Je prostě nemožné si představit moderní svět bez elektřiny a elektrických spotřebičů. Všechno, na co jsme tak zvyklí: osvětlení, domácí spotřebiče, počítače, televize, je nějak spojeno s napájením. Je však třeba poznamenat, že některá zařízení pracují na střídavý proud, zatímco jiná jsou napájena zdroji stejnosměrného proudu.
Stejnosměrný proud se nazývá proud, který po určitou dobu nemění svůj směr a velikost. Stejnosměrný proud má tedy konstantní napětí a proud.
Používá se stejnosměrný proud:
- Pro přenos elektřiny po vedení vysokého napětí (například 500 kV). To je způsobeno skutečností, že pokud se použije střídavý proud stejného napětí, s přihlédnutím k hodnotám amplitudy napětí a jejich poklesu, mohou tato napětí několikrát překročit hodnotu stejnosměrného napětí. Použití střídavého proudu ve vysokonapěťových drátech povede k dodatečným nákladům na izolační materiály, což výrazně zvýší náklady na elektrické vedení.
- V kontaktních sítích elektrické dopravy – trolejbusy a tramvaje – do 3000 V.
- V sítích do 1000 V pro elektromotory s obtížnými startovacími podmínkami – válcovny, odstředivky atd.
- Pro elektrické sítě do 500 V, používá se pro zdvihací mechanismy – elektrické jeřáby.
- Jako zdroj energie pro různé přenosné domácí spotřebiče – svítilny, audio přijímače, diagnostické přístroje, multimetry, mobilní telefony.
Tok elektronů jde přísně přímočaře, aniž by osciloval nebo se jakkoli měnil. Takový proud nemá frekvenci, protože nedochází k oscilacím. Tok elektronů (každý elektron) se pohybuje striktně jedním směrem od „mínusu“ k „plusu“. To je důvod, proč je tak důležité zachovat polaritu baterií. Pokud připojíte dvě „mínusy“ nebo dvě „plusy“, proud prostě nepoteče.
Za zmínku stojí, že v obtížných startovacích podmínkách – tedy pokud je rozběhový moment vysoký a je vyžadována plynulá regulace rychlosti, trakce a rozběhového momentu – se používají stejnosměrné motory. Jsou to například motory elektrických vozidel, elektrické mlýny a odstředivky.
Stejnosměrný proud najdeme nejčastěji v různých bateriích – akumulátorech a bateriích. Řekněme, že auta používají 12V DC baterie; Pro stavební zařízení se používají například rypadla, buldozery, baterie s napětím 24 V, baterie mobilního telefonu autora je stejnosměrné napětí 3,7 V.
Každý stejnosměrný zdroj má dvě svorky nebo konektory označené plus (+) a mínus (-). Předpokládá se, že stejnosměrný proud se pohybuje od kladného pólu (+) k zápornému pólu (-) a mezi ně lze připojit zařízení (například žárovku).
Ve skutečnosti procesy probíhající ve stejnosměrné elektrické síti probíhají velmi rychle a není možné je zobrazit v reálném čase.
Schematicky je působení stejnosměrného proudu v nejjednodušší síti mnohokrát zpomaleno. Poskytuje nejúplnější obrázek o procesech probíhajících v DC síti.
Střídavý proud – jedná se o proud, který po určitou dobu mění svůj směr. Frekvence změn směru se měří v hertzech. 1 hertz (Hz) znamená, že celý cyklus změny směru (tam a zpět) je dokončen za jednu sekundu. V evropských zemích, včetně Ruska, elektrické sítě pro domácnost používají jednofázový střídavý proud s frekvencí 50 Hz, to znamená, že mění svůj směr 100krát za sekundu.
Za jednu sekundu tak vláknem lampy hořícím na běžném stole projde proud 50x v jednom směru a XNUMXx v opačném směru.
Americké a kanadské rozvodné sítě používají střídavý proud 60 Hz místo běžného střídavého proudu 50 Hz.
Stejně jako má zdroj stejnosměrného proudu dvě svorky – kladnou a zápornou, má jednofázový zdroj střídavého proudu dvě svorky nebo konektory nazývané „fáze“ a „nula“.
