Vypracovali: J. Horváth, B. Horváthová

 

 


Faradayov objav elektromagnetickej indukcie umožnil skonštruovať zariadenie, v ktorom možno získať elektrickú energiu na energetické účely. Zdrojom striedavého napätia v elektrárňach je trojfázový alternátor. Stator alternátora tvoria tri cievky, ktorých osi zvierajú navzájom uhly 1200. Uprostred, medzi cievkami sa otáča rotor –
magnet.

 

Zdroj: http://www.tpub.com/neets/book5/32NE0434.GIF
 
www.tpub.com/neets/book5/32NE0434.GIF
 

 

V jednotlivých cievkach sa indukujú striedavé napätia, ktoré sú posunuté o \frac{1}{3} periódy a platia pre ne rovnice:

 


      

 

 

 

Z fázorového diagramu vidíme, že súčet okamžitých hodnôt všetkých troch napätí je nulový.
 

 


To sa využíva k tomu, že jeden koniec každej z cievok sa spájajú do spoločného bodu – uzla. K druhým koncom cievok sú pripojené fázové vodiče L1, L2, L3. S uzlom býva spojený nulovací vodič N. Medzi fázovými vodičmi a nulovacím vodičom sú fázové napätia u1, u2, u3 (v sieti s efektívnou hodnotou 230 V); medzi fázovými vodičmi je združené napätie  u12, u13, u23 (v sieti s efektívnou hodnotou 230.\sqrt[]{3}=398V  ). Niektoré spotrebiče sú konštruované na vyšší výkon (napr. elektromotory) a pripájajú sa k fázovým vodičom. Ich elektrický obvod má tri rovnaké časti zapojené do trojuholníka ( 398 V) , obrázok b, alebo do hviezdy ( 230 V), obrázok a. 

 

 


 

 

 

Tri fázy striedavého prúdu majú veľkú výhodu – keď ku každej pripojíme cievku, vytvorí točivé magnetické pole, ktoré roztočí rotor elektromotora. Rotor motora sa vždy otáča s menšou frekvenciou alebo asynchrónne, ako je frekvencia točivého poľa. Rozdiel frekvencie fp otáčania točivého poľa a frekvencie otáčania rotora sa volá sklz   S=\frac{f_{p}-f_{r}}{f_{p}} (v praxi býva sklz 2 % až 5 %). Asynchrónne motory majú v porovnaní s inými druhmi elektromotorov veľa predností. Majú jednoduchú konštrukciu aj obsluhu, dlhú životnosť a neznečisťujú prostredie.

 

 

Transformátor

 

Transformátor slúži k zvýšeniu alebo ku zníženiu napätia striedavého prúdu. Jeho princíp je založený na elektromagnetickej indukcii.
Jednofázový transformátor tvoria dve cievky nachádzajúce sa na spoločnom jadre z mäkkej ocele (mäkká oceľ si zachováva magnetické vlastnosti len za prítomnosti iného magnetického poľa, zatiaľ čo tvrdá oceľ si zachováva magnetické vlastnosti i bez prítomnosti poľa ).  Primárna cievka je pripojená k striedavému napätiu U1 a prechádza ňou striedavý prúd I1. Ten vytvára nestacionárne magnetické pole a v každom závite primárnej alebo sekundárnej cievky sa indukuje napätie.

 

 

Pre celkové napätie indukované na cievkach s N1 alebo N2 závitmi platí:

 

                
                        

 

Pre pomer efektívnych hodnôt indukovaných napätí vyplýva transformačná rovnica:

 


 

 


k je transformačný pomer transformátora. Pre k < 1 sa napätie zmenšuje, hovoríme o transformácii nadol. Pre k > 1 sa napätie zväčšuje, hovoríme o transformácií nahor. (Hoci sú odpory cievok malé, vznikajú vo vinutí straty. Preto býva sekundárne napätie zaťaženého transformátora o 2 % až 10 % menšie, ako zodpovedá transformačnému pomeru. Účinnosť transformátorov býva od 90 % do 98 % ). Prúdy sa transformujú v opačnom pomere ako napätia. Vyplýva to zo zákona zachovania energie, kedy sa príkon P1transformátora musí rovnať výkonu P2 v sekundárnej časti:

 


                                      P1 = P2;   t. z.:  U1 . I1 = U2 . I2

 

                          
Napätia striedavých prúdov sa zvyšuje, aby sa zamedzilo stratám spôsobeným odporom vodičov. Preto sa pri diaľkovom vedení používa vysoké napätie a nízke prúdy, pri ktorých je prenos elektrickej energie najúčinnejší. Na transformáciu trojfázového prúdu v energetike sa používajú trojfázové transformátory skladajúce sa z troch vetiev. Každá vetva má vlastné primárne a sekundárne vinutie.

