Какой электрический ток называют переменным: где используют, что представляет

Переменным называется электрический ток, I, изменяющийся по величине и направлению с определённой периодичностью, T. В классическом определении, переменный ток представляет собой гармонические колебания изменяющиеся по форме синусоиды. Периодичность изменения направления и величины называется частотой, f, выражаемой в Герцах, Гц. Частота отражает, сколько раз за секунду происходит смена направления тока. Российские сети работают на частоте 50 Гц. Это значит, напряжение меняет полярность, а ток направление 50 раз за секунду.

Свойства переменного тока

С переменным током неразрывно связано явление возникновения электромагнитной индукции. Переменный ток, пропущенный через обмотку, формирует вокруг неё изменяющееся во времени магнитное поле, которое приводит к появлению электродвижущей силы, ЭДС и электрического тока в проводнике, взаимодействующем с этим полем.

Электромагнитная индукция — ключевое явление, обеспечивающее генерацию, транспортировку, использование электроэнергии. Именно электромагнитная индукция лежит в основе принципа действия трансформаторов, генераторов, двигателей. Это физическое явление определило преимущественное использование переменного тока для электроэнергетики.

Переменный ток входит в повседневную жизнь не только в виде розетки, от которой питаются наши компьютеры, телевизоры, холодильники, лампы освещения. Он способен вызывать резонансные явления в цепях, обладающих емкостью и индуктивностью. Это свойство используется для излучения электромагнитных волн, называемых радиоволнами. Радиоволны — это электромагнитные волны, излучаемые антенной, питающейся токами высокой частоты. Диапазон радиочастот от 3 до 3*10¹² Гц. На радиочастотах работают системы радиосвязи, беспроводные системы передачи данных Bluetooth, WiFi, WiMAX, спутниковое и эфирное телевидение, мобильные телефоны, навигационные системы.

Мощное высокочастотное электромагнитное поле способно вызывать нагрев. Эта особенность широко используется в бытовых микроволновых СВЧ печах, индукционных плитах. На производстве с помощью индукционных печей нагревают заготовки, закаливают и плавят металл.

Трёхфазная и однофазная сеть

Различие заключается в количестве проводников и уровне напряжения между ними.

Токи, протекающие в трёхфазной сети имеют вид синусоид, сдвинутых между собой на 120º.

Трёхфазная сеть состоит из трёх фазных проводников, АВС. Однофазная сеть использует один из фазных проводов и нулевой N.

Напряжение между фазами в точках A, B, C, называется линейным, Uл. Между нулевым N и одним из фазных проводов — фазным, Uф. Фазное напряжение меньше линейного в 1,73 раза, что составляет 58 % от его величины. Такое напряжение используется в европейских странах, Росиии, на него рассчитано большинство бытовых приборов.

Преимущества переменного тока

Основные преимущества перед постоянным определили его как основу энергетики:

• генератор переменного напряжения проще и дешевле генератора постоянного;
• способность к трансформации в любые уровни напряжения;
• простое преобразование в механическую энергию;
• легко преобразуется в постоянный.

Генератор переменного напряжения конструктивно проще, он более компактный, имеет меньшую массу медных деталей, а потому дешевле.

За счёт явления электромагнитной индукции появляется возможность повышать и понижать напряжение до любого уровня с помощью трансформаторов.

Трехфазная сеть очень эффективно используется при работе электродвигателей. Благодаря сдвигу фаз, в машине образуется вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой статор. Современные электромоторы имеют КПД на уровне 90%.

Где используется

Переменный ток частотой 50 Гц является промышленным стандартом в энергетике, применяется во всех отраслях промышленности, транспорте, сельском хозяйстве, жилом секторе. На переменном токе работает электрооборудование рудников заводов, фабрик. Он вращает двигатели станков, насосов, конвейеров, подъёмных механизмов. Им снабжается вся инфраструктура метрополитенов от освещения, эскалаторов до электропоездов. Тоже самое относится к электрифицированным железным дорогам. В наши дома и квартиры так же подаётся переменное напряжение.

Как поставляется электроэнергия

Цепь поставки состоит из нескольких звеньев и упрощённо выглядит так:

1. Генератор электростанции вырабатывает переменный электрический ток с частотой 50 Гц.
2. Трансформаторы на электростанции повышают напряжение до десятков или сотен тысяч вольт. Энергия поступает на магистральные линии электропередач, ЛЭП.
3. Трансформаторы на распределительных подстанциях понижают напряжение, энергия передаётся потребителям.

Повышение с последующим понижением напряжения имеет огромный смысл. Нужно это для того, чтобы передать энергию на большие расстояния с наименьшими затратами. Крупные электростанции могут находятся в сотнях, а то и тысячах километров от потребителей. Высокое напряжение позволяет уменьшить сечение проводников, снизить потери при передаче энергии на большие расстояния. Из формулы мощности P = U*I очевидно, при неизменной мощности повышение напряжение приводит к снижению тока, а следовательно, потребуется меньшее сечение проводов.

Например, станция генерирует 100 МВт мощности, которую нужно передать в соседний город при напряжении ЛЭП 1000 В, ток в линии I = P/U= 100*10

6/1000 = 100 000 кА. Для таких токов потребуется проводник сечением 10 000 мм². При повышении U до 100 кВ, сечение проводника уменьшится в 100 раз. По этой причине магистральные ЛЭП способны работать под напряжением 220-750 кВ.

На стороне потребителя напряжение снижается с помощью трансформаторов до необходимой величины. В ряде случаев используются промежуточные уровни: 10, 6, 0.6, 0.4 кВ для локальных ЛЭП или отдельных потребителей.

Читайте также:

Урок 43. Лекция 43. Переменный ток.

Электромагнитными колебаниями называют периодические взаимосвязанные изменения заряда, силы тока и напряжения.

Свободными электромагнитными колебаниями называют такие, которые совершаются без внешнего воздействия за счет первоначально накопленной энергии.

У свободных колебаний со временем амплитуда уменьшается и они затухают. Для того, чтобы колебания не затухали, необходимо воздействовать на колебательную систему внешней периодически изменяющейся силой. Такие колебания называют вынужденными.

Вынужденные электрические колебания называют переменным электрическим током.

Электрический ток, изменяющийся со временем по направлению и по величине по гармоническому закону, называют переменным током.

Рассмотрим переменный электрический ток, изменяющийся со временем по гармоническому закону. Он представляет собой вынужденные колебания тока в электрической цепи, происходящие с частотой ω, совпадающей с частотой, вынуждающей э.д.с.

   В цепи переменного тока мощность тоже будет менять своё значение. Как правило, нам надо знать среднюю мощность. Для её вычисления удобно пользоваться действующими значениями силы тока и напряжения.

   Вольтметр и амперметр переменного тока всегда показывают действующие значения.

   Мгновенное значение переменного тока, текущего по активному сопротивлению R, определяется по закону Ома:

 

где I₀ = ε₀/R – амплитудное значение силы тока

.

   Ток по фазе совпадает с э.д.с.

   Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата мгновенного тока, называется действующим значением переменного тока.

Обозначается I.

 

   Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока:

 

   Действующее (эффективное) значение переменного тока и действующее (эффективное) значение напряжения равно напряжению и силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

Ток, изменяющийся по направлению и величине по гармоническому закону, называется переменным током.

N b c b S

c b b c

a d a

c d a b a d c

d a d

ε

t₂ t₃ t

4 t₅

t₁ ¼ T ½ T ¾ T T t

При вращении рамки в магнитном поле меняется магнитный поток. В рамке наводится переменная ЭДС индукции. Если цепь замкнута, то возникает индукционный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через ½ Т – по направлению.

ЭДС индукции, возникающая в рамке будет меняться по закону:

е = ε_max

sin ω t,

где ε_max = B S ω – амплитудное значение ЭДС индукции.

Вынужденные электрические колебания, возникающие в цепях под действием напряжения, осуществляются по закону:

u = U_max sin ω t или u = U_max cos ω t.

Колебания силы тока меняются с такой же частотой, но могут не совпадать по фазе с колебаниями напряжения.

i = I_max sin (ω t + φ_c),

где I_max – амплитуда силы тока, φ_с – разность фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Сопротивления в цепи переменного тока

Активное Емкостное Индуктивное

R C L

~ ~ ~

u = U_m cos ω t, , e_i = — u,

u U_m cos ω t i = q΄= — C U_m ω sin ω t, i = I_m sin ω t,

I = — = ———— = I_m cos ω t. π

R R i = U_mC ω cos ωt + — , u = — L i΄= L I_m ω cos ω t,

2 π

U_m I_m = U_mCω. u = L I_m ω sin ωt + — ,

I_m = ——, 2

R Введем обозначение:

1 U_m = L I_m ω.

I_m действующее X_C = —— — емкостное

I = —— — значение ω C сопротивление, Введем обозначение:

√ 2 силы тока,

U закон Ома для X_L = ω L – индуктивное

U_m действующее I = —— — участка цепи, сопротивление

U = —— — значение X_C содержащей

√ 2 напряжения, конденсатор U закон Ома для

I = —— — участка цепи,

R – активное сопротивление, В цепи переменного тока, X_L содержащей

содержащей конденсатор, катушу

P = I ² R – действующее колебания силы тока I индуктивности

значение мощности, опережают колебания

π В цепи переменного тока,

U закон Ома для напряжения u на ——. содержащей катушку

I = — — участка цепи 2 индуктивности, колебания

R переменного тока напряжения и опережают

с резистором. i, u π

u колебания силы тока i на —

В цепи переменного тока, 2

содержащей активное t

сопротивление, колебания i, u

силы тока i и напряжения u

u совпадают по фазе. i i

t

i, u u

t

i

Основные сведения о переменном токе

Опубликовано:

14.01.2012

Электрический ток бывает постоянным и переменным. Переменный – это ток, в котором среднее значение за период силы и напряжения равно нулю. Такой ток непрерывно изменяется по величине и направлению, и происходят эти изменения через равные промежутки времени.

Периодический переменный ток.

Известно, что, для того чтобы вызвать в цепи переменный ток, используют генераторы переменного тока. В таких генераторах электродвижущая сила (ЭДС) возникает в процессе электромагнитной индукции. В полости цилиндрической формы вращается магнит, называемый ротором, а неподвижный сердечник с его обмоткой называется статором.

Переменный ток применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония и пр.), и все это благодаря тому, что напряжение и силу переменного тока можно преобразовывать почти без потери энергии.

Для промышленности и освещения переменный ток вырабатывается генераторами, приводимыми во вращение водяными или паровыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

Переменный ток бывает однофазным и многофазным. Из многофазных широкое распространение получил трехфазный ток – система переменного тока, состоящая из трех электрических цепей, имеющих одинаковую частоту и электродвижущую силу, сдвинутые по фазе на 120°. Трехфазная система переменного тока применяется в промышленности для питания электродвигателей, электропечей, освещения.

Схема простейшего генератора переменного тока.

При прохождении по проводнику переменный ток выделяет столько же тепла, сколько и постоянный. Время, в течение которого совершается одно колебание, называют периодом (обозначают буквой Т). Состояние переменного тока в отдельные моменты времени называют фазами. А число периодов в секунду – частотой. Единицей частоты является герц (Гц). Если мы говорим, что в одну секунду совершается одно колебание, то частота будет равна 1 Гц.

При помощи выпрямителей переменный ток может быть преобразован в постоянный (для большинства устройств требуется постоянный ток).

Долгое время в электротехнике применялся исключительно постоянный ток. Но потом возникла необходимость в передаче электроэнергии на дальние расстояния. В быту обычно используется переменный ток, поэтому мы расскажем подробнее о нем и его физических характеристиках.

При передаче электроэнергии по проводам в них возникают потери, пропорциональные квадрату тока. Для уменьшения потерь необходимо уменьшить ток. Но для передачи той же мощности при меньшем токе необходимо более высокое напряжение. Поэтому передача электроэнергии на дальние расстояния может быть выполнена только при высоком напряжении.

Преобразование с малыми потерями больших токов низкого напряжения в малые токи высокого напряжения, или наоборот, может производиться лишь посредством электромагнитного аппарата переменного тока — трансформатора. Поэтому в настоящее время преимущественно применяется переменный электрический ток.

Ток, изменяющийся в течение определенного времени по величине и направлению, называется переменным током. Переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону, представляет собой однофазный синусоидальный ток:
i = IM sin (wt + cp),
где IM — амплитудное значение тока.

Промежуток времени, в течение которого осуществляется одно полное колебание, называется периодом Т.

Число периодов в секунду называется частотой, которая выражается формулой
F = 1/Т
Частота измеряется в герцах (Гц).

Величина w = 2яср = 2л/Т называется угловой частотой и измеряется в рад/сек; угол Zwcp называется начальной фазой.

На практике наибольшее распространение получил ток, который изменяется с частотой 50 периодов в секунду, т. е. 50 Гц.

Тест1. Какой электрический ток называется переменным?1) Электрический ток, периодически

1. Какой электрический ток называется переменным?
1) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению
2) Электрический ток, периодически меняющийся со временем
3) Электрический ток, периодически меняющийся по модулю
4) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по направлению

2. Где используют переменный электрический ток?
1) в домах.        2) квартирах.        3) на производстве.        4) на автомобилях.
5) велосипедах.

3. Почему генераторы переменного тока называют индукционными?
1) их действие основано на явлении электрического тока
2) их действие основано на магнитном действии
3) их действие основано на явлении электромагнитной индукции
4) их действие основано на явлении постоянного магнита:

4. Из чего состоит электромеханический индукционный генератор?
1) генератора.        2) станины.        3) статора.
4) ротора.            5) полукольца.        6) щетки.
5. Какая часть индукционного генератора подвижная?
1) статор.        2) ротор.        3) щетки.        4) обмотка.

6. Какая часть индукционного генератора не подвижна?
1) обмотка.            2) ротор.            3) статор.

7. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловых станциях?
1) водой.        2) паром от сгоревшего топлива.        3) бензином.        4) керосином.

8. Чем приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции?
1) паром.        2) водой.        3) керосином.            4) кувалдой.

9. Какова стандартная частота переменного тока?
1) 65Гц.        2) 55 Гц.        3) 40 Гц.        4) 50 Гц.        5) 70 Гц.

10. Из каких элементов состоит трансформатор?
1) сердцевина.        2) сердечник.            3) первичная обмотка.
4) вторичная обмотка.    5) обмотки из проволоки.

11. Для чего предназначен трансформатор?
1) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока
2) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения
3) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения силы тока
4) Трансформатор предназначен для уменьшения переменного напряжения и силы тока
5) Трансформатор предназначен для увеличения напряжения и силы тока

12. Сколько видов трансформаторов существует?
1) 1.        2) 2.        3) 3.        4) 4.        5) 5.

13. К какой обмотке трансформатора подключают переменный электрический ток?
1) к первичной.         2) к вторичной.        3) к первичной и вторичной.

14. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП?
1) закон Джоуля.        2) закон Джоуля-Ленца.        3) закон Ленца.
4) закон Паскаля.        5) закон Ньютона.           

15.  Кто изобрел трансформатор?
1) Лебедев.        2) Тимирязев.        3) Яблочков.        4) Паскаль.

​

Что такое прямой и переменный ток. Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Несмотря на то, что электрический ток является незаменимой частью современной жизни, многие пользователи не знают о нем даже основополагающих сведений. В данной статье, опустив курс базовой физики, рассмотрим, чем отличается постоянный ток от переменного, а также какое он находит применение в современных бытовых и промышленных условиях.

Вконтакте

Различие типов тока

Что такое ток, рассматривать здесь не будем, а сразу перейдем к основной теме статьи. Переменный ток отличается от постоянного тем, что он непрерывно изменяется по направлению движения и своей величине .

Изменения эти осуществляются периодами через равные временные отрезки. Для создания подобного тока применяют специальные источники или генераторы, выдающие переменную ЭДС (электродвижущую силу), которая регулярно изменяется.

Основополагающая схема упомянутого устройства для генерации переменного тока довольно проста. Это рамка в виде прямоугольника, изготавливаемая из медных проволок, которая закрепляется на ось, а затем при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Кончики этой рамки припаиваются к медным контактным колечкам, скользящим по непосредственно контактным пластинкам, вращаясь синхронно с рамкой.

При условии равномерного ритма вращения начинает индуцироваться ЭДС, которая периодически изменяется. Измерить ЭДС, возникшую в рамке, возможно специальным прибором. Благодаря появлению реально определить переменную ЭДС и вместе с ней переменный ток.

В графическом исполнении эти величины характерно изображаются в виде волнообразной синусоиды . Понятие синусоидального тока зачастую относится к переменному току, поскольку подобный характер изменения тока является наиболее распространенным.

Переменный ток – алгебраическая величина, а его значение в конкретный временной момент именуется мгновенным значением. Знак непосредственно самого переменного тока определяется по направлению, в котором в данный временной момент проходит ток. Следовательно, знак бывает положительным и отрицательным.

Характеристики тока

Для сравнительной оценки всевозможных переменных токов применяют критерии, именуемые параметрами переменного тока , среди которых:

• период;
• амплитуда;
• частота;
• круговая частота.

Период – отрезок времен, когда производится законченный цикл изменения тока. Амплитудой называют максимальное значение. Частотой переменного тока назвали количество законченных периодов за 1 сек.

