Striedavý prúd Generátor striedavého prúdu Faradayov objav elektromagnetickej indukcie umožnil skonštruovat zariadenie, v ktorom možno získat elektrickú energiu na energetické úcely. Tento spôsob výroby striedavého napätia a prúdu si vysvetlíme na príklade jednoduchého generátora, v ktorom sa otáca vodivá slucka, príp. cievka v homogénnom magnetickom poli. Cievka tvorí rotor generátora a permanentné magnety alebo elektromagnety, ktoré tvoria homogénne magnetické pole, nazývame stator. Ked sa vodivá slucka otáca uhlovou rýchlostou , mení sa magnetický indukcný tok plochou S slucky. Indukcný tok je urcený t je uhol medzi indukcnými ciarami a normálou plochy=, kde =BS cos vztahom S slucky. t zmeny indukcného toku vyvolávajú/& #61508;Podla Faradayovho zákona U=- vznik indukovaného napätia, ktoré nameriame na koncoch cievky. Kedže zmena indukcného napätia je najväcšia v okamihu, ked sa vodice slucky pohybujú kolmo na indukcné ciary, má v tomto okamihu indukované napätie najväcšiu hodnotu. Naopak v okamihu, ked sa vodice pohybujú v smere indukcných ciar je zmena magnetického indukcného toku najmenšia a indukované napätie je nulové. Závislost indukovaného napätia od casu zobrazíme sínusoidou a pre jeho okamžitú hodnotu t.platí vztah u=Umsin V otácavej slucke sa indukuje harmonické napätie s amplitúdou Um. Velkost Um závisí nielen od velkosti magnetickej indukcie B a ).(Um=BSplochy slucky S, ale aj od uhlovej frekvencie Pre cinnost generátora nie je dôležité, ci sa otáca cievka v magnetickom poli, alebo naopak rotuje elektromagnet a cievka je v pokoji. Preto sa castejšie používa druhý spôsob, ked sa striedavý prúd z generátora odvádza pevnými svorkami. Odber prúdu je ovela jednoduchší a vznikajú menšie straty, ako keby sa prúd odoberal z rotora. Trojfázová sústava striedavých napätí Zdrojom striedavého napätia v elektrárnach je trojfázový alternátor. Stator alternátora tvoria tri cievky, ktorých osi zvierajú navzájom uhly 120°. Uprostred medzi cievkami sa otáca magnet. Indukované napätia v jednotlivých cievkach sú fázovo posunuté o 1/3 periódy. Trojfázový alternátor má dve hlavné casti. Stator sa skladá z plášta, ktorý je pevne priskrutkovaný na nosnú plošinu generátora, lebo musí odolávat velkému momentu sily. Jadro statora je zložené z tenkých izolovaných plechov a v jeho drážkach je uložené vinutie fázových cievok. Rotor alternátora je vlastne silný elektromagnet uložený na ocelovej osi v strede alternátora. Na obvode sú vyfrézované drážky, do ktorých je vložené budiace vinutie. Týmto vinutím prechádza jednosmerný prúd z dynama, ktoré je umiestnené na spolocnej osi a nazýva sa budic. Rotory alternátorov bývajú zvycajne konštruované na frekvenciu otácania 3000 otácok za minútu, takže alternátor je zdrojom troch napätí s frekvenciou 50 Hz. Jednotlivé napätia sú fázovo posunuté o 120°. V elektrárnach bývajú alternátory zväcša spojené s hriadelom hnacej turbíny. Celý agregát sa nazýva turboalternátor. Napätie z alternátora by sme mohli rozvádzat 6-timi vodicmi. V praxi sa využívajú sústavy - trojfázová sústava striedavých napätí, ktorú tvoria tri fázové vodice L1, L2, L3 a jeden nulový vodic N, ktorý býva uzemnený. Obvody fázových vodicov nazývame fázy sústavy. Keby sme napr. v case t=T/2 scítali okamžité napätia, zistíme, že u1+u2+u3= OV. Tento poznatok umožnuje spojit jeden koniec cievok alternátor do spolocného uzla. Fázové vodice sú