 

Transformátory na veľké výkony sa pri práci veľmi zahrievajú, preto sa musia chladiť. Bývajú ponorené v špeciálnej nádobe s olejom, ktorý odvádza teplo a chladí sa cez steny nádoby vzduchom.                                                                                                   

 

 

Elektráreň

 

Energiu na prevádzku spotrebičov potrebuje priemysel, doprava a ľudia v domácnosti - od kotlov ústredného kúrenia až po televíziu. Veľké množstvo tejto energie sa vyrába spaľovaním fosílnych palív. Obnoviteľné zdroje energie, ako sila vetra a slnečné žiarenie, zohrávajú pri získavaní energie čoraz väčšiu úlohu.

 

 

Neobnoviteľné zdroje energie

 

Ropa, uhlie a zemný plyn sú neobnoviteľné zdroje energie, pretože raz sa vyčerpajú.

Uhlie: asi 20% energie na svete sa vyrába z uhlia a jeho spotreba stále stúpa.

Ropa a zemný plyn: asi 60 % energie na svete pochádza z ropy a zemného plynu. Ropné produkty sú hlavným palivom používaným v doprave. Ropa aj zemný plyn sa spaľujú na výrobu tepla.

 

 

Obnoviteľné zdroje energie

 

Obnoviteľné zdroje energie sú také, ktoré sa v budúcnosti nevyčerpajú. Väčšina „obnoviteľných“ zdrojov je čistejšia a menej škodlivá pre životné prostredie ako pevné palivá.

Veterná energia: turbíny poháňané vetrom vytvárajú elektrinu na ,,veterný farmách“, ako v Altmont Pass v Kalifornii, USA. V 80. rokoch sa na svete postavilo vyše 20 000 veterných turbín. Vedci odhadujú, že do roku 2030 môže energia získaná z vetra zabezpečiť viac ako 10% svetovej spotreby elektrickej energie.

Slnečná energia: Slnko je čistý zdroj obnoviteľnej energie. Slnečná energia sa premieňa na elektrinu vo fotoelektrických (solárnych) článkoch, ktoré sa používajú na pohon rozličných prístrojov, vrátane počítačov, vesmírnych druhov a telefonických spojov vo vzdialených oblastiach.

Prílivová energia: prílivová energia sa získava na priehradách postavených v ústiach riek vlievajúcich sa do mora.

Vodná energia: vodná energia sa získava z priehrad a vodopádov. Padajúca voda poháňa turbíny, ktoré zasa poháňajú generátory. Asi 7% energie vo svete pochádza z hydroelektrární.

Geotermická energia: geotermická energia sa získava z tepelnej energie v zemskej kôre. V súčasnosti sa väčšina geotemických energie získava v oblastiach s aktívnou sopečnou činnosťou, ako je Island a Nový Zéland. 

Energia vĺn: energia vĺn sa stále skúma a vyvíja. Postavilo sa niekoľko pokusných generátorov. Niektoré sú na morskom pobreží, iné sú určené pre hlboké more, kde sa energia obsiahnutá v jednom metre vlny môže rovnať zdroju energie napájajúcemu 50 elektrických piecok.

Bioenergia: energia z biomasy sa získava z organických látok, ako je drevo a poľnohospodársky odpad. Elektrárne na bioenergiu sa stavajú v mnohých krajinách.

 

J a d r o v á  e n e r g i a

Nukleárna (jadrová) energia sa získava na základe štiepenia atómov uránu a plutóna. Na svete existuje asi 350 jadrových elektrární a tieto dodávajú viac ako 5% svetovej energie. Jadrové elektrárne neprodukujú škodlivé plyny a neprispievajú ku globálnemu otepľovaniu, ale vážnym rizikom sú nehody a likvidácia palivových tyčí.

 

 

Úlohy :
1) Popíš stavbu a činnosť trojfázového alternátora.
2) Čo vyjadruje transformačný pomer transformátora.
3) Stručne popíš rôzne druhy energie.

 

 

Použitá literatúra:

Lepil, Houdek, Pecho – Fyzika pre 3. ročník gymnázia
Holec a kol .: Prírodné vedy integrovaný prístup