Striedavý prúd a indukčný motor
Pri striedavom prúde (AC) tok elektrického náboja periodicky mení smer, zatiaľ čo pri jednosmernom prúde (DC, tiež dc) je tok elektrického náboja iba v jednom smere. Skratky AC a DC sa často používajú vo význame jednoducho striedavé a priame, ako keď upravujú prúd alebo napätie.
AC je forma, v ktorej sa elektrická energia dodáva firmám a rezidenciám. Zvyčajný tvar vlny obvodu striedavého prúdu je sínusoida. V určitých aplikáciách sa používajú rôzne tvary vĺn, ako sú trojuholníkové alebo štvorcové vlny. Zvukové a rádiové signály prenášané elektrickými vodičmi sú tiež príkladmi striedavého prúdu. V týchto aplikáciách je často dôležitým cieľom obnovenie informácií zakódovaných (alebo modulovaných) do signálu striedavého prúdu.
Prenos, distribúcia a domáce napájanie
Striedavé napätie možno zvýšiť alebo znížiť pomocou transformátora. Použitie vyššieho napätia vedie k výrazne efektívnejšiemu prenosu výkonu. Straty výkonu (PL) vo vodiči sú súčinom druhej mocniny prúdu (I) a odporu (R) vodiča, popísané vzorcom:
P = I2 . R
To znamená, že pri prenose pevného výkonu na danom vodiči, ak sa prúd zdvojnásobí, strata výkonu bude štyrikrát väčšia.
Prenesený výkon sa rovná súčinu prúdu a napätia (za predpokladu, že neexistuje žiadny fázový rozdiel); to je:
P = I. U
Rovnaké množstvo výkonu je teda možné prenášať nižším prúdom zvýšením napätia. Pri prenose veľkého množstva energie je preto výhodné distribuovať výkon vysokým napätím (často stovky kilovoltov).
Vysoké napätia však majú aj nevýhody, z ktorých hlavnou je zvýšená potrebná izolácia a vo všeobecnosti zvýšená náročnosť bezpečnej manipulácie s nimi. V elektrárni sa generuje energia s napätím vhodným pre návrh generátora a potom sa zvyšuje na vysoké napätie na prenos. V blízkosti záťaží sa prenosové napätie zníži na napätie používané zariadením. Spotrebiteľské napätia sa líšia v závislosti od krajiny a veľkosti záťaže, ale vo všeobecnosti sú motory a osvetlenie skonštruované tak, aby medzi fázami využívali až niekoľko stoviek voltov.
Spotrebné napätie dodávané do zariadení, ako je osvetlenie a záťaž motora, je štandardizované s povoleným rozsahom napätia, pri ktorom sa očakáva, že zariadenie bude fungovať. Štandardné napätie využitia energie a percentuálna tolerancia sa líšia v rôznych sieťových systémoch, ktoré sa nachádzajú vo svete.
Moderné vysokonapäťové systémy na jednosmerný prúd (HVDC) sú v kontraste s bežnejšími systémami striedavého prúdu ako prostriedku na efektívny hromadný prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti. HVDC systémy však bývajú drahšie a menej efektívne na kratšie vzdialenosti ako transformátory. Prenos pomocou vysokonapäťového jednosmerného prúdu nebol realizovateľný, keď Edison, Westinghouse a Tesla navrhovali svoje energetické systémy, pretože vtedy neexistoval spôsob, ako ekonomicky premeniť striedavý prúd na jednosmerný a späť pri potrebných napätiach.
Trojfázová výroba elektriny je veľmi bežná. Najjednoduchším prípadom sú tri samostatné cievky v statore generátora, ktoré sú navzájom fyzicky posunuté o uhol 120°. Vytvárajú sa tri prúdové krivky, ktoré majú rovnakú veľkosť a sú navzájom fázovo posunuté o 120°. Ak sú cievky pridané oproti týmto (60° rozstup), generujú rovnaké fázy s obrátenou polaritou, a tak môžu byť jednoducho prepojené. V praxi sa bežne používajú vyššie „poriadky“. Napríklad 12-pólový stroj by mal 36 cievok (10° rozstup). Výhodou je, že je možné použiť nižšie rýchlosti. Napríklad 2-pólový stroj bežiaci na 3600 ot./min a 12-pólový stroj bežiaci na 600 ot./min. produkujú rovnakú frekvenciu. To je oveľa praktickejšie pre väčšie stroje.
