STŘÍDAVÝ PROUD V PRAXI

1. 6. ledna 2013VY_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.

2. 1. Vznik střídavého proudu 3. Výkon střídavého proudu 4. Výroba střídavého proudu 2. Hodnoty střídavého proudu a napětí 5. Transformátor

3. 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

4. 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. • Umax - amplituda napětí (maximální výchylka) • ω - úhlová rychlost otáčení závitu dále

5. 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

6. Hodnoty střídavého proudu a napětí 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) Obr. 2 dále

7. Hodnoty střídavého proudu a napětí Střídavý proud popisujeme rovnicí: 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

8. 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

9. Výkon střídavého proudu • 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 dále

10. Výkon střídavého proudu • 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. Obr. 3 dále

11. Výkon střídavého proudu Obr. 4 zpět na obsah další kapitola

12. 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

13. Výroba střídavého proudu Při zapojení cívek kromě tří fází vznikne ještě vodič s nulovým potenciálem (nulák). Obr. 5 dále

14. 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: • Výhody používání střídavého proudu • snadnější výroba v porovnání se stejnosměrným proudem • výhodný přenos dálkovým vedenímtransformací 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

15. Výroba střídavého proudu • Nevýhody střídavého proudu • složitější rekuperace (vracení energie do sítě) • nutnost synchronizovat všechny elektrické generátory v sítí zpět na obsah další kapitola

16. 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

17. Transformátor Platí vztah: 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

18. Transformátor • 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%. Obr. 6 dále

19. Transformátor Obr. 8 Obr. 7 Animace fce transformátoru Teslův transformátor zpět na obsah konec

20. POUŽITÁ LITERATURA ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

21. CITACE ZDROJŮ Obr. 1 FDOMINEC. Soubor:Voltagegraphcs.svg: WikimediaCommons [online]. 10 May 2007 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Voltage_graph_cs.svg Obr. 2 FDOMINEC. Soubor:Acvoltagesmax-ef-avg.svg: WikimediaCommons [online]. 10 May 2007 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/Ac_voltages_max-ef-avg.svg Obr. 3 AUDRIUS MEŠKAUSKAS. Soubor:Wattmeter.jpg: WikimediaCommons [online]. 20 April 2006 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Wattmeter.jpg Obr. 4 KADLEC, Petr. File:AC powergraph f0.8.svg: WikimediaCommons [online]. 23 September 2007 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons 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: WikimediaCommons [online]. 22 April 2012 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/20/Troj%C3%BAheln%C3%ADk.svg

22. CITACE ZDROJŮ Obr. 6 C J COWIE. Soubor:VariableTransformer 01.jpg: WikimediaCommons [online]. 8 December 2005 [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Variable_Transformer_01.jpg Obr.7 DIRK-LÜDER KREIE. Soubor:Schaltbild Trafo.png: WikimediaCommons [online]. 18 June 2005 [cit. 2013-01-06]. Dostupné podl licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Schaltbild_Trafo.png Obr. 8 JX. Soubor:Transformer3d col3 cs.svg: WikimediaCommons [online]. 12 January [cit. 2013-01-06]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Transformer3d_col3_cs.svg Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

23. Děkuji za pozornost. Miroslava Víchová