Zasilanie urządzeń elektrycznych

Zasilanie urz¹dzeñ elektrycznych
Wiekszoœæ urz¹dzeñ stosowanych w gospodarstwach domowych zasilanych
jest bezpoœrednio z domowej instalacji elektrycznej za poœrednictwem gniazd
wtykowych. Domowe urz¹dzenia oœwietleniowe, grzewcze, a tak¿e
zmechanizowany sprzêt gospodarstwa domowego - do prawid³owego
dzia³ania musz¹ byæ zasilane pr¹dem elektrycznym o napiêciu 220 V.
Typowa domowa instalacja elektryczna takie w³aœnie napiêcie elektryczne
zapewnia.
Istnieje jednak ca³a grupa urz¹dzeñ elektrycznych, do których nale¿¹ przede
wszystkim urz¹dzenia elektroniczne, np. sprzêt elektroakustyczny (telewizory, magnetowidy,
radioodbiorniki itp.) oraz komputery, które zasilane mog¹ byæ wy³¹cznie pr¹dem sta³ym o wartoœci
napiêcia elektrycznego nie przekraczaj¹cego kilunastu wolt (najczêœciej 9 V lub 12 V). Urz¹dzenia te
wyposa¿one s¹ w specjalne uk³ady elektryczne s³u¿¹ce do przekszta³cania (transformacji) pr¹du
elektrycznego - czyli transformatory, a tak¿e w uk³ady s³u¿¹ce do prostowania wartoœci pr¹du czyli prostowniki.
Transformatory s³u¿¹ do zmiany wartoœci napiêcia pr¹du przemiennego. Urz¹dzenia te wykorzystuj¹
zjawisko indukcji elektromagnetycznej do przenoszenia energii z
jednego obwodu elektrycznego do drugiego obwodu
elektrycznego. Transformator sk³ada siê z rdzenia wykonanego z
blach ferromagnetycznych (najczêœciej z miêkkiego ¿elaza) oraz
nawiniêtych na tym rdzeniu uzwojeñ.
Uzwojenie I (pierwotne) zasilane jest ze Ÿród³a pr¹du przemiennego o napiêciu U1, co powoduje pojawienie siê w rdzeniu
pulsuj¹cego strumienia magnetycznego Φ. Strumieñ ten, oddzia³uj¹c an uzwojenie wtórne II, powoduje
zaindukowanie siê w nim napiêcia przemiennego U2. Wartoœæ napiêcia miêdzy koñcami uzwojenia jest
proporcjonalna do liczby zwojów
U1 z1
p =
=
,
U2 z2
gdzie:
U 1 - napiêcie w uzwojeniu pierwotnym (zasilania),
U 2 - napiêcie w uzwojeniu wtórnym (pobierane),
z1 - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,
z2 - liczba zwojów uzwojenia wtórnego.
Czêsto stosuje siê transformatory o wiêkszej
liczbie uzwojeñ wtórnych, co umo¿liwia
uzyskanie wielu ró¿nych wartoœci napiêæ.
Przyk³ad takiego transformatora przedstawia
rysunek obok. Uzwojenie wtórne tego
transformatora wytwarza napiêcie 16 V. Prze³¹cznik 1 umo¿liwia ³¹czenie obwodów wyjœciowych z ró¿nymi liczbami zwojów, dziêki czemu uzyskane
napiêcia zawarte s¹ w zakresie 0-16 V. Napiêcie wyjœciowe doprowadzone jest do uk³adu
prostowniczego 2.
Nie zawsze mo¿na skorzystaæ z pr¹du w sieci. Przenoœne urz¹dzenia
elektryczne wymagaj¹ stosowania baterii i ogniw ró¿nych typów. Bateria
sk³ada siê z kilku po³¹czonych ogniw elektrycznych. Po³¹czenie takie
pozwala na uzyskanie wy¿szego napiêcia ni¿ z pojedynczego ogniwa.
Potocznie mianem baterii okreœla siê mylnie pojedyncze ogniwo.
We wszystkich typach ogniw zachodzi reakcja dwóch substancji –
przewa¿nie metali, takich jak cynk i mangan – w obecnoœci trzeciej,
zwanej elektrolitem. Kiedy reaguj¹ce substancje zostan¹ po³¹czone
zewnêtrznym przewodem, reakcja chemiczna wymusza przep³yw
elektronów przez przewód i powstaje pr¹d, który mo¿na wykorzystaæ
do zasilania urz¹dzeñ elektrycznych.
Do produkcji ogniw u¿ywa siê przeró¿nych substancji, zarówno jako
materia³ na p³ytki, czyli elektrody, jak i na elektrolit. Ogniwa te dzia³aj¹,
zamieniaj¹c energiê wi¹zañ chemicznych na energiê pr¹du elektrycznego.
Elektrolit to substancja o takiej w³asnoœci, ¿e czêœæ jej cz¹steczek dysocjuje,
tworz¹c grupy na³adowanych atomów – jonów. Jony s¹ przyci¹gane przez
elektrody. Gdy elektrody po³¹czymy na zewn¹trz ogniwa kawa³kiem
przewodnika, to elektrony przemieszczaj¹ siê w obwodzie od anody (elektrody na³adowanej dodatnio) do katody (elektrody na³adowanej
ujemnie). W obwodzie p³ynie pr¹d elektryczny.
Ogniwa galwaniczne to Ÿród³a energii jednorazowego
u¿ytku. Gdy w ogniwie takim nie zachodz¹ ju¿ procesy
chemiczne, konieczne jest zast¹pienie go innym.
Ogniwa wtórne, czyli akumulatory, s¹ wielokrotnie
³adowalne. Przepuszcza siê w tym celu przez wyczerpane ogniwo pr¹d elektryczny. Przep³yw pr¹du w odpowiednim kierunku powoduje takie zmiany w³asnoœci
chemicznych substancji, z których zbudowano ogniwo,
¿e mo¿e ono z powodzeniem s³u¿yæ dalej. Energia
elektryczna dostarczana ogniwu podczas ³adowania jest
w nim akumulowana, w postaci energii chemicznej.
Najbardziej rozpowszechnionym rodzajem ogniwa
galwanicznego jest ogniwo suche, konstrukcja oparta
na wynalazku George`a Leclanche z lat 60 XIX wieku.
Jego nowoczesna odmiana zbudowana jest z cynkowej obudowy, bêd¹cej jednoczeœnie katod¹,
oraz znajduj¹cego siê wewn¹trz prêta wêglowego, pe³ni¹cego
rolê anody. Elektrolitem jest wilgotna, gesta pasta - chlorek
amonowy (salmiak). Podczas pracy ogniwa wydziela siê
wodór, któpry nale¿y usuwaæ, aby nie obni¿y³ sprawnoœci
urz¹dzenia. W tym celu dodaje siê do elektrolitu substancji
chemicznej wi¹¿¹cej wodór, zwanej depolaryzatorem (w
przypadku ogniwa Leclanche`go jest to dwutlenek manganu).
Akumulatory bazuj¹ na konstrukcji o³owiowo-kwasowej
wynalezionej przez Gastona Plante. Elektrody z o³owiu i
dwutlenku o³owiu s¹ zanurzone w roztworze wodnym kwasu
siarkowego. Podczas eksploatacji obie elektrody zaczynaj¹
pokrywac siê warstw¹ siarczku o³owiu. O³ów i jego dwutlenek
odzyskiwane s¹ z siarczku na odpowiednich elektrodach
podczas ³adowania ogniwa.