pripojené k druhému koncu cievok a nulovací vodic N je spojený s uzlom. Medzi fázovými vodicmi a nulovacím vodicom je fázové napätie u1,u2,u3. V našej spotrebitelskej rozvodnej sieti majú fázové napätia efektívnu hodnotu U=220V. Medzi lubovolnými fázovými vodicmi je združené napätie u12, u13, u23. Jeho efektívna hodnota je 220 3 V = 380V. Elektrické spotrebice pripájame najcastejšie k fázovému a nulovaciemu vodicu. Ked spotrebice pripojené k jednotlivým fázovým vodicom majú rovnaký odpor R, bude nulovacím vodicom prechádzat prúd iN=i1+i2+i3=(u1+u2+u3)1/R = OA, takže nulovací vodic by bolo možné vynechat. Niektoré spotrebice, napr. elektromotory, transformátory sú konštruované tak, že jednotlivé fázy rozvodnej siete sú rovnomerne zatažované. Ich elektrický obvod (napr.vinutie) má tri rovnaké casti zapojené podla obrázka. Spojenie do hviezdy a spojenie do trojuholníka. Pri spojení do hviezdy sú jednotlivé casti spotrebica pripojené k fázovému napätiu (220V). Pri spojení do trojuholníka sú pripojené k vyššiemu združenému napätiu (380V). Preto je výkon spotrebica pri tomto spojení väcší. Elektromotor na trojfázový prúd Elektromotory sa zakladajú na pohybe vodicov s prúdom v magnetickom poli, ktoré zväcša býva budené prúdom vo vinutí statora. Pripojíme cievky k trojfázovému napätiu zo zdroja. Prúd v cievkach utvára magnetické pole, ktoré pôsobí na magnet. Magnet sa zacne otácat s rovnakou frekvenciou, ako je frekvencia striedavého prúdu. Prícinou otácania magnetu je vznik magnetického pola, ktorého vektor magnetickej indukcie periodicky mení smer. Je to tocivé magnetické pole. Osi cievok opät zvierajú uhol 120° a sú pripojené k fázovým vodicom. Základnom castou trojfázového elektromotora je stator, ktorého konštrukcia je podobná ako pri alternátore. Rotor alebo kotva je zhotovená z ocelových plechov s drážkami, v ktorých sú uložené silné vodice z hliníka alebo medi. V celách rotora sú vodice spojené prstencami, takže vinutie má tvar klietky. Prierez vodicov závisí od výkonu, na aký je motor skonštruovaný. Kedže sú vodice navzájom spojené, tento druh motora nazývame motor s kotvou nakrátko. Tocivé magnetické pole cievok statora indukuje vo vinutí kotvy velké prúdy. To má za následok vznik síl, ktoré kotvu roztocia v smere rotácie tocivého pola. Kotva sa však nikdy nemôže otácat rovnakou frekvenciou, ako sa otácal magnet, t.j. synchrónne s tocivým polom. Pri synchrónnom otácaní by totiž vinutie kotvy bolo vzhladom na indukcné ciary relatívne v pokoji, prúd by sa v nom neindukoval a prícina otácania by zanikla. Preto sa rotor otáca vždy s menšou frekvenciou, alebo asynchrónne. Elektromotory tohto druhu nazývame trojfázové asynchrónne elektromotory. Rozdiel frekvencie fp otácania tocivého pola a frekvencie fr otácania kotvy sa vyjadruje v percentách a volá sa sklz. s=(fp-fr)/fp Kedže kotva pri otácaní prekonáva odpor, indukcné ciary tocivého magnetického pola pretínajú vodice rotora a vinutím prechádza indukovaný prúd. Tento prúd je tým väcší, cím väcší je sklz a tým sa súcasne zväcšuje moment otácania motora. Transformátor Transformátory sú zariadenia, ktorými sa premienajú (transformujú) striedavé prúdy a napätia na iné hodnoty s rovnakou frekvenciou. Rozdelujeme ich na jednofázové a trojfázové.(princíp-elektromagnetická indukcia). Jednofázový transformátor
- dve cievky na spolocnom uzavretom jadre z mäkkej ocele. Do primárnej cievky sa