STŘÍDAVÝ PROUDV PRAXI

6. ledna 2013 VY_32_INOVACE_170214_Stridavy_proud_v_praxi_DUM

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

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

Vznik střídavého proudu - YouTube

další kapitolazpět na obsah

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.

Umax - amplituda napětí (maximální výchylka)ω - úhlová rychlost otáčení závitu

Hodnoty střídavého proudu a napětí

dále

tsinUu max

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.

Hodnoty střídavého proudu a napětí

dále

Obr. 1

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)

Hodnoty střídavého proudu a napětí

dále

Obr. 2

Střídavý proud popisujeme rovnicí:

i – je okamžitá hodnota střídavého prouduIm – amplituda prouduφ – fázový rozdíl mezi napětím a proudem

V praxi používáme Ief a označujeme ho jako I.

Ief = 0,7072 Imax

Hodnoty střídavého proudu a napětí

dále

)tsin(Ii max

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

Hodnoty střídavého proudu a napětí

další kapitolazpět na obsah

Střídavý proud na www.techmania.cz

Pro výpočet výkonu používáme efektivní hodnoty napětí a proudu.

Zdánlivý výkon

• největší možný výkon střídavého proudu (na něj je konstruováno elektrické vedení)

Činný výkon

• 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

Výkon střídavého proudu

dále

IUP

cosIUP

Jalový výkon

• 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.

Výkon střídavého proudu

dále

sinIUP Obr. 3

Výkon střídavého proudu

další kapitolazpět na obsah

Obr. 4

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.

Výroba střídavého proudu

dále

Při zapojení cívek kromě tří fází vznikne ještě vodič s nulovým potenciálem (nulák).

Výroba střídavého proudu

dále

Obr. 5

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:

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,….)

Výroba elektrického proudu

dále

V400V3230U

Nevýhody střídavého proudu

• složitější rekuperace (vracení energie do sítě)• nutnost synchronizovat všechny elektrické generátory v sítí

Výroba střídavého proudu

další kapitolazpět na obsah

• 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.

Transformátor

dále

Platí vztah:

k – transformační poměrU2 – napětí ve výstupní cívceU1 – napětí ve vstupní cívceN1 – počet závitů ve vstupní cívceN2- počet závitů ve výstupní cívce

k>1 – transformace nahoruk<1 – transformace dolu

Transformátor

dále

kNN

UU

1

2

1

2

Využití transformátorů

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%.

Transformátor

dále

Obr. 6

Transformátor

koneczpět na obsah

Teslův transformátor

Animace fce transformátoru

Obr. 8

Obr. 7

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/1000px-AC_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. 2013-01-06]. 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