Перечисленные выше параметры дают возможность отличать различные виды переменных токов, напряжений и ЭДС.

При расчете сопротивления разных цепей воздействию переменного тока допустимо подключить еще один характерный параметр, именуемый угловой либо круговой частотой . Этот параметр определяется скоростью вращения вышеупомянутой рамки под определенным углом в одну секунду.

Важно! Следует понимать, чем отличается ток от напряжения. Принципиальная разница известна: ток является количеством энергии, а напряжением называется мера .

Переменный ток получил свое название, потому что направление движения у электронов безостановочно изменяется, как и заряд. У него встречается различная частота и электрическое напряжение.

Это и является отличительной чертой от постоянного тока, где направление движения электронов неизменно . Если сопротивление, напряжение и сила тока неизменны, а ток течет только в одну сторону, то такой ток является постоянным.

Для прохождения постоянного тока в металлах потребуется, чтобы источник постоянного напряжения оказался замкнут на себя при помощи проводника, которым и является металл. В отдельных ситуациях для выработки постоянного тока применяют химический источник энергии, который называется гальваническим элементом.

Передача тока

Источники переменного тока – обычные розетки. Они располагаются на объектах разнообразного назначения и в жилых помещениях. К ним подключаются различные электрические приборы, которые получают необходимое для их работы напряжение.

Использование переменного тока в электрических сетях является экономически обоснованным, поскольку величина его напряжения может преобразовываться к уровню необходимых значений. Совершается это при помощи трансформаторного оборудования с допускаемыми незначительными потерями. Транспортировка от источников электроснабжения к конечным потребителям является более дешевой и простой.

Передача тока к потребителям начинается непосредственно с электростанции, где используется разновидность чрезвычайно мощных электрических генераторов. Из них получают электрический ток, который по кабелям направляется к трансформаторным подстанциям. Зачастую подстанции располагают неподалеку от промышленных либо жилых объектов электрического потребления. Полученный подстанциями ток преобразуется в трехфазное переменное напряжение.

В батарейках и аккумуляторах содержится постоянный ток , который отличается устойчивостью свойств, т.е. они не изменяются со течением времени. Он используется в любых современных электрических изделиях, а еще в автомобилях.

Преобразование тока

Рассмотрим отдельно процесс преобразования переменного тока в постоянный. Данный процесс производится при помощи специализированных выпрямителей и включает три шага:

1. Первым шагом подключается четырехдиодный мост заданной мощности. Это в свою очередь позволяет задать движение однонаправленного типа у заряженных частиц. Кроме того, он понижает верхние значения у синусоид, свойственных переменному току.
2. Далее подключается фильтр для сглаживания либо специализированный конденсатор. Это осуществляется с диодного моста на выход. Сам же фильтр способствует исправлению впадин между пиковыми значениями синусоид. А подключение конденсатора значительно снижает пульсации и приводит их к минимальным значениям.
3. Затем производится подключение устройств, стабилизирующих напряжение, с целью снижения пульсаций.

Данный процесс, в случае необходимости, способен производиться в двух направлениях, конвертируя постоянный и переменный ток.

Еще одной отличительной чертой является распространение электромагнитных волн по отношению к пространству. Доказано, что постоянный тип тока не позволяет электромагнитным волнам распространяться в пространстве, а переменный ток может вызывать их распространение. Кроме того, при транспортировке переменного тока по проводам индукционные потери значительно меньше, нежели при передаче постоянного тока.

Обоснование выбора тока

Разнообразие токов и отсутствие единого стандарта обуславливается не только потребностью в различных характеристиках в каждой индивидуальной ситуации. В решении большинства вопросов перевес оказывается в пользу переменного тока. Подобная разница между видами токов обуславливается следующими аспектами:

• Возможность передачи переменного тока на значительные расстояния. Возможность преобразования в разнородных электрических цепях с неоднозначным уровнем потребления.
• Поддержание постоянного напряжения для переменного тока оказывается в два раза дешевле, нежели для постоянного.
• Процесс преобразования электрической энергии непосредственно в механическую силу осуществляется со значительно меньшими затратами в механизмах и двигателях переменного тока.

В данной расскажем что такое переменный электрический ток и трехфазный переменный переменный ток.

Понятие переменного электрического тока даётся в учебнике физики общеобразовательного учебного заведения — школы. — ток имеющий форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота, с течением времени изменяется по направлению и величине.

Частота – это количество полных изменений полярности переменного электрического тока за одну секунду. Это означает, что ток, в обычной бытовой розетке частотой 50 Герц за одну секунду меняет своё направление с положительного значения на отрицательное и обратно ровно пятьдесят раз. Одно полное изменение направления (полярности) электрического тока с положительного значения на отрицательное и снова на положительное называют — периодом колебания электрического тока . В течение периода Т переменный электрический ток меняет своё направление дважды.

Для визуального наблюдения синусоидальной формы переменного тока обычно используют . Для исключения поражения электрическим током и защиты осциллографа от сетевого напряжения по входу, используют разделительные трансформаторы. Для измерения периода нет разницы, по каким равнозначным (равноамплитудным) точкам его измерять. Можно по максимальным положительным, или отрицательным вершинам, а можно и по нулевому значению. Это поясняется на рисунке.

Из учебника физики мы знаем, что переменный электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.

Представим себе прямоугольную проволочную рамку с несколькими витками, равномерно вращающуюся в однородном магнитном поле. Возникающая в этой рамке э.д.с. индукции меняется по синусоидальному закону. Период колебания Т переменного электрического тока – это один полный оборот магнитной рамки вокруг своей оси.

магнитная рамка

Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.

Максимальное значение напряжения электрического тока Umax — это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды.

Среднее значение напряжения электрического тока Uср — это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:

U ср = 2 * U max / π = 0,636 U max

Синусоиду максимального напряжения можно проконтролировать на экране осциллографа. Понять, что такое среднее значение переменного электрического напряжения можно проведя эксперимент по рисунку и описанию ниже.

Используя осциллограф, подключите к его входу синусоидальное напряжение. Ручкой вертикального смещения развёртки переместите «ноль» развёртки на самую нижнюю линию шкалы экрана осциллографа. Растяните и сместите горизонтальную развёртку так, чтобы одна полуволна синусоидального напряжения поместилась в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Ручкой вертикальной развёртки (усилением) растяните развёртку так, чтобы максимальная амплитуда полуволны поместилась ровно в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Определите амплитуду синусоиды на десяти участках. Суммируйте все десять значений и поделите на десять – найдите его «средний балл». В результате Вы получите значение напряжения, приблизительно равное 6,36 от его максимального значения — 10.

Измерительные приборы – вольтметры, цешки, мультиметры для измерения переменного напряжения имеют в своей схеме выпрямитель и сглаживающий конденсатор. Эта цепочка «округляет» множитель разницы максимального и измеряемого напряжения до числа 0,7. Поэтому, если Вы будете наблюдать на экране осциллографа синусоиду напряжения амплитудой 10 вольт, то вольтметр (цешка, мультиметр) покажет не 10, а около 7 вольт. Вы думаете что в Вашей домашней розетке – 220 вольт? Так и есть, но не совсем так! 220 вольт – это среднее значение напряжения бытовой розетки, усреднённое измерительным прибором — вольтметром. Максимальное же напряжение следует из формулы:

U max = U изм / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 вольт

Именно поэтому, когда Вас «бъёт» током от электрической розетки 220 вольт, знайте, что это Ваша иллюзия. На самом деле, Вас трясёт напряжение около 315 вольт.

Трехфазный ток

Наряду с простым синусоидальным переменным током в технике широко используется так называемый трехфазный переменный ток . Мало того, трёхфазный электрический ток — это основной вид энергии используемый во всём мире. Трёхфазный ток приобрёл популярность по причине менее затратной передачи энергии на большие расстояния. Если для обычного (однофазного) электрического тока требуется два провода, то для трёхфазного тока, у которого энергия в три раза больше, требуется всего три провода. Физический смысл Вы узнаете в этой статье позже.

Представьте, если вокруг общей оси вращается не одна, а три одинаковые рамки, плоскости которых повернуты друг относительно друга на 120 градусов. Тогда возникающие в них синусоидальные э.д.с. также будут сдвинуты по фазе на 120 градусов (см. на рис).

Такие три согласованных переменных тока называют трехфазным током. Упрощённое расположение проволочных обмоток в генераторе трёхфазного тока иллюстрируется на рисунке.

Подключение обмоток генератора по трём независимым линиям показано на рисунке ниже.

Такое подключение шестью проводами довольно громоздко. Так как для явлений в электрических цепях важны только разности потенциалов, то один проводник может использоваться сразу для двух фаз, без снижения нагрузочной способности по каждой из фаз. Другими словами, в случае подключения обмоток генератора по схеме «звезда» с использованием «нуля», передача энергии от трёх источников производится по четырём проводам (см. рис.), в которых один является общим – нулевым проводом.

По трём проводам может передаваться энергия сразу от трёх (фактически независимых) источников электрического тока соединённых «треугольником».

В промышленных генераторах и преобразующих трансформаторах «треугольником» обычно подключается межфазное напряжение 220 вольт. При этом «нулевой» провод отсутствует.

«Звезда» применяется для передачи напряжения сети с использованием «нуля». При этом на фазе относительно «нуля» действует напряжение 220 вольт. Межфазное напряжение при этом равно 380 вольт.

Частым явлением во времена «нагло ворующей демократии» было сгорание бытовой аппаратуры в квартирах добропорядочных граждан, когда из-за слабой проводки сгорал общий «ноль», тогда в зависимости от того, какое количество бытовых приборов включено в квартирах, горели телевизоры и холодильники у того, кто их меньше всего включал. Вызвано это явлением «перекоса фаз», которое возникало при обрыве нуля. В розетку добропорядочных граждан вместо 220 вольт устремлялось межфазное напряжение 380 вольт. До настоящего времени во многих коммуналках и сооружениях напоминающих жильё наших российских городов и весей это явление до конца не искоренилось.

Любой грамотный инженер должен без запинки ответить какой ток в розетке — постоянный или переменный. Физике в технических ВУЗах уделяют особое внимание! А вот большинство обычных граждан может прожить всю жизнь и не знать этого. И абсолютно зря! В наше время есть необходимый минимум знаний, которым должен обладать любой современный образованный человек. Какой тип тока в розетке нужно знать так же, как таблицу умножения.

Виды электрического тока в быту

Для полного понимания картины приведу немного теории, которую будет очень полезно знать. Электрический ток — это направленное движение электрических зарядов. Он может возникать в замкнутой электрической цепи. Различают:

Постоянный ток или DC — Direct Current. Международное обозначение (-).
Постоянный ток течёт в одном направлении, а величина его слабо меняется со временем. Яркий пример, который Вы можете встретить у себя дома или в квартире — ток от электрических батареек или аккумуляторов.

Переменный ток . обозначение или AC — Alternating Current. Международное обозначение (~).
Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. Один период изменения в секунду — это Герц. Соответственно частота переменного тока — это количество периодов в секунду. В России и Европе используемая частота — 50 Гц, в США — 60 Гц. Переменный ток используется для работы различных электроприборов.

Какой ток в бытовых розетках

Разобравшись в теории — перейдём непосредственно к ответу на вопрос — какой ток в розетке — переменный или постоянный? Думаю Вы уже и сами догадались — конечно же переменный ток . Рабочее напряжение в сети — 220-240 Вольт. Сила переменного тока в обычных квартирах ограничивается величиной в 16 А (Ампер), но в некоторых случаях встречается и до 25 А. По мощности тока стандартное ограничение — 3,5 кВт.

