Univerzitet u Novom Sadu
Tehnički fakultet
„Mihajlo Pupin“
Zrenjanin
SEMINARASKI RAD
IZ PREDMETA
1. ELEKTROTEHNIKA SA ELEKTRONIKOM
TEMA:
Naizmenična struja
profesor: dr. Vejkoslav Sajfert
studen : Branislava Nikolić 05/09-10
1
1.Uvod
Tomas Edison je bio poznata ličnost u Americi, ali je
njegov elektroenergetski sistem zasnovan na jednosmernoj
struji izgubio bitku protiv sistema naizmenične struje
koju je osmislio jedan potpuni anonimus (došljak u
Ameriku i napočetku fizički radnik) – Nikola Tesla.
Razlog je jednostavan: za napajanje jednosmernom strujom
jednog kvarta u gradu bila je potrebna jedna
(termo)elektrana zbog velikih padova napona u mreži.
Sistemom naizmenične struje mogao bi da se napaja čitav
grad od samo jedne elektrane koja je bila prilično
udaljena od potrošača. Dakle, ovde vidimo već dve
prednosti naizmenične struje. Iz iskustva znamo da
adapter (punjač) za mobilni telefon vrši pretvaranje
naizmenične struje u jednosmernu koja puni baterije. Kao
što vidimo ovakvo pretvaranje nije skupo, a obrnuto
proces jeste i za to se koriste invertori (prisutni su
kod sistema za korišćenje energije Sunca). Polazeći
od primera sa adapterom možemo izvesti još jedan važan
zaključak : nije baš uvek naizmenična struja u
prednosti kada se poredi sa jednosmernom !
Na kraju uvodnog dela nije loše znati da jednosmerna
struja protiče kroz celu zapreminu provodnika dok
naizmenična isključivo po njegovoj površini (zbog toga se
provodnici za transport naizmenične struje prave iznutra
šuplji, što postiže uštedu u materijalu). Zapravo,
frekvencija naizmanične struje određuje kolika je
debljina sloja provodnika koji „nosi“ struju. Ovakva
pojava ponašanja naizmenične struje poznata je kao
skin
efekat
.
U kolima jednosmerne struje elektroni teku u jednom
smeru, a u kolima naizmenične struje elektroni menjaju
smer kretanja u skladu sa frekvencijom izvora EMS.
2.Energija, električna energija, strujni krug
Pojava svetlosti, topline, raznih zračenja i sl. nazivamo
energijom.
Uz energiju uvek postoji i izvor energije. Naprimer,
izvor svetlosti može biti sijalica ili sunce, topline
radijator, peć, pegla, bojler itd. Većina stvari u
prirodi prima ili odašilje neku vrstu energije.
Čovek oduvek koristi razne izvore energije. Još u davna
vremena čovek je ukrotio životinje i koristio ih za
prevoz, oranje zemlje i druge radove koji su za čoveka
mnogo teži. Mnogo kasnije čovek je iskoristio energiju
toka reke i vetar. Nakon toga otkriven je parni stroj i
2
pretvaraju iz drugih oblika. Po tome iz koje energije se
dobiva električna, izvore delimo u dve glavne grupe:
3.1.
Mehanički izvori
el. energije – pretvaraju
mehaničku energiju (kinetičku energiju) u
električnu.
To su npr:
* Elektrane (generatori)
● Hidroelektrane
-koriste energiju toka vode i pretvaraju
je u el. energiju.
● Termoelektrane
-koriste toplotu dobivenu sagorevanjem
plina, nafte ili uglja za dobivanje
el. energije
● Nuklearne elektrane
-koriste atomsku energiju za zagrevanje
vodene pare čiji tok pokreće
generator i pretvara taj rad u el.
energiju.
● Agregati
3.2.
Hemijski izvori
el. energije – pretvaraju
hemijsku energiju u električnu.
● Baterije, akumulatori (koriste elektrolite)
- Postoje još solarne ćelije, te još mnogi drugi
izvor
Glavni izvori električne energije danas su elektrane, i
iz njih se dobijaju ogromne količine el. energije koji se
razvode po domaćinstvima. Srbija ima napon el. mreže 220
Volti, dok je u zapadnim zemljama on 110 Volti.
3.3.
-Princip rada termoelektrane:
Kotao zagreva vodenu paru na visoku temperaturu, i ona
velikom brzinom prolazi kroz cevi i okreće turbinu
4
generatora koji pretvara energiju u električnu a zatim se
u kondenzatoru para hladi i vraća u kotao. Isti osnovni
princip ima i nuklearna elektrana, samo što ona vodu
zagreva nuklearnim procesom zvanim fisija, odnosno
razbijanjem atomskih jezgara. Nuklearne elektrane ne
zagađuju atmosferu i imaju vrlo veliki kapacitet, ali
stvaraju nuklerani otpad koji je vrlo opasan zbog
radioaktivnosti. Takođe postoji
opasnost od kvara unutar takvih
elektrana koje tada mogu postati
velike ekološke katastrofe (Černobil,
Rusija). No nuklearne elektrane su
najsigurnije od svih, i havarije
nastaju samo ljudskom pogreškom što
je bilo slučaj u Černobilu.
3.4.
-Princip rada hidroelektrane:
Hidroelektrana koristi vodu koja
pada kroz cijevi iz akumulacijskog
jezera. U cijevima voda ubrzava i
okreće turbinu generatora. Za ovu
elektranu potreban je vrlo velik
protok vode, i vrlo su velike, a
ne daju toliko mnogo energije, ali
su zato vrlo jeftine, i uopšte ne
zagađuju okolinu, što se ne može
reći za termo i nuklearne
elektrane. Postoje još i manje
elektrane na vetar, te polja
solarnih ćelija, no te vrste
elektrana nisu u široj upotrebi.
Najjednostavniji izvori su baterije, i danas se koriste
uglavnom u prenosnim uređajima koji nemaju pristup el.
mreži za celo vreme rada.
Električna energija se može pretvarati u druge oblike
jedino unutar strujnog kruga. Strujni krug je bilo koji
provodni spoj koji u sebi sadrži izvor, vodove i
potrošača.
5
Na prethodnoj slici vidimo da postoji jedan
ulaz
(
intake
)
ispod
brane
(
dam
), i nakon prolaska kroz ulaz voda ide
kroz
dovodni kanal brane
(
penstock
) koji vodu dovodi na
turbinu
(
turbine
). Setimo se da kada voda uđe u dovodni
kanal visinski pritisak vode se smanjuje, a povećava se
dinamički pritisak u skladu sa Bernulijevom jednačinom.
Samo jedno malo pojašnjenje pre
nego što nastavimo sa lekcijom.
Šta je elektromagnet? Na slici sa
desne strane vidimo jedan prost
elektromagnet. Dakle, šraf se
ponaša kao pravi magnet sve dok
kroz kalem prolazi struja. Šraf
bi mogao da postane stalni magnet
pod određenim uslovima, ali to
nije predmet ove lekcije.
Da
nastavimo
gde smo
stali.
Voda pada
na
lopatice
turbine I
pokreće
je,
a
pošto je
turbina
vezana za
generator
pokreće
rotor
generatora
. Rotor generatora čine
serijski vezani magneti (
zapravo to su
elektromagneti)
, a stator su
kalemi
žica
(dakle, u realnosti rotor i stator
su drugačiji u odnosu na primer koji je
pokazivao nastanak monofazne struje).
Na slici možemo zapaziti i
transformator
(
transformer
) koga ćemo
detaljnije izučavati u jednoj od
narednih lekcija. Za sada je dovoljno
znati da on vrši transformaciju napona
7
