150 лет спустя, в 1747 году, Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, разработал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальный флюид.
Переменный ток. 1
Переменный ток — это вынужденное электромагнитное колебание, вызываемое в электрической цепи источником переменного (часто синусоидального) напряжения.
Кондиционер есть везде. Она течет по кабелям в наших квартирах, промышленным сетям и высоковольтным линиям. А если вам нужен постоянный ток для зарядки аккумулятора мобильного телефона или ноутбука, используйте специальный адаптер, который подключается к розетке переменного тока.
Почему кондиционер так популярен? Его легко найти, и он идеально подходит для передачи энергии на большие расстояния. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей брошюре о производстве, транспортировке и потреблении электроэнергии.
Далее рассмотрим простую цепь переменного тока. Резистор, конденсатор и катушка последовательно подключаются к источнику переменного тока. Изучив работу этих компонентов, соедините их одновременно на следующем листе ‘AC. 2’ и исследуйте прохождение переменного тока через резистивный колебательный контур.
Напряжение на зажимах источника изменяется по следующему закону
Как видите, тренд может быть как положительным, так и отрицательным. Каково значение знака тренда?
Всегда предполагается, что выбрано положительное направление обхода. Если электрическое поле зарядов, образующих ток, направлено в положительную сторону, то напряжение считается положительным. В противном случае тенденция считается отрицательной.
Ранние стадии тенденции не играют никакой роли при рассмотрении процессов, которые со временем затухают. При необходимости вместо полутона в уравнении (1) можно использовать синусоиду. Это ничего не изменит.
Текущее значение напряжения в определенный момент времени называется мгновенным значением напряжения.
Условие квазистационарности
В случае с переменным током есть тонкое место. Предположим, что цепь состоит из нескольких компонентов, соединенных последовательно.
Если напряжение источника изменяется по синусоиде, ток не успевает мгновенно принять одинаковое значение по всей цепи — требуется время для передачи взаимодействия между заряженными частицами по цепи.
Однако, как и в случае с постоянным током, мы хотели бы предположить, что ток одинаков во всех частях цепи. К счастью, во многих практически важных случаях это правильно.
Рассмотрим, например, переменный ток Гц (промышленный стандарт в России и многих других странах). Период колебания напряжения: с.
Взаимодействие между зарядами передается со скоростью света м/с. За время, равное периоду колебаний, это взаимодействие распространяется на расстояние: s
Поэтому, если длина цепи на несколько порядков меньше заданного расстояния, можно считать, что ток мгновенно одинаков по всей цепи, игнорируя время распространения взаимодействия.
Теперь рассмотрим общий случай, когда напряжение колеблется с угловой частотой. Период колебаний составляет, и за этот период взаимодействие между зарядами перемещается на определенное расстояние. Пусть будет длина цепи. Если время распространения взаимодействия намного меньше, чем
Неравенство (2) называется условием квазистагнации. Если это условие выполняется, то токи в цепи можно считать сразу имеющими одинаковое значение по всей цепи. Такие токи называются квазистационарными.
Затем предполагается, что переменные токи изменяются достаточно медленно, чтобы их можно было считать квазистационарными. Поэтому токи всех последовательно включенных элементов в цепи будут иметь одно и то же значение и в любой момент времени будут иметь свое собственное значение. Это называется мгновенным значением тока.
Резистор в цепи переменного тока
Простейшая цепь переменного тока возникает при подключении стандартного резистора (при условии, конечно, что индуктивность этого резистора пренебрежимо мала, поскольку явление самоиндукции не рассматривается). Его также называют активным резистором (рис. 1)
Рис. 1.Сопротивление для цепей переменного тока
Как показано на схеме, положительное направление цепи — против часовой стрелки. Напомним, что если ток течет в положительном направлении, то ток считается положительным. В противном случае ток отрицательный.
Видно, что мгновенные значения тока и напряжения связаны уравнением, аналогичным закону Ома для постоянного тока: ток положителен в направлении резистора и отрицателен в направлении резистора.
Поэтому ток в резисторе также изменяется по синусоидальному закону.
Амплитуда тока равна отношению амплитуды напряжения к сопротивлению.
Видно, что ток и напряжение через резистор изменяются «синхронно», точнее, синфазно (рис. 2).
Рисунок 2.Ток через сопротивление находится в фазе с напряжением
Фаза тока равна фазе напряжения. Другими словами, сдвиг фаз между током и напряжением равен нулю.
Чтобы окончательно понять определение электричества и напряжения, можно провести интересную аналогию. Представьте, что заряд — это вода, давление воды на полюсах — это напряжение, а скорость потока воды в трубе — его интенсивность. Чем выше напряжение, тем выше ток.
Содержание
- Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора. переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями источник не указан 1115 дней ).
- Возможность передачи на более длинные расстояния, нежели постоянный.
Переменный ток получается при вращении рамки в магнитном поле. Принцип работы заключается в явлении электромагнитной индукции (возникновение индуцированного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается магнитный якорь (электромагнит) с большим количеством полюсов (например, 2, 4, 6), а переменное напряжение берется из обмотки статора.
Стандарты частоты
В большинстве стран используется частота 50 Гц или 60 Гц (60 — альтернатива в США). В некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария) до сих пор используется частота 16⅔ Гц.
В текстиле, авиации, метро и армии частоты 400 Гц могут быть использованы для снижения веса устройств и увеличения скорости (хотя чаще всего метро питается от систем постоянного тока). В военно-морском флоте этот показатель составляет 500 Гц.
Электрификация ПТ
В России и СНГ около половины железных дорог работают на переменном токе частотой 50 Гц.
Фонд Викимедиа. 2010.
Полезное
Смотреть что такое «Переменный ток» в других словарях:
Переменный ток — это, в широком смысле, ток, который изменяется со временем. Переменный ток генерируется переменным напряжением. В технике переменный ток обычно понимается как периодический ток, средний ток и среднее напряжение которого равны нулю в течение определенного периода времени. T.P.T. можно найти на сайте ……….. Энциклопедия физики.
Переменный переменный ток — это, в широком смысле, ток, изменяющийся со временем, а в узком смысле — периодический ток, среднее значение которого равно нулю в течение определенного периода времени. Наиболее часто используется синусоидальный переменный ток … Большая энциклопедия.
Переменный ток — ток, изменяющийся со временем. Примечание — напряжение, электродвижущая сила, магнитный поток и т.д. Определяется аналогичным образом. ГОСТ Р 52002 2003 Темы по электротехнике, основные понятия синонимы …… Руководство технического переводчика.
См. переменный ток — переменный ток. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное морское издательство НКМФ СССР, 1941….
ИЗМЕНЕНИЕ — течения, которые изменяются по величине и направлению. На практике они используются в переменных токах, которые являются синусоидальными. По этой причине такие токи также называют синусоидальными. Технический словарь по железнодорожной технике.
См. ПЕРЕМЕННЫЙ ток, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ток…. Научно-технический энциклопедический словарь
AC, a.c. Электричество, изменяющееся со временем. В технике периодический ток, который в среднем равен нулю в течение периода (T). Период переменного тока (и … Энциклопедический словарь по металлургии, Inc.
Переменный ток — в широком смысле, ток, изменяющийся со временем — в узком смысле, периодический ток, среднее значение которого в течение определенного периода времени равно нулю. Чаще всего используется синусоидальный переменный ток. * * * * * * * ПЕРЕМЕННЫЙ ток, в самом широком смысле…
Переменный ток — это ток, сила и направление которого периодически меняются. В самом широком смысле переменный ток — это ток, который изменяется во времени. Использование переменного тока относится к основному методу передачи электроэнергии, поскольку он связан ……. Энциклопедия технологий
AC-kintamojisrovėstatusasTsritisautomatika atitikmenys: англ. alternating current VOK. Wechselstrom, mrus. alternating current, mpranc. alternating current, m… Автоматическая терминология žodynas.
Резисторы, конденсаторы и катушки, ранее испытанные по отдельности, образуют колебательный контур, подключенный к источнику переменного напряжения. Пожалуйста, прочитайте следующую брошюру ‘AC.2’.
Чем отличается постоянный ток от переменного
В предыдущей статье «Что такое электричество» вы узнали, как заставить электроны плавно двигаться в замкнутых цепях. Теперь мы расскажем вам, что такое электричество. Электричество бывает как постоянного, так и переменного тока. В чем разница между переменным и постоянным током? Свойства постоянного тока.
Постоянный ток, или DC по-английски, относится к току, который не меняет направление в любой момент времени и всегда течет от положительного к отрицательному. На схеме он обозначается положительными (+) и отрицательными (-) линиями на корпусе устройства постоянного тока, обозначаемого штрихом (-) или (=). Важной особенностью постоянного тока является то, что его можно накапливать, т.е. хранить в батарее или производить в результате химической реакции в батарее. Многие современные портативные электрические устройства работают, используя накопленный заряд постоянного тока, содержащийся в батареях или аккумуляторах этих устройств.
Переменный ток
(Alternating Current) или АС английская аббревиатура обозначающая ток, который меняет на временном отрезке свое направление и величину. На электрических схемах и корпусах электрических аппаратов, работающих от переменного тока, символ переменного тока обозначают как отрезок синусоиды «~». Если говорить о переменном токе простыми словами, то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.
Теперь давайте разберемся, что такое частота. Частота — это период времени, в течение которого ток совершает полное колебание, число полных колебаний в 1 с называется частотой тока и обозначается буквой f. Частота измеряется в герцах (Гц). В промышленности и быту в большинстве стран используется переменный ток частотой 50 Гц. Это значение показывает, сколько раз за одну секунду направление тока меняется на противоположное и возвращается в исходное состояние. Другими словами, в электрической розетке в каждом доме, к которой подключены утюги и пылесосы, плюсовая и минусовая клеммы справа и слева от розетки меняют положение с частотой 50 раз в секунду — это частота переменного тока. Зачем вам нужен такой «переменный» переменный ток, почему бы вам просто не использовать постоянный? Это необходимо для того, чтобы с помощью трансформаторов можно было получить необходимое напряжение в любом количестве без больших потерь. Использование переменного тока позволяет передавать электроэнергию в промышленных масштабах на большие расстояния с минимальными потерями.
Напряжение, подаваемое мощными генераторами на электростанциях, находится в диапазоне 330 000-220 000 вольт. Такие напряжения нельзя подавать в дома и квартиры: они слишком опасны и технически сложны. Именно поэтому переменный ток передается с электростанций на электрические подстанции, где он преобразуется из высокого напряжения в более низкое, которое мы используем.
Преобразование переменного тока в постоянный
Можно генерировать постоянный ток из переменного, подключив к сети переменного тока диодный мост, или, как его еще называют, выпрямитель. Из названия «выпрямитель» понятно, что делает диодный мост: он выпрямляет синусоидальную волну переменного тока в прямую линию, которая заставляет электроны двигаться в одном направлении.
Что такое диод и как работает диодный мост, вы сможете узнать в моих следующих статьях.
Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: внутрь и наружу. Один из них считается положительным, а другой — отрицательным.
Различия токов
Незнание этих различий приводит к неправильному подключению потребителей напряжения к источникам питания. Это приводит к повреждению приборов или, что еще хуже, к опасным для жизни ситуациям.
Для того чтобы четко понять, какой ток называется переменным, а какой — постоянным, необходимо сравнить параметры.
При сравнении характеристик двух видов электроэнергии выделяются различия:
- Физические – у переменного тока сила и направление состоят во временной зависимости. В бытовой сети частота пульсации – 50 Гц. Полярность изменяется по синусоиде 50 раз за секунду. Носители зарядов постоянного тока направленности не меняют.
- Конструктивные – на выводах или контактах у DC присутствуют « + » и «– », а у АС на электродах – «ноль» и «фаза». В случае трёхфазной сети 4 контакта: один «ноль» и три «фаза».
- Принцип вырабатывания – постоянный ток получают в результате электролитических и химических реакций окисления, работы генераторов постоянного тока и солнечных батарей. Переменный ток вырабатывается трёхфазными генераторами.
- В преобразовании – оба вида получают путём превращения одного в другой посредством полупроводниковых выпрямителей и инверторов.
詳細については。 Существуют два мировых стандарта на частоту и напряжение в потребительской сети переменного тока. Европейский стандарт — 50 герц, 220-240 вольт, американский стандарт — 60 герц, 100-127 вольт.
Преимущества переменного тока
Аккумуляторные батареи практичны в качестве источника непрерывной электроэнергии. Однако они не могут обеспечивать питание коллекторов бесконечно долго без подзарядки. Поэтому выработка изменяющегося во времени тока и поставка его потребителю являются основными задачами энергосистемы страны. К преимуществам этого типа относятся:
- лёгкость преобразования из одной величины напряжения в другую;
- допустимость передачи на дальние расстояния по ЛЭП к распределительным сетям;
- возможность реализовывать трёхфазные схемы энергоснабжения;
- ориентированность на потребителей производственных предприятий, рассчитанных на питание переменным током.
Проще уменьшить или увеличить величину переменного напряжения. Он должен проходить только через трансформатор. Высокая эффективность этого преобразователя составляет 99%, а потери мощности — всего 1%. Трансформатор с раздельными обмотками напряжения по-прежнему отделяет высокое напряжение от низкого, что позволяет разделять установки до 1000 В и свыше 1000 В.
Атомные и гидроэлектростанции расположены далеко от центрального места потребления. Поэтому напряжение транспортируемой электроэнергии увеличивается на несколько сотен киловатт, снижая транспортные потери, и передается по транспортным линиям в нужное место, где снова снижается.
Использование переменного трехфазного напряжения увеличивает мощность структуры электрической системы. Для передачи той же мощности в трехфазной сети требуется меньше трубопроводов, чем в однофазной.
Важно! При сравнении двух трансформаторов одинаковой номинальной мощности размеры однофазного трансформатора больше, чем трехфазного. Асинхронные двигатели дешевле в производстве, чем двигатели непрерывного действия. Без коллекторов и щеток асинхронные двигатели в два-три раза мощнее двигателей постоянного тока с такими же габаритами.
Недостатки постоянного тока
Помимо того, что этот тип источника питания не прост по конструкции, он более сложен в эксплуатации. При 94% предельная мощность этих машин не превышает 20 МВт. Другие недостатки.
- для повышения или понижения напряжения применяют сложные схемы;
- двигатели, рассчитанные на потребление такого электричества, также конструктивно сложны и недешевы;
- развязка низкого и высокого напряжения требует сложных решений.
От этих источников и потребителей нельзя полностью отказаться, поскольку они востребованы и имеют свои преимущества.