Ak je záťaž na trojfázovom systéme rovnomerne vyvážená medzi fázami, cez neutrálny bod nepreteká žiadny prúd. Dokonca aj v najhoršom prípade nevyváženej (lineárnej) záťaže, neutrálny prúd neprekročí najvyšší z fázových prúdov. Nelineárne záťaže (napr. počítače) môžu vyžadovať nadrozmernú nulovú zbernicu a nulový vodič v predradenom distribučnom paneli na zvládnutie harmonických. Harmonické môžu spôsobiť, že úrovne prúdu v neutrálnom vodiči prekročia úroveň jedného alebo všetkých fázových vodičov.
Pre trojfázové pri prevádzkových napätiach sa často používa štvorvodičový systém. Pri znižovaní trojfázového prúdu sa často používa transformátor s trojuholníkovým (3-vodičovým) primárom a hviezdicovým (4-vodičovým, stredovo uzemneným) sekundárnym, takže nie je potrebný neutrál na napájacej strane.
Pre menších zákazníkov (aký malý sa líši v závislosti od krajiny a veku inštalácie) sa do objektu dostane iba jedna fáza a nulový vodič alebo dve fázy a nulový vodič. Pri väčších inštaláciách sú všetky tri fázy a nulový vodič odvedené do hlavného distribučného panelu. Z trojfázového hlavného panelu môžu vychádzať jednofázové aj trojfázové obvody.
Trojvodičové jednofázové systémy s jedným stredovým transformátorom s dvomi živými vodičmi sú bežnou distribučnou schémou pre obytné a malé komerčné budovy v Severnej Amerike. Toto usporiadanie sa niekedy nesprávne označuje ako „dvojfázové“. Podobná metóda sa používa z iného dôvodu na stavbách v Spojenom kráľovstve. Malé elektrické náradie a osvetlenie má byť napájané miestnym stredovým transformátorom s napätím 55 V medzi každým napájacím vodičom a zemou. To výrazne znižuje riziko úrazu elektrickým prúdom v prípade, že sa jeden z vodičov pod napätím obnaží v dôsledku poruchy zariadenia, pričom medzi týmito dvoma vodičmi stále zostáva primerané napätie 110 V na chod náradia.
Tretí vodič, nazývaný väzobný (alebo uzemňovací) vodič, je často pripojený medzi bezprúdové kovové kryty a uzemnenie. Tento vodič poskytuje ochranu pred úrazom elektrickým prúdom v dôsledku náhodného kontaktu vodičov obvodu s kovovou kostrou prenosných spotrebičov a nástrojov. Spojenie všetkých bezprúdových kovových častí do jedného kompletného systému zaisťuje, že vždy existuje cesta s nízkou elektrickou impedanciou k zemi dostatočná na prenášanie akéhokoľvek poruchového prúdu tak dlho, ako bude systém potrebovať na odstránenie poruchy. Táto cesta s nízkou impedanciou umožňuje maximálne množstvo poruchového prúdu, čo spôsobí čo najrýchlejšie vypnutie alebo vyhorenie nadprúdového ochranného zariadenia (ističe, poistky), čím sa elektrický systém dostane do bezpečného stavu. Všetky spojovacie vodiče sú spojené so zemou na hlavnom servisnom paneli,
O vynálezcu prvého polyfázového systému súťažilo niekoľko vynálezcov: Tesla, Dolivo-Dobrowolsky, Haselwander, Bradley, Brown, Ferraris, Jonas Wenström, John Hopkinson .
Zdroj: https://teslaresearch.jimdofree.com/ac-the-induction-motor/
Ďalšie odkazy: