Prima alimentare publică cu energie electrică

Prima alimentare publica cu energie electrica a aparut la sfarsitul anilor 1800.Energia electrica avea diferite tensiuni,fiind distribuita sub forma de curent continuu (cc) sau curent alternativ (ca).In cazul curentului alternativ nu exista un standard pentru frecventa la care aceasta isi schimba sensul.Pe masura ce utilizarea energiei electrice crestea,a devenit evident ca ar exista avantaje de pe urma standardizarii tensiunilor electrice.Pe langa faptul ca transferul de energie dintr-o zona a tarii in alta, ar fi fost mai usor,si constructia instalatiilor electrice putea si simplificata .

O data ce majoritatea organizatiilor generatoare au ales si au adoptat un standard al electricitatii, sau instalat retele de cabluri electrice pentru ca electricitatea generata intr-o zona a tarii sa poata fi folosita in orica alt loc.Aceasta retea nationala de cabluri a facut mai fiabila distribuirea energiei electrice.Daca un generator se defecta,curentul putea sa fie luat dintr-o alta regiune,iar daca cererea crestea,la retea puteau fi conectate generatoare.

Energia electrica este distribuita sub forma de curent alternativ deoarece tensiunea acestuia poate fi schimbata usor cu un transformator –un dispozitiv simplu,fiabil si eficient .

In forma sa elementara , un transformator electric consta din 2 bobine separate infasurate in jurul aceluiasi miez de fier.Cand se aplica o tensiune alternativa la una dintre bobine, numita bobina primara,aceasta creeaza un camp magnetic variabil in miez.Aceasta induce o tensiune alternativa in cealalta bobina ,numita secundara.Tensiunea din bobina secundara depinde de raportul dintre numarul de spire din bobina secundara si cea primara.Daca ,de exemplu, in bobina secundara sunt jumatate atatea spire cate sunt in bobina primara , atunci tensiunea secundara va fi jumatate din tensiunea primara.Un transformator care reduce tensiunea electrica in acest fel se numeste transformator coborator de tensiune.

Transformatoare coboratoare de tensiune

Transformatoarele coboratoare de tensiune se folosesc pntru a reduce tensiunea electrica la un nivel scazut, pentru consumul menajer.In Marea Britanie pentru locuinte se distribuie 240 de volti .In unele tari distributia menajera este de 110 volti .Frecventa curentului alternativ este de obicei de 50 sau 60 Hz ( hertz sau perioade pe secunda ).Multe aparate cu alimentare de la retea ,inclusiv televizoarele, aparatele radio si calculatoarele , folosesc transformatoare coboratoare de tensiune pentru a reduce tensiunea de la retea la nivelul cerut de circuitele lor interne.

Transformatoare ridicatoare de tensiune

Transformatorul ridicator de tensiune are mai multe spire pe bobina secundara decat pe cea primara astfel tensiunea secundara este mai mare decat tensiunea primara,de exemplu pentru a transforma iesirea unui generator de centrala electrica din zeci de mii de volti in sute de mii de volti.

Redresarea curentului alternativ

Pentru obtinerea curentului continuu necesar alimentarii circuitelor electronice, din curentul alternativ disponibil de la retea se folosesc circuite specializate - redresoare, in asociatie cu circiute auxiliare care asigura caracteristicile impuse

Redresorul propriu-zis este construit cu elemente unidirectionale, lasand deci sa treaca curentul intr-un singur sens, cum sunt diodele cu vid sau diodele semiconductoare. Cel mai simplu circuit de redresare a tensiunii de retea este prezentat in fig.5.2. acest tip de redresare se numeste redresare monoalternanta, deoarece redreseaza numai una din alternantele tensiunii alternative de retea.

Elementele din circuitului sunt : siguranta de retea S, rezistenta de protectie Rp, dioda redresoare Dr cucondensatorul paralel C, condensatorul de filtraj Cf si consumatorul Rs.

Tensiunea alternativa de retea are o valoare de varf egala cu 1,41*Uev. La prima semialternanta pozitiva condensatorul de filtraj Cf atinge valoarea de varf a tensiunii de retea, dioda Dr fiind in conductie un sfert de perioada. Tensiunea de retea incepe sa scada, dioda redresoare se blocheaza si condensatorul Cf incarcat cu o tensiune egala cu o tensiune de varf se descarca prin rezistenta de sarcina cu o constanta de timp : =Cf*Rs.

La sosirea urmatoarei semialternante pozitive a tensiunii de retea dioda redresoare se deschide, in momentul in care tensiunea de retea depaseste valoarea tensiunii de pe condensatorul de filtraj, reincarcandu-l pe acesta la tensiunea Uvarf.

Peste tensiunea continua redresata, Uo, se suprapune o tensiune alternativa cu frecventa de 50Hz, avand forma unor dinti de ferastrau, numita tensiune reziduala sau brum rezidual.

Rezistenta de protectie Rs este introdusa in circuit pentru limitarea curentului de pornire prin dioda redresoare, atunci cand cuplarea aparatului coincide cu maximul tensiunii de retea. In acest moment, tensiunea de pe Cf fiind zero, curentul prin Dr este dat de relatia: ImaxDr = Uvarf/Rp.

Acest curent maxim este indicat de producator pentru fiecare tip de dioda redresoare si in cazul diodei 1N4007 este de 30A, valoarea minima pentru rezistenta de protectie fiind de 10 .

Etajul de redresare dubla alternanta

La aparitia alternantei pozitive, condensatorul Cf este incarcat la tensiunea de varf a tensiunii de retea, de curentul ce trece prin Rp, D1, Cf si D3. Diodele D2 si D4 sunt blocate. Dupa ce tensiunea de retea incepe sa scada, diodele D1 si D3 se blocheaza si condensatorul Cf incepe sa se descarce prin consumator. In momentul in care alternanta negativa a tensiunii de retea depaseste in valoare absoluta tensiunea de pe Cf, se deschid diodele D2 si D4 si curentul va circula prin D2, Cf, D4 si Rp va incarca condensatorul in valoarea de varf a tensiunii de retea.

Avantajele redresarii dubla alternanta sunt urmatoarele:

- brumul rezidual are amplitudinea pe jumatate comparativ cu redresarea monoalternanta

- da posibilitate utilizarii unor condensatoare de filtraj de doua ori mai mici, in cazul pastrarii amplitudinii brumului rezidual ca la redresarea monoalternanta

- incarca reteau de tensiune alternativa simetric si nu numai pe alternanta pozitiva

In prezent redresoarele dubla alternanta sunt folosite in toata aparatura moderna.

Transformatorul de curent

Transformatorul de curent este o solutie simpla de masurare izolata galvanic în cazul particular, dar des întalnit, al curentului alternativ pur sinusoidal. La fel cu senzorii de curent magnetici acesta este construit de obicei pe un tor din material feromagnetic (fig. 11A). Transformatorul de curent funcţionează ca orice transformator, curentii din înfasurarile primar si secundar fiind legati de relatia:

i S NS = i P NP (4)

unde iP = curentul din primar;

iS = curentul din secundar;

NP = numarul de spire din primar;

NS = numarul de spire din secundar (fig. 11B).