Mimochodem, střídavý proud v domácí zásuvce se nazývá jednofázový, právě kvůli přítomnosti jednoho „fázového“ konektoru. Hodnota napětí jednofázového střídavého proudu je 220 V.
Střídavý proud působí následovně: střídavý proud se začne pohybovat z „fáze“ směrem k „nule“, dosáhne ji, zastaví se a poté se pohybuje v opačném směru.
Vlastnosti jednofázového střídavého proudu jsou:
- Průměrná hodnota střídavého proudu za dané období je nulová.
- Střídavý proud za určitou dobu mění nejen směr pohybu, ale také jeho velikost.
- Efektivní hodnota střídavého proudu je síla takového stejnosměrného proudu, při které se průměrný výkon, který se uvolní ve vodiči v obvodu střídavého proudu, rovná výkonu, který se uvolní ve stejném vodiči v obvodu stejnosměrného proudu. Když mluví o proudech a napětích ve střídavé síti, mají na mysli jejich efektivní hodnoty.
Tok elektronů neustále kmitá na určité frekvenci (50 hertzů) a vytváří sinusovku (vlnovku).
Tok elektronů se pohybuje dle libosti, jednotlivé elektrony v toku se také pohybují chaoticky. U střídavého proudu není polarita nutná.
Efektivní střídavé napětí v běžné domácí zásuvce je 220 voltů.
Široké použití střídavého proudu v technologii a pro domácí potřeby je způsobeno tím, že střídavý proud se snadno transformuje. Napětí v AC síti lze snadno zvýšit nebo snížit pomocí speciálního zařízení – transformátoru.
Transformátor je elektromagnetické zařízení, které převádí střídavý proud prostřednictvím elektromagnetické indukce tak, že napětí v síti několikrát klesne nebo vzroste bez změny frekvence a prakticky bez ztráty výkonu.
Pro převod střídavého napětí směrem dolů (například výkonové transformátory z 10 000 V městských sítí na 220 V domácí sítě) se používají snižovací transformátory. Pro převod síťového napětí směrem nahoru se používají stupňovité transformátory.
Dnes neexistuje jediná oblast technologie, kde by se elektřina nepoužívala v té či oné formě. Mezitím požadavky na elektrická zařízení souvisejí s typem proudu, který je napájí. A i když je střídavý proud dnes velmi rozšířený po celém světě, přesto existují oblasti, kde se bez stejnosměrného proudu prostě neobejdete.
Prvními zdroji využitelného stejnosměrného proudu byly galvanické články, které v principu chemicky vyráběly stejnosměrný proud, což je tok elektronů pohybujících se jedním konstantním směrem. Proto se tomu říká „stejnosměrný proud“.
Stejnosměrný proud se dnes získává nejen z baterií a akumulátorů, ale také usměrňováním střídavého proudu. Tento článek pojednává přesně o tom, kde a proč se v naší době používá stejnosměrný proud.
Začněme trakčními motory elektrické dopravy. Metro, trolejbusy, motorové lodě a elektrické vlaky jsou tradičně poháněny motory poháněnými stejnosměrným proudem. Stejnosměrné motory se původně lišily od střídavých motorů tím, že mohly plynule měnit rychlost při zachování vysokého točivého momentu.
Střídavé napětí je usměrněno v trakční rozvodně, poté je přivedeno do kontaktní sítě – takto se získává stejnosměrný proud pro veřejnou elektrickou dopravu. Na motorových lodích lze elektřinu pro pohon motorů získat z dieselových stejnosměrných generátorů.
Elektromobily také využívají stejnosměrné motory, které jsou poháněny baterií, a zde opět dostáváme výhodu rychle se vyvíjejícího hnacího momentu a máme další důležitou výhodu – možnost rekuperačního brzdění. Při brzdění se motor mění na stejnosměrný generátor a nabíjí baterii.
Výkonné mostové jeřáby v hutních provozech, kde je potřeba plynule manipulovat s obrovskými a monstrózně těžkými pánvemi s roztaveným kovem, využívají díky skvělé nastavitelnosti opět stejnosměrné motory. Stejná výhoda platí pro použití stejnosměrných motorů u kráčejících rypadel.
