Transcript VY_32_INOVACE_170214_Stridavy_proud_v_praxi_DUM

6. ledna 2013
VY_32_INOVACE_170214_Stridavy_proud_v_praxi_DUM
STŘÍDAVÝ PROUD
V PRAXI
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.
Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,
registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
1.
Vznik
střídavého
proudu
2.
Hodnoty
střídavého
proudu a
napětí
3.
Výkon
střídavého
proudu
4.
Výroba
střídavého
proudu
5.
Transformátor
Vznik střídavého proudu
Střídavý proud
• mění periodicky svoji velikost a směr v závislosti na čase
• vzniká například při otáčení vodivé smyčky (cívky) v
homogenním magnetickém poli
• přitom se mění magnetický indukční tok a indukuje se
elektrické napětí, jehož velikost záleží na úhlu, pod kterým
protíná magnetická indukce indukční čáry
• v obvodu začne protékat proud, jehož velikost a směr záleží
na polaritě indukovaného napětí
Vznik střídavého proudu - YouTube
zpět na obsah
další kapitola
Hodnoty střídavého proudu a napětí
Střídavý proud obecně může být:
• periodický (pravidelně se mění velikost a směr proudu)
• neperiodický (proud se mění nepravidelně)
Střídavý proud, který se periodicky mění s funkcí sinus, se nazývá
harmonický. Okamžitá hodnota harmonického střídavého napětí je
dána vztahem.
u  U max  sin   t
Umax - amplituda napětí (maximální výchylka)
ω - úhlová rychlost otáčení závitu
dále
Hodnoty střídavého proudu a napětí
Doba jedné otočky se nazývá perioda – T [s]. Počet period za
sekundu je frekvence – f [Hz]. Během jedné otočky projde vodičem
proud jedním a opačným směrem.
Obr. 1
dále
Hodnoty střídavého proudu a napětí
Obr. 2
Umax – špičkové napětí
(v zásuvce 325V)
Ustř – střední hodnota
absolutních hodnot napětí
(=0,6366 Umax)
Uef – efektivní hodnota
(značí se jako U) Je definována jako velikost stejnosměrného napětí,
které by v rezistoru vyvolalo stejný tepelný účinek.
Uef = 0,7072 Umax (v zásuvce 230V)
dále
Hodnoty střídavého proudu a napětí
Střídavý proud popisujeme rovnicí:
i  I max  sin(   t   )
i – je okamžitá hodnota střídavého proudu
Im – amplituda proudu
φ – fázový rozdíl mezi napětím a proudem
V praxi používáme Ief a označujeme ho jako I.
Ief = 0,7072 Imax
dále
Hodnoty střídavého proudu a napětí
V elektrárnách se střídavý proud vyrábí v alternátorech. V energetice
se využívá střídavé napětí nízké frekvence (f = 50 Hz).
Podle frekvence střídavého napětí dělíme střídavé proudy na:
• nízkofrekvenční – do 20 Hz
• vysokofrekvenční – nad 20 Hz
Střídavý proud na www.techmania.cz
zpět na obsah
další kapitola
Výkon střídavého proudu
Pro výpočet výkonu používáme efektivní hodnoty napětí a proudu.
Zdánlivý výkon
P U I
• největší možný výkon střídavého proudu (na něj je konstruováno
elektrické vedení)
Činný výkon
P  U  I  cos 
• cos φ vyjadřuje závislost činného výkonu na fázovém posunu
(účiník, má velikost 0-1)
Pozn.: malý účiník – energie se mění jen v malé míře v užitečnou
práci a prochází tzv. jalový proud
dále
Výkon střídavého proudu
Jalový výkon
Obr. 3
P  U  I  sin 
• část výkonu, která se obvodem
přelévá tam a zpět (výkon, který
nepracuje)
Činný výkon lze měřit wattmetrem.
Jalový
výkon
lze
též
měřit
wattmetrem, ale napěťovou svorkou
musí jít napětí fázově posunuté o π/2.
dále
Výkon střídavého proudu
Obr. 4
zpět na obsah
další kapitola
Výroba střídavého proudu
Trojfázová soustava
V alternátoru můžeme využít tři indukční cívky, které tvoří stator.
Vznikají tři střídavé proudy neboli fáze. Cívkami neprotékají ve
stejném okamžiku stejné proudy, protože jsou fázově posunuty o
120°. Okamžitá hodnota trojfázového proudu je rovna 0.
Rotorem je otáčivý elektromagnet. Pohybem rotoru se v cívkách
statoru indukuje střídavé napětí. Rotor je opatřen vodivými kroužky,
kterými se do vinutí přivádí stejnosměrný proud z dynama (budič).