Для более мощной электрической техники используют уже трехфазные сети с напряжением 380 Вольт с силой тока до 32А.

Электричество – это тип энергии, передаваемый движением электронов через проводящий материал. Например, металлы представляют собой материалы с высокой электропроводностью и позволяют легко перемещать электроны. Внутри проводящего материала электроны могут двигаться в одном или нескольких направлениях.

Понятие о постоянном и переменном токе

Что такое постоянный ток, определяется из характера движения электрозарядов. Аналогично можно установить, что такое переменный ток.

1. Когда поток электрозарядов задан в одном направлении, он считается постоянным током;
2. Когда электронный поток меняет направление и интенсивность во времени, он называется переменным током. Причем изменения идут циклически, по синусоидальному закону.

Большинство современных электросетей используют переменный электрический ток, производящийся на электростанциях соответствующими генераторами.

Постоянный ток (DC) генерируется батареями, топливными элементами и фотоэлектрическими модулями. Существуют и генераторы постоянного тока . Другое его получение – преобразование из однофазного и трехфазного переменного тока (АС) с помощью выпрямительных устройств.

В обратном случае АС может быть получен из DC, используя инверторы, хотя технология здесь несколько сложнее.

История

В природе электричество встречается относительно редко: оно генерируется только несколькими животными и существует в некоторых природных явлениях. В поисках искусственной генерации потока электронов ученые поняли, что можно заставить электроны проходить через металлическую проволоку или другой проводящий материал, но только в одном направлении, так как они отталкиваются от одного полюса и притягиваются к другому. Так родились батареи и генераторы постоянного тока. Изобретение приписывается, в основном, Томасу Эдисону.

В конце 19-го века другой известный ученый, Никола Тесла, разрабатывал способы получения переменного тока. Основными причинами работ в этой области явились обнаруженные недостатки постоянного тока при передаче электроэнергии на большие дистанции. Оказалось, что для переменного тока гораздо проще повысить напряжение передающих линий, тем самым уменьшив потери и получив возможность транспортировки больших объемов электрической энергии, а эффективно повысить напряжение на линиях с постоянным током в те времена было неосуществимо.

Для получения переменного тока Тесла использовал вращающееся магнитное поле. Если МП изменяет направленность, направление электронного потока также варьируется, и генерируется переменный ток.

Изменение направления в электронном потоке осуществляется очень быстро, много раз в секунду. Измерения частоты производятся в герцах (равных циклам в секунду). Таким образом, переменный ток частоты 50 Гц можно представить, как выполнение 50 циклов в секунду. В каждом цикле электроны изменяют направление и возвращаются к первоначальному, поэтому поток электронов изменяет направленность 100 раз в секунду.

Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов

Разница между двумя видами токов заключена в их природе и вытекающих из этого свойствах.

Отличие постоянного тока от переменного:

1. При переменном токе изменяется направленность и интенсивность электронного потока, при постоянном – она неизменна;
2. Частота постоянного тока не может существовать. Это понятие применимо только для переменного тока;
3. Полюсы (плюс и минус) всегда одинаковы в электроцепи постоянного тока. В электроцепи переменного тока положительные и отрицательные полюса меняются с периодическими интервалами;
4. При передаче переменного тока напряжение легко преобразуется и транспортируется с приемлемым уровнем потерь.

Изменение полярности подключения DC может привести к необратимому повреждению устройств. Чтобы этого избежать, на оборудовании обычно ставятся обозначения полюсов. Аналогично контакты отличаются традиционным использованием металлической пружины для отрицательного полюса и пластины – для положительного. В устройствах с перезаряжаемыми батареями трансформатор-выпрямитель имеет выход, так что соединение выполняется только одним способом, что предотвращает инверсию полярности.

В крупномасштабных установках, например, на телефонных станциях и другом телекоммуникационном оборудовании, где имеется централизованное распределение постоянного тока, используются специальные соединительные и защитные элементы,

Постоянный и переменный ток имеют свои достоинства и недостатки, отражающиеся на области их применения. По преимуществу широта использования переменного тока объясняется легкостью его преобразования.

Различия при транспортировке

Когда ток течет, часть энергии электронов преобразуется в тепло, благодаря активному сопротивлению проводов. Электрические нагреватели тоже основаны на этом эффекте. В конце линии меньше энергии передается потребителю. Рассеиваемые мощности называются потерями. Для уменьшения потерь применяется повышение напряжения при транспортировке. Эти физические зависимости применимы и к постоянному, и к переменному току, однако при реализации схем передачи возникают различия.

Достоинства и недостатки переменного тока

При начале строительства передающих электросетей использование трансформаторов было единственной возможностью получать высокие напряжения и затем снижать их до нужного уровня при распределении к потребителям. Такая технология называлась трансформаторной, и до сих пор структура транспортировки электроэнергии не изменилась. Почти повсеместно используется переменный ток, который представляет собой трехфазные системы.

Позже стали конструироваться и линии постоянного тока, которые последние годы используются все шире. Возросший интерес к их применению объясняется существенными недостатками систем переменного тока: в длинных линиях потери электроэнергии значительны. Причинами их являются наличие емкостного и индуктивного сопротивлений.

1. При быстрой смене направления потока электронов наблюдается похожий на перезарядку конденсаторов эффект. Возникают дополнительные емкостные токи. Особенно это сказывается на наземных и подводных кабелях, изолирующий слой которых обладает высоким конденсаторным эффектом;
2. Индуктивное сопротивление линий появляется потому, что электрические токи генерируют магнитные поля, меняющиеся с частотой тока. Появляются индуктивные токи.

Важно! Оба вида реактивных сопротивлений возрастают с увеличением протяженности линий.

Достоинства переменного тока:

• легкая трансформация напряжения;
• возможность комбинирования различных систем передачи;
• возможность использования общесистемной частоты.