Bezkomutátorové stejnosměrné motory jsou schopny vyvinout obrovské rychlosti otáčení, měřené v desítkách a stovkách tisíc otáček za minutu. Vysokootáčkové stejnosměrné elektromotory malých rozměrů se tak instalují na pevné disky, kvadrokoptéry, vysavače atd. Nepostradatelné jsou také jako krokové pohony pro ovládání různých podvozků.
Samotný průchod elektronů a iontů v jednom směru stejnosměrným proudem činí stejnosměrný proud zásadně nenahraditelným při provádění elektrolýzy.
Rozkladná reakce v elektrolytu působením stejnosměrného proudu umožňuje usazování určitých prvků na elektrodách. Takto se získává hliník, hořčík, měď, mangan a další kovy a také plyny: vodík, fluor atd. a mnoho dalších látek. Díky elektrolýze, tedy v podstatě stejnosměrnému proudu, existují celá odvětví hutnictví a chemického průmyslu.
Galvanotechnika je nemyslitelná bez stejnosměrného proudu. Kovy se ukládají na povrch výrobků různých tvarů, zejména se takto provádí chromování a niklování, vznikají tiskové formy a kovové pomníky. Co můžeme říci o použití galvanizace v lékařství k léčbě nemocí.
Svařování stejnosměrným proudem je mnohem efektivnější než střídavým proudem, svar je mnohem kvalitnější než při svařování stejného výrobku stejnou elektrodou, ale střídavým proudem. Všechny moderní svařovací invertory dodávají elektrodě konstantní napětí.
Výkonné obloukové lampy instalované ve filmových projektorech mnoha profesionálních filmových studií poskytují rovnoměrné světlo bez hučícího oblouku právě proto, že oblouk je napájen stejnosměrným proudem. LED diody jsou v zásadě napájeny stejnosměrným proudem, a proto je většina dnešních světlometů napájena stejnosměrným proudem, i když získaným konverzí střídavého síťového proudu nebo z baterií (což je někdy velmi výhodné).
Spalovací motor auta sice pohání benzín, ale startuje ho baterie. A tady je stejnosměrný proud. Startér dostává energii z 12voltové baterie a v okamžiku startu z ní odebírá desítky ampér proudu.
Po nastartování se akumulátor v autě dobíjí generátorem, který vyrábí střídavý třífázový proud, který se okamžitě usměrní a přivede na svorky akumulátoru. Akumulátor nelze nabíjet střídavým proudem.
A co záložní zdroje? I když se kvůli havárii zastaví obrovská elektrárna, pomocné baterie pomohou nastartovat turbogenerátory. A nejjednodušší domácí nepřerušitelné zdroje napájení pro počítače se také neobejdou bez baterií poskytujících stejnosměrný proud, který se ve střídači přeměňuje na střídavý. A signální lampy a nouzové osvětlení jsou téměř vždy napájeny bateriemi, což znamená, že i zde se hodí stejnosměrný proud.
I ponorka používá na palubě stejnosměrný proud k pohonu elektromotoru, který roztáčí vrtuli. Přestože rotace turbogenerátoru na nejmodernějších lodích s jaderným pohonem je dosahována pomocí jaderných reakcí, elektrická energie je do motoru dodávána ve formě stejného stejnosměrného proudu. Totéž platí pro diesel-elektrické ponorky.
A samozřejmě to nejsou jen elektrické důlní lokomotivy, nakladače nebo elektromobily, které využívají stejnosměrný proud z baterií. Všechny elektronické vychytávky, které s sebou nosíme, obsahují lithiové baterie, které produkují konstantní napětí a jsou nabíjeny konstantním proudem z nabíječek. A když si vzpomeneme na radiokomunikace, televizi, rozhlasové a televizní vysílání, internet atd. Ve skutečnosti se ukazuje, že velká část všech zařízení je napájena přímo či nepřímo stejnosměrným proudem z baterií.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky
Rozvíjejte své profesní dovednosti:
Vyberte si vhodný formát a témata!
