Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Vznik střídavého proudu OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-011

Vznik střídavého proudu Podle indukčního zákona je okamžitá hodnota indukovaného napětí ve vodiči určena vztahem: [V; T, m, m/s] a v cívce vztahem: [V; Wb, s]

Vznik střídavého proudu Průběh indukovaného napětí závisí na časovém průběhu magnetické indukce B nebo magnetického toku Φ. Bude-li průběh střídavý, dostaneme střídavé napětí, které může mít velmi složitý časový průběh. Graficky si můžeme střídavé napětí znázornit tak, že na vodorovnou osu nanášíme čas a ve svislém směru velikost napětí v příslušném okamžiku (čase). Od vodorovné osy nahoru je kladný směr, od vodorovné osy dolů je záporný směr (obr. 1). Připojíme-li na střídavé napětí vnější elektrický obvod, bude jím protékat střídavý proud podobného průběhu jako má napětí.

Vznik střídavého proudu Obr. 1 Složitý časový průběh střídavého napětí

Vznik střídavého proudu Z časového průběhu na obr. 1 je vidět, že střídavé napětí mění periodicky směr (smysl) a velikost. Podobně střídavý proud mění periodicky směr (smysl) a velikost. Nejsnáze řešitelné jsou obvody, kdy střídavé napětí a proud mají sinusový časový průběh. Sinusový průběh střídavého napětí si můžeme snadno graficky znázornit způsobem podle obr. 2. Je zde nakreslena úsečka OP, jejíž koncový bod O leží v počátku souřadnicové soustavy x,y. Úsečka svírá s kladným směrem vodorovné osy x úhel α. Délku úsečky si označíme jako Umax a její kolmý průmět do svislé osy y jako u.

Vznik střídavého proudu Obr. 2 Grafické znázornění sinusového střídavého napětí

Vznik střídavého proudu Bude-li se úhel α měnit, tj. bude-li úsečka OP otáčet kolem bodu O doleva, proti směru otáčení hodinových ručiček, tak jak je naznačeno šipkou na obr. 2 konstantní úhlovou rychlostí ω, bude se kolmý průmět do svislé osy y měnit od nuly do Umax, jak v kladné tak i v záporné polaritě. V pravé části obr. 2 je v rozvinutí nanesena závislost průmětu u na úhlu α. Na vodorovnou osu nanášíme úhel α a na svislou osu průměty u. Spojíme-li v tomto rozvinutí koncové body průmětů u plynulou křivkou, dostaneme grafické znázornění sinusové závislosti. Nakreslená křivka je obecná sinusoida.

Vznik střídavého proudu Skládá se ze dvou stejných půlvln, jedna je nad osou x a druhá pod osou x, a tvoří tak jeden kmit křivky. Vidíme, že velikost průmětu u nabývá při změnách úhlu α různých hodnot, od Umax nad osou x do Umax pod osou x. Hodnota Umax je největší možnou hodnotou, která se v průběhu vyskytuje. Značíme ji písmenem velké abecedy a nazývá se amplitudou střídavého napětí.

Vznik střídavého proudu Otočí-li se úsečka Umax o plný úhel 2π (360°), vykoná se celý sinusový kmit (obr. 2). Doba tohoto kmitu se rovná době jedné otáčky sledované úsečky. Protože se úsečka otáčí rovnoměrnou rychlostí, je úhel α úměrný času t podle vztahu:

Vznik střídavého proudu Graf na obr. 2 znázorňuje sinusovou závislost napětí na čase. Je to tedy grafické znázornění sinusového střídavého napětí. Obdobně můžeme nakreslit graf vyjadřující sinusovou závislost proudu na čase.

Vznik střídavého proudu Okamžité hodnoty napětí u a proudu i můžeme tedy popsat rovnicemi: kde u je okamžitá hodnota střídavého napětí Umax je amplituda střídavého napětí i je okamžitá hodnota střídavého proudu Imax je amplituda střídavého proudu ω je úhlová rychlost otáčení amplitudy t je čas

Vznik střídavého proudu Střídavé napětí sinusového průběhu vzniká v generátorech, které nazýváme alternátory. Alternátor se skládá ze statoru a rotoru. Stator je vytvořen z kostry, ve které je pevně uchycen svazek plechů tvaru mezikruží. Na vnitřním obvodu má svazek drážky, ve kterých jsou uloženy cívky vinutí. Rotor je tvořen hřídelí, na kterém jsou pevně uchyceny póly s cívkami budícího vinutí.

Vznik střídavého proudu Rotor se otáčí ve statoru a jeho vinutím protéká stejnosměrný proud. Póly jsou magnetovány tak, že se střídavě vytvoří severní a jižní pól na rotoru. Otáčí-li se rotor stálou rychlostí v dutině statoru, jsou vodiče v drážkách na statoru protínány siločarami pole a ve vodičích se bude indukovat napětí , kde délka vodičů l a rychlost v jsou stálé. Magnetická indukce B má hodnotu odpovídající místu, kde se právě vodič nachází. Hodnota indukovaného napětí se mění podle hodnoty magnetické indukce, tj. bude-li mít magnetická indukce sinusový průběh, musí mít též indukované napětí sinusový průběh.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura Kubrycht J., Musil R., Voženílek L.: Elektrotechnika pro 1. Ročník učebních oborů elektrotechnických, SNTL Praha 1980 Bezděk M .: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2008