(Příklad využití střídavého proudu v praxi.) Střídavý proud (Příklad využití střídavého proudu v praxi.) © Jakub Šmarda, ET2 10/2008

Střídavý proud – základní informace Střídavý proud mění s časem svůj směr i velikost periodicky, tj. opakovaně v pravidelných časových úsecích. Anglická zkratka AC (Alternating Current), značí se vlnovkou >> Může být: - periodický ( pravidelně se mění, má frekvenci a jeho průběh má v rámci 1 kmitu i tvar ) - neperiodický Nejčastější průběh střídavého proudu je průběh harmonický neboli sinusový. Je vyjádřen tzv. sinusoidou.

Střídavý proud - FREKVENCE Se střídavým proudem se pojí frekvence. Frekvence určuje počet cyklů za sekundu. symbol: f základní jednotka SI: hertz, značka: Hz Platí vztahy: (mezi frekvencí a periodou) (úhlová frekvence)

Střídavý proud - NAPĚTÍ Se střídavým proudem úzce souvisí i střídavé napětí. Střídavé napětí dělíme na 3 typy – maximální, efektivní a střední. Špičkové napětí Umax: - napětí maximální - v zásuvce: Umax = 325 V Efektivní napětí Uef: - skutečné napětí - běžně označujeme pouze „ U “ - v zásuvce: Uef = 230V Střední napětí Uavg: - průměr absolutních hodnot napětí - naměříme stejnosměrným voltmetrem, ale musíme jej předem usměrnit !

Střídavý proud - USMĚRŇOVAČ Usměrňovač je elektrické zařízení, díky němuž můžeme přeměnit střídavý proud na proud stejnosměrný. Většina spotřebičů totiž potřebuje ke své činnosti proud stejnosměrný, avšak v elektrické síti nalezneme proud střídavý. Usměrňovač tím pádem bývá v elektrických přístrojích, které jsou napájeny z elektrické sítě. Usměrňovače se ale také používají v napájecích soustavách elektrických trakčních vozidel (lokomotivy, tramvaje, trolejbusy, metro…). Usměrňovače se dělí: - polovodičové ( křemíkové, selenové, germaniové,… ) - elektronkové - rtuťové - neřízené (diodové,…) - řízené (tyristorové,…) - aktivní - jednofázové (jednopulsní,…) - třífázové (šestipulsní,…) - vícefázové

Střídavý proud - OBVODY Jestliže budeme v konstantním magnetickém poli rovnoměrně otáčet cívkou, pak se na jejích vývodech bude indukovat střídavé napětí. Střídavé napětí a střídavý proud mají stejnou frekvenci f , ale podle charakteru zátěže můžeme určit tzv. fázový posuv. Na součástkách s kapacitou (např.: kondenzátor) má proud proti napětí fázový předstih, avšak na součástkách s indukčností (např.: cívka) má proud naopak fázové zpoždění. Součástka s elektrickým odporem (např.: rezistor) nevytváří žádný fázový posuv – proud a napětí jsou ve fázi. Lineární zátěž je ve střídavém obvodu vyjádřena impedancí. Impedance závisí na zdánlivých odporech (induktance, kapacitance) jednotlivých součástek proti průchodu střídavého proudu.

Střídavý proud – VÝKON a VÝROBA Kromě proudu a napětí se mění také elektrický výkon. Výpočet: (výkon zdánlivý……………..výkon jalový……………………….výkon činný) (U a I jsou efektivní hodnoty, cos j je fázový posuv mezi proudem a napětím = účiník) VÝROBA: Střídavý proud vzniká elektromagnetickou indukcí v generátoru, který se nazývá alternátor. Frekvence otáčení v generátoru určí frekvenci střídavého proudu. Pokud se otáčení bude dít se stálou úhlovou rychlostí, vznikne harmonický (sinusový) průběh.

Střídavý proud – TROJFÁZOVÁ SOUSTAVA Střídavý proud se vyrábí pomocí synchronních generátorů (alternátorů), které obsahují u dvoupólových přístrojů tři cívky navzájem otočené o 120 stupňů. Střídavé napětí, které vznikne v takovém generátoru, se nazývá trojfázové nebo třífázové napětí. Cívky generátoru mohou být zapojeny do hvězdy nebo trojúhelníka, takže generátor má tři vývody, které nazýváme fáze. Každá ze tří fází má průběh napětí proti sousedním fázím fázově posunut o 120 stupňů. Všechny alternátory veřejné elektrické sítě pracují navzájem synchronně s jmenovitou frekvencí 50 Hz. Při zapojení cívek do hvězdy vznikne kromě tří fází ještě vodič s nulovým elektrickým potenciálem, který se nazývá nulový vodič. Elektrické napětí mezi nulový vodičem a druhou svorkou cívky se nazývá fázové napětí, okamžité napětí měřené mezi dvěma libovolnými fázemi (vzniklé díky vzájemnému fázovému posunu o 120 stupňů) se nazývá napětí sdružené. Díky třífázové soustavě můžeme odebírat konstantní výkon.

Střídavý proud – TROJFÁZOVÁ SOUSTAVA Zapojení Trojúhelník - Hvězda

Střídavý proud – SROVNÁNÍ SE STEJNOSMĚRNÝM PROUDEM Střídavý proud se používá díky snadnější výrobě v elektrárnách, k dálkovému přenosu a také kvůli snadnějšímu vypínání. Chceme-li dosáhnout co nejmenších přenosových ztrát přetransformujeme el. napětí na napětí vysoké a na nízký proud, čímž se sníží ztráty vzniklé vlivem zahřívání elektrického vedení. Zásadní výhodou střídavého proudu je ve srovnání se stejnosměrným jeho jednodušší výroba a distribuce: jednoduché zvyšování a snižování napětí pomocí transformátoru, generátory střídavého proudu ve srovnání se stejnosměrnými dynamy nevyžadují komutátory >> jsou jednodušší z hlediska výroby i údržby. Hlavní nevýhodou střídavého proudu je ve srovnání se stejnosměrným složitější rekuperace (vracení energie do sítě) a nutnost synchronizovat generátory v celé síti.

Střídavý proud – POUŽITÍ Střídavý proud (v Evropě s frekvencí 50 Hz a v Americe se 60 Hz) se používá v běžných domácích el. spotřebičích (žárovka, zářivka, spotřebiče používající elektromotor, elektrická topidla...). Pro použití v domácnostech se velmi vysoké napětí snižuje v rozvodnách na vysoké napětí, které se pak dále snižuje v pouličních elektrotransformátorech na efektivní hodnotu fázového napětí 230 V. Další použití bychom mohli nalézt v dopravě, kde se používá běžná frekvence 50 Hz. V některých zemích (např. Německo, Rakousko,…) používá železnice třetinový kmitočet 16 a 2/3 Hz (16,7 Hz).

KONEC