Bez elektrické energie se v současné době neobejde nikdo. Elektrickou energii získáváme v elektrárnách pomocí elektromagnetické indukce, na jejímž principu pracují generátory elektrické energie. Nazýváme je alternátory.
Výroba a rozvod elektrické energie se dnes děje téměř výhradně trojfázovým proudem, který vzniká v alternátoru.
V rozvodné síti se používá třífázové napětí se třemi stejnými, navzájem posunutými střídavými napětími.
Trojfázová soustava je založena na poznatku, že součet okamžitých hodnot střídavých napětí v každém okamžiku je roven nule.
$ u_1 + u_2 + u_3 = 0 $
Alternátor se skládá ze dvou hlavních částí:
je tvořený elektromagnetem, který se otáčí a vytváří tak nestacionární magnetické pole.
je tvořený soustavou tří cívek, ve kterých se indukuje střídavé napětí
Cívky jsou vzhledem k rotoru ve stejné poloze, přičemž rozdíl mezi cívkami je 120°. Napětí na cívkách jsou tedy posunuta o třetinu periody. Jeden konec každé z cívek je spojen do společného uzlu, který je obvykle uzemněn. Vodič spojený s uzlem se nazývá nulový vodič. Vodiče připojené k volným koncům cívek jsou fázové vodiče. Napětí mezi fázovým a nulovým vodičem se nazývá fázové napětí. Ve spotřebitelské síti má fázové napětí hodnotu 230 V. Napětí mezi dvěma fázovými vodiči nazýváme sdružené napětí. Sdružené napětí má ve spotřebitelské síti hodnotu 380 V.
Cívky v alternátoru jsou součástí statoru. Změnila by se situace, kdyby cívky tvořily rotor?
Na obrázku je zakreslen časový průběh napětí na cívce alternátoru. Překreslete si obrázek do sešitu a zakreslete průběh napětí na dalších dvou cívkách.
Spotřebiče s velkým výkonem se připojují ke všem fázovým vodičům najednou. Mluvíme o zapojení do hvězdy nebo do trojúhelníku. Při zapojení do hvězdy jsou jednotlivé spotřebiče připojené na fázové napětí 230 V a při zapojení do trojúhelníku na sdružené napětí 380 V.
Jak je zapojena elektřina v domácnosti?
Elektromotor je zařízení, ve kterém se přeměňuje elektrická energie na energii mechanickou. Používají se v mnoha zařízeních, například pro pohon zubní vrtačky, praček, fénů, mixérů a dalších zařízení.
Elektromotory jsou založené na principu pohybu vodičů, na které působí magnetická síla, v magnetickém poli.
Asynchronní elektromotor se skládá ze dvou částí:
Pro asynchronní elektromotory je typické, že frekvence otáček pole a kotvy se liší.
Rozdíl mezi frekvencí otáčení magnetického pole a rotoru se nazývá skluz. S rostoucím zatížením motoru klesá frekvence otáčení, zvětšuje se skluz, zvětšuje se procházející proud a zvětšuje se tak tahová síla motoru.
Pro velikost skluzu elektromotoru platí:
$ s = \frac {f_p - f_r} {f_p} \cdot 100 % $
V okamžiku spuštění elektromotoru bývá skluz 100%, což má za následek proudový náraz v síti. Za běhu motoru se skluz pohybuje mezi 2 – 5 %.
Výzkumem točivého magnetického pole a asynchronního elektromotoru se zabýval Nikola Tesla.
Transformátorem lze měnit střídavé napětí na jiné napětí téže frekvence. Činnost transformátoru je založena na elektromagnetické indukci.
Transformátor tvoří dvě cívky, které se liší počtem závitů, nasazené na společném uzavřeném ocelovém jádře. Primární cívku připojíme ke zdroji střídavého napětí. Průchodem střídavého proudu se v jádře vytváří nestacionární magnetické pole, které indukuje v závitech sekundární cívky napětí.
Označíme-li počet závitů primární cívky N1, počet závitů sekundární cívky N2, napětí na primární cívce U1, napětí na sekundární cívce U2 a proudy procházející cívkami I1 a I2, potom platí:
$$ \frac {U_2} {U_1} = \frac {N_2} {N_1} = \frac {I_1} {I_2} = k $$
Veličina k se nazývá transformační poměr. Je-li transformační poměr větší než 1, je sekundární napětí vyšší než primární a mluvíme o transformaci nahoru. Jestliže je transformační poměr menší než 1, je primární napětí vyšší než sekundární a mluvíme o transformaci dolů.
Napětí na cívkách transformátoru je přímo úměrné počtu závitů jednotlivých cívkách.
Chceme transformovat síťové napětí 230 V na napětí 6 V. Navrhněte, jaké cívky použijete, jestliže máte k dispozici cívky, které mají 20, 200, 240, 300, 9200, 10500, 14000 závitů.
Jaký proud prochází primární cívkou?
Jaký je transformační poměr
Kolik závitů má sekundární cívka, když primární má 350 závitů?
Výše popsaný transformátor je transformátor jednofázový. Ten se používá především v malých spotřebičích, když potřebujeme snížit síťové napětí 230 V na menší hodnotu. Existují i transformátory trojfázové, které jsou tvořené soustavou tří primárních a tří sekundárních cívek, jejichž využití je důležité zejména v energetice k transformaci trojfázového proudu.
Při činnosti transformátoru vznikají ztráty, protože část elektrické energie se mění v teplo. Proto je nutné je chladit a podle typu chlazení dělíme transformátory na vzduchové a olejové. Účinnost menších transformátorů se obvykle pohybuje kolem 90 % a chladíme je vzduchem, účinnost větších transformátorů dosahuje až 98 % a k chlazení se používá olej.
Pracovní list: energetika