Čtyři vodiče přenášejí tři posunutá střídavá napětí. Cívky mohou být
zapojeny do hvězdy nebo do trojúhelníku.
dále
Výroba střídavého proudu
Při zapojení cívek kromě tří fází vznikne ještě vodič s nulovým
potenciálem (nulák).
Obr. 5
dále
Výroba elektrického proudu
Mezi fázovým a nulovacím vodičem je tzv. fázové napětí. Ve spotřebitelské
síti má fázové napětí efektivní hodnotu 230V. Mezi fázovými vodiči je
sdružené napětí, které je v rozvodné síti:
U  230 
3V  400V
Výhody používání střídavého proudu
• snadnější výroba v porovnání se stejnosměrným proudem
• výhodný přenos dálkovým vedením transformací na vysoké napětí a nízký
proud (sníží se ztráty vzniklé zahříváním vodičů)
• generátory (alternátory) mají jednodušší konstrukci než obdobné na
stejnosměrný proud
• jednodušší konstrukce přístrojů užívaných k vypínání a zapínaní (pojistky,
jističe,….)
dále
Výroba střídavého proudu
Nevýhody střídavého proudu
• složitější rekuperace (vracení energie do sítě)
• nutnost synchronizovat všechny elektrické generátory v sítí
zpět na obsah
další kapitola
Transformátor
• slouží ke zvyšování nebo snižování elektrického napětí
• jsou ve velkých elektrorozvodných stanicích, adaptérech pro notebook
nebo v nabíječkách pro mobilní telefony.
• princip je založen na elektromagnetické indukci
Princip jednofázového transformátoru
Skládá se ze dvou cívek, které jsou na společném ocelovém jádře
(vstupní – primární, výstupní – sekundární). Pokud vstupní cívkou
prochází střídavý proud, v jádře transformátoru vzniká proměnlivé
magnetické pole, které způsobuje ve výstupní cívce indukci
střídavého napětí.
Transformace napětí záleží na počtu závitů v cívkách.
dále
Transformátor
Platí vztah:
U2
N2

k
U1
N1
k – transformační poměr
U2 – napětí ve výstupní cívce
U1 – napětí ve vstupní cívce
N1 – počet závitů ve vstupní cívce
N2- počet závitů ve výstupní cívce
k>1 – transformace nahoru
k<1 – transformace dolu
dále
Transformátor
Využití transformátorů
Obr. 6
Autotransformátor
• v elektrických laboratořích
• ve trakčních kolejových vozidlech
Jednofázové transformátory
• v rozhlasových přijímačích
• v televizorech
• v měřících přístrojích
Pozn.: účinnost malých transformátorů je 90-95%, účinnost velkých
transformátorů v rozvodných sítích je až 98%.
dále
Transformátor
Obr. 8
Obr. 7
Animace fce transformátoru
Teslův transformátor
zpět na obsah
konec
POUŽITÁ LITERATURA
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus,
2003. ISBN 80-7196-223-6
CITACE ZDROJŮ
Obr. 1 FDOMINEC. Soubor:Voltage graph cs.svg: Wikimedia Commons [online]. 10 May 2007 [cit.
2013-01-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Voltage_graph_cs.svg
Obr. 2 FDOMINEC. Soubor:Ac voltages max-ef-avg.svg: Wikimedia Commons [online]. 10 May
2007 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/Ac_voltages_max-ef-avg.svg
Obr. 3 AUDRIUS MEŠKAUSKAS. Soubor:Wattmeter.jpg: Wikimedia Commons [online]. 20 April
2006 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Wattmeter.jpg
Obr. 4 KADLEC, Petr. File:AC power graph f0.8.svg: Wikimedia Commons [online]. 23 September
2007 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2e/AC_power_graph_f0.8.svg/1000pxAC_power_graph_f0.8.svg.png
Obr. 5 ŠTARMAN, Václav. Soubor:Trojúhelník.svg: Wikimedia Commons [online]. 22 April 2012 [cit.
2013-01-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/20/Troj%C3%BAheln%C3%ADk.svg
CITACE ZDROJŮ
Obr. 6 C J COWIE. Soubor:Variable Transformer 01.jpg: Wikimedia Commons [online]. 8 December
2005 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Variable_Transformer_01.jpg
Obr.7 DIRK-LÜDER KREIE. Soubor:Schaltbild Trafo.png: Wikimedia Commons [online]. 18 June
2005 [cit. 2013-01-06]. Dostupné podl licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Schaltbild_Trafo.png
Obr. 8 JX. Soubor:Transformer3d col3 cs.svg: Wikimedia Commons [online]. 12 January [cit. 201301-06]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Transformer3d_col3_cs.svg
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová