Střídavý proud

Vznik střídavého proudu a jeho základní parametry

střídavý proud je základ elektických rozvodů
vzniká v elektrárnách
máme ho k dispozici v našich zásuvkách
většina spotřebičů je schopná pracovat se střídavým proudem
velmi jednoduše ho lze změnit na proud stejnosměrný

Základní rozdíl mězi proudem střídavým a stejnosměrným je ten, že u proudu střídavého se pravidelně mění směr elektrického proudu.

Vznik střídavého proudu (viz obr. vpravo):

střídavý proud vzniká hlavně jako důsledek elektromagnetické indukce
pokud u cívky (lépe cívky s jádrem) roztočíme magnet, dojde ke vzniku proměnného magnetického pole v okolí cívky
- proměnné mg. pole indukuje v závitech cívky elektrické napětí
otáčením magnetu do prostoru cívky střídavě zasahuje severní a jižní magnetický pól magnetu
následkem toho se střídavě mění kladný a záporný elektrický pól na svorkách cívky
- pokud k cívce připojíme spotřebič, spotřebičem prochází proud, který periodicky mění svůj směr

Průběh střídavého proudu:

pokud se magnet otáčí konstantní rychlostí, lze zjistit časový průběh velikosti elektrického napětí na svorkách cívky
- průběh popisuje funkce sinus
- grafem je sinusoida

dobu, za kterou se jednou otočí magnet okolo své osy nazýváme perioda a značíme T (jednotka: sekunda [s])
- na grafu se projeví jednou "vlnou"
počet period za jednu sekundu nazýváme frekvence f , (jednotka: Herz [Hz])
- běžné označení: frekvence střídavého proudu
- platí:

Stroj, který vytváří střídavý proud se nazývá ALTERNÁTOR. Stroj, který vytváří stejnosměrný proud se nazývá DYNAMO.

Základní parametry střídavého proudu (tj. jak stř. proud měříme):

prvním a velmi důležitou veličinou je frekvence f
- v Evropě, ale i většině dalších zemích světa se používá v základní rozvodu f = 50 Hz
- v USA, Kanadě, Mexiku části Japonska, Saudské Arábii a dalších zemích se používá f = 60 Hz

Důležité: spotřebič určený pro frekvenci 50 Hz nelze použít v síti s frekvencí 60 Hz a naopak, může dojít k okamžitému zničení spotřebiče. Jsou ovšem i spotřebiče konstruované na obě frekvence.

Napětí a proud střídavého proudu:

z grafu je vidět, že napětí se neustále mění od nulové hodnoty po maximální hodnotu napětí U_m, zpět k nule, nasleduje otočení směru a opět napětí roste k maximální hodnotě a zpět k nule, atd.
hodnota napětí, kterou nejen měříme, ale využíváme se nazývá efektivní hodnota napětí a značí se U

Efektivní hodnota střídavého napětí a proudu odpovídá hodnotě stejnosměrného napětí a proudu, při které se za stejnou dobu uvolní ve spotřebiči stejné teplo.

tzn. připojíme-li 2 stejné varné konvice s 1 litrem vody o stejné počáteční teplotě, a to jednu na konstantní stejnosměrný proud o napětí 230 V a druhou na střídavý proud o efektivní hodnotě napětí 230 V, v obou konvicích se voda začne vařit zároveň
efektivní hodnota napětí odpovídá zhruba 0,7 velikosti maximální hodnotě napětí
- pozn.: jelikož proud kopíruje napětí, platí pro proud to samé, tj. maximální hodnotu proudu značíme I_m, efektivní hodnotu proudu pak I , průběh je také sinusový
platí:

přibližné vysvětlení proč tomu tak je (viz obr.:):
- podíváme-li se na graf, kde maximální hodnota je 10 V vidíme:
  - že 2/3 celkové doby průběhu proudu se pohybujeme v napětí vyšším než je polovina maximální hodnoty, tj. mezi 5 - 10 V (oranžové šipky)
  - pouze 1/3 celkové doby průběhu proudu se pohybujeme v napětí nižším než je polovina maximální hodnoty, tj. mezi 0 - 5 V (zelené šipky)
  - pro spotřebiče je většinou jedno, jakým směrem jde proud, celkově je tedy napětí většinu doby velmi vysoké, což se pak projeví vyšším efektivním napětím
    - důsledek funkce sinus
v Evropě a dalších zemích se používá většinou napětí 230 V (přesně 231 V), jen v některých částech je napětí 220 V
- 10 V rozdíl u spotřebičů nehraje roli, dle normy musí vydržet a pracovat v rozmezí ± 10%, tj v rozmezí 207 - 253 V, tedy 220 V je stále v normě
v USA, Kanadě je napětí 120 V

Pokud spotřebič určený na napětí 230 V připojíme na 120 V, nebude pracovat, nebo bude mít výrazně nižšší výkon, ale naopak to nelze, spotřebič se ihned zničí.

Mapa s frekvencemi a napětími ve světě (z brožury "Rady na cesty" vydala PRE Praha):