent résister à de nombreuses surcharges de courant à court terme.
Selon le nombre de phases dans les centrales électriques, des générateurs triphasés sont utilisés. Il s'agit d'une solution de compromis associée à la faisabilité économique et à l'exigence technique de créer un champ magnétique tournant pour le fonctionnement des moteurs électriques, qui constituent la part du lion de tous les équipements électriques de l'industrie.
Selon le type de force qui entraîne le rotor, le nombre de pôles peut être différent. Si le rotor tourne à une vitesse de 3000 tr / min, alors pour obtenir un courant alternatif avec une fréquence industrielle de 50 Hz, vous avez besoin d'un générateur à 2 pôles, pour 1500 tr / min - à 4 pôles et ainsi de suite. Dans les figures ci-dessous, vous voyez un générateur de type synchrone.
Il y a des bobines ou des enroulements de champ sur le rotor; le courant lui est fourni par un générateur d'excitation (générateur de courant CC - GPT) ou par un excitateur semi-conducteur à travers un appareil à balais. Les brosses sont situées sur les anneaux, contrairement aux machines à collecteur, ce qui fait que le champ magnétique des enroulements ne change pas de direction et de signe, mais change d'amplitude - lors de la régulation du courant d'excitation. Ainsi, les conditions optimales sont automatiquement sélectionnées pour prendre en charge le mode de fonctionnement de l'alternateur.
Nous avons donc réussi à obtenir du courant alternatif à l'échelle industrielle par une méthode basée sur les phénomènes d'induction électromagnétique, à savoir en utilisant des générateurs triphasés. Dans la vie quotidienne, des générateurs monophasés et triphasés sont utilisés. Il est recommandé d'acheter ce dernier pour les travaux de construction. Le fait est qu'un grand nombre d'outils électriques et de machines-outils peuvent fonctionner en trois phases. Ce sont des moteurs électriques de divers bétonnières, des scies circulaires et de puissantes machines à souder sont également alimentés par un réseau triphasé. De plus, les générateurs synchrones conviennent à de telles tâches, les générateurs asynchrones ne conviennent pas - en raison de leur mauvais fonctionnement avec des appareils qui ont de grands courants d'appel. Les centrales électriques domestiques asynchrones sont plus adaptées à l'alimentation de secours des maisons privées et des chalets.
Convertisseurs électroniques
Cependant, il n'est pas toujours rationnel ou pratique d'utiliser des centrales électriques à essence ou diesel. Il existe un moyen de sortir - pour obtenir un courant électrique alternatif monophasé ou triphasé à partir du courant continu. Pour ce faire, utilisez des convertisseurs ou, comme ils sont également appelés onduleurs.
Un onduleur est un appareil qui convertit l'amplitude et le type de courant électrique. Dans les magasins, vous pouvez trouver des onduleurs 12-220 ou 24-220 volts. En conséquence, ces appareils transforment des 12 ou 24 Volts constants en 220 V CA avec une fréquence de 50 Hz. Le diagramme du convertisseur le plus simple basé sur le pilote du convertisseur demi-pont IR2153 est illustré ci-dessous.
Un tel circuit produit une onde sinusoïdale modifiée en sortie. Il n'est pas entièrement adapté à l'alimentation d'une charge inductive, telle que les moteurs et les perceuses. Mais si ce n'est pas sur une base continue, il est tout à fait possible d'utiliser un onduleur aussi simple.
Les convertisseurs CC en CA avec une sortie d'onde sinusoïdale pure sont beaucoup plus chers et leur circuit est beaucoup plus compliqué.
Important! Lorsque vous achetez des modules de carte bon marché avec aliexpress, ne comptez pas sur un sinus pur ou une fréquence de 50 Hz. La plupart de ces appareils émettent un courant haute fréquence avec une tension de 220V. Il peut être utilisé pour alimenter divers radiateurs et lampes à incandescence.
Nous avons brièvement passé en revue les principes de la production de courant alternatif à la maison et à l'échelle industrielle. La physique de ce processus est connue depuis près de 200 ans, néanmoins, Nikola Tesla a été le principal vulgarisateur de cette méthode d'obtention d'énergie électrique à la fin du XIXe - première moitié du XXe siècle.La plupart des équipements ménagers et industriels modernes se concentrent sur l'utilisation d'un courant alternatif nominal pour l'alimentation.
Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo qui montre clairement comment fonctionne l'alternateur:
Vous ne savez sûrement pas:
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