Недостатки переменного тока:

• необходимость компенсации реактивной мощности при транспортировке на значительные расстояния;
• сравнительно высокие потери.

Достоинства и недостатки постоянного тока

В первую очередь, чем отличается переменный ток от постоянного, – это присутствием источников потерь на реактивную энергию. Однако постоянный электрический ток предполагает потери на нагрев. Точное их определение зависит от технологии и уровня напряжения. Для высоких напряжений – около 3% на 1000 км.

Другим источником потерь в системах электропередачи на постоянном токе служат подстанции для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот. Суммарные потери намного ниже, чем для переменного тока, но существенными являются материальные затраты на строительство этих подстанций.

Важно! Для повышения рентабельности линий электропередачи на постоянном токе применяются ЛЭП большой длины.

Техническое развитие в последнее время получила передача электроэнергии на постоянном токе, благодаря разработке новых электронных компонентов для создания высоких уровней напряжения постоянного тока – высокопроизводительных тиристоров или биполярных транзисторов.

Интересно. Сегодня возможны системы передачи постоянного тока с напряжением до 800 кВ и пропускной способностью до 8000 мВт на расстояние более 2000 км.

Преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

• возможность передачи мощности по подводным, наземным и подземным кабельным линиям на большие расстояния;
• нет потерь из-за реактивной мощности;
• лучшее использование изоляции кабелей.

Недостатки высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

• недостаточно быстрая коммутация существующих каналов постоянного тока;
• мало стандартизированной электротехники;
• не развиты распределительные сети передачи электроэнергии, транспортировка ведется от пункта до пункта.

Другие варианты применения постоянного и переменного тока

1. DC идеально подходит для зарядки аккумуляторов и батарей элементов. Им нужно такое питание, потому что зарядная мощность всегда должна идти в одном направлении. Соответственно, устройства, работающие от аккумуляторов, также нуждаются в DC, например, фонарик или ноутбук;
2. Телевидение, радио, компьютерная техника используют DC;
3. Используемые в промышленности и в быту электродвигатели работают как на АС, так и на DC. То же относится к плитам, утюгам, чайникам и лампам накаливания;
4. DC нужен для установок электролиза, где важно наличие неизменных полюсов. Только иногда полярность соблюдать не обязательно, в частности при электролизе газов. Тогда может применяться переменный электроток;
5. Около половины мировых контактных сетей железнодорожного транспорта используют DC. В начале развития электрифицированных железных дорог были попытки применения трехфазных двигателей, но создание контактной сети для них столкнулось с проблемами. На DC работает городской электротранспорт: трамваи, троллейбусы, метро. Другой способ устройства железнодорожных контактных сетей – применение одной фазы переменного тока;

Изначально люди не знали, что такое ток. Был известен статический заряд, но никто не понимал и не осознавал природы электричества. Понадобились долгие века, пока Кулон разработал собственную теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка способна запасать энергию. К тому времени, как Ван де Грааф создал первый генератор, любой уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного.

История переменного и постоянного электрического тока

Издавна, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел. Кстати, свойства пьезоэлектричества впервые описаны именно на примере турмалина.

В начала 19-го века было показано, что нагретый кристалл приобретает электрический заряд. За счёт деформации образовались два полюса:

• Южный (аналогический).
• Северный (антилогический).

Причём если температура после нагрева остаётся постоянной, электричество исчезает. Потом появление полюсов отмечается уже при охлаждении. Выходит, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество. Дальнейшие исследования показали, что размер потенциала зависит от:

1. Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
2. Разницы температур.

Прочие факторы влияния на величину заряда не оказывают. Указанное явление получило название пироэлектричества. Диэлектрик турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих свойств. Пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл продолжит копить заряд по мере изменения температуры. Линию, объединяющую полюса, назвали пироэлектрической осью.

Пьезоэлектричество открыто известной парой Кюри на основе турмалина в 1880 году. Осознавалось, что при изменении размеров кристалла начнут вырабатываться заряды, осталось лишь придумать методику для проведения опыта. Кюри использовал для этого статическое давление обычной массы. Эксперимент проводится на изолирующей поверхности. К примеру, масса в 1 кг вызывает появление в кристалле турмалина электрического заряда в пределах пяти сотых статических единиц.

Как появляется электрический ток

Любопытно, что стройная теория по описанному явлению ещё не создана. Важно указание, что в природе присутствуют заряды, получаемые различными методами. Во время грозы это происходит за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и прочих явлений. Земля заряжена отрицательно, вверх постоянно течёт ток через атмосферу. Током называется движение носителей заряда в силу неких причин. К примеру, разницы потенциалов – перепад в уровне носителей между двумя точками пространства.

Сравним с напором воды. Когда преграда устраняется, поток хлынет в направлении меньшего давления. Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина. Допустим, появились на его концах заряды. Дальше потребуется вызвать движение, к примеру, медной жилкой провода. Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей продолжится, пока потенциал не уравняется. При этом кристалл разряжается.

О переменности или постоянстве тока нельзя сказать в ходе указанного ходе процесса. Переменный и постоянный ток являются физическими идеалами, а используются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.

Электрический ток в действительности

На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не синусоидальная. По разным причинам вид графика искажается. Это, к примеру, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы. Форма переменного и постоянного тока искажается. Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре. Для борьбы с подобной напастью требовались методы, и математики придумали спектральный анализ.

Колебание любой формы возможно представить в виде суммы с различным удельным весом простейших синусоид разной частоты. Получается, что по цепи двигается одновременно масса составляющих, в совокупности дающих ток. Причём не обязательно все составляющие двигаются заодно с основной массой. Представим элементы как группу муравьёв, каждый тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет груз перемещаться лишь в одну. Упомянем, что помимо коэффициента (амплитуды) каждая составляющая обладает фазой (направлением), а именуется гармоникой.

Каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (преимущественно 50 Гц) проходили внутрь прибора, а прочее уходило на землю. Указан признак для решения затруднения, упомянутого в начале. Любое колебание представляется в виде набора полезных и вредных сигналов, исходя из этого, аппаратуру полагается конструировать надлежащим образом. К примеру, на описанном принципе работают все приёмники: избирательно пропускают ток нужной частоты. Так удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.

Примеры использования переменного и постоянного тока

Приблизительно постоянным считается ток разряда автомобильного аккумулятора. Напряжение здесь постепенно падает, а потому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавно. Ток течёт в одном направлении и проявляет приблизительно постоянную плотность. Аналогично работают:

1. Аккумулятор сотового телефона.
2. Батарейка любого типа.
3. Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников постоянного тока (генераторов), за исключением матушки-Земли, нет. Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с конкретной частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Потом промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Источником постоянного тока допустимо считать адаптеры. Это устройства, выполняющие преобразование переменного тока в постоянный. Допустим, у сотовых телефонов это +5 В, а для мобильных раций характерен большой разброс. Устройство постоянного тока может функционировать исключительно от номинала, для которого сконструировано. В противном случае либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.

Это касается и переменного, и постоянного тока. Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется. Из соображений экономии двигатели работают от трёх фаз. Каждая считается переменным током частоты 50 Гц. Говорили выше, что у любой гармоники присутствует фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что три фазы равно отстоят друг от друга. При подобном раскладе генераторам ГЭС легче производить энергию, поступающую в дома в неизменном виде. Но в квартиру заходит единственная фаза переменного тока.

Поэтому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Важными признаются параметры переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К параметрам переменного тока относят:

1. Действующее значение напряжения — вызывающее в обычном проводнике постоянное идентичного номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из двух раз либо близко к указанному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
2. К частоте переменного тока предъявляются повышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми долями процента. Потому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
3. Нелинейные искажения считаются отдельной темой. Требований множество, определиться непросто. Особенно строго нормируются гармоники основной частоты, к примеру: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к параметрам постоянного тока. Допустим, известные автомобильные аккумуляторы в действительности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккумуляторе зарегистрировано напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем внимательно читать инструкции. Дополним: в отдельных ноутбуках присутствует заряд бережного расхода энергии аккумулятора. В этом случае уровень поддерживается в рамках двух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит дольше.

Итак, требования направлены на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Параметры постоянного и переменного тока считаются фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.

Переменный ток | Мир сварки

 Переменный ток

Переменным током называется такой ток, сила или направление которого (или и то и другое вместе) изменяется во времени.

Токи, изменяющиеся только по величине, называют пульсирующими токами.

Наиболее часто используемся переменный синусоидальный ток (рис.1). Периодические несинусоидальные токи можно с любой степенью точности представить как сумму синусоидальных переменных токов.

Рис.1. Графики изменения переменных ЭДС и тока (синусоидальный закон изменения, φ = 0)

Мгновенные значения переменного синусоидального тока и напряжения выражаются формулами:

u = U0sin (ωt + φ)

2)

где

I0, U0	—	наибольшие (амплитудные) значения тока и напряжения;
ω	—	угловая (циклическая) частота тока;
t	—	время;
φ	—	разность фаз между током и напряжением, ω = 2πf
f	—	частота тока.

Действующим (или эффективным) значением переменного тока (I) называют такое значение постоянного тока, который на том же омическом сопротивлении выделяет ту же мощность, что и переменный ток.

В большинстве случаев амперметры и вольтметры показывают действующее значение тока или напряжения (U).

Для синусоидальных токов

3)

Средняя мощность, выделяемая переменным током в цепи;

Величина cos φ называется коэффициентом мощности.

Индуктивность L в цепи переменного тока действует аналогично сопротивлению, включенному в цепь, т. е. уменьшает силу тока.

Величина индуктивного сопротивления:

Это сопротивление обусловлено возникающей в катушке ЭДС самоиндукции.

Переменный ток в цепи, обладающей только индуктивным сопротивлением, отстает на 90° по фазе от напряжения, которое приложено к цепи.

Емкость в цепи переменного тока пропускает ток (в отличие от постоянного тока). Сопротивление, которое оказывает емкость переменному току, называют емкостным.

Емкостное сопротивление:

6)

Ток в конденсаторе опережает напряжение на 90°.

При последовательном соединении сопротивления, индуктивности и емкости (рис.2а) полное сопротивление

7)

Величина Z называется кажущимся сопротивлением (импедансом) в отличие от величины R, которая называется активным сопротивлением.

Рис.2. Последовательный (а) и параллельный (б) резонансные контуры

Амплитуда силы тока в последовательном резонансном контуре:

8)

где

Q

—

добротность; угол сдвига фаз между током и напряжением определяется из соотношений.

9)

При R_L = R_с φ = 0, сопротивление Z имеет наименьшее значение (рис.3), а ток в цепи имеет наибольшее значение I₀ (рис.4).

Рис.3. Изменение индуктивного, емкостного и кажущегося сопротивлений в зависимости от частоты в последовательном резонансном контуре

Рис.4. Зависимость тока в последовательном резонансном контуре от частоты. Кривые рассчитаны по формуле (8). По осям отложены относительные значения I/I0 и ω/ω0

Это явление называется последовательным электрическим резонансом. При резонансе напряжения на индуктивности и на емкости равны друг другу по величине, но противоположны по фазе; отношение напряжения на конденсаторе U_C (или U_L) к напряжению U, приложенному к контуру, равно ω₀L/R = 1/ω₀CR = Q. Эта величина называется добротностью контура; ω₀ в этом выражении является резонансной частотой, определяемой из условия R_L = R_C. При добротностях контура Q >> 1 напряжения на индуктивности и емкости могут быть значительно больше приложенного напряжения U: U_L = U_C = QU. Поэтому это явление иначе называется резонансом напряжений.

При параллельном включении емкости и индуктивности с сопротивлением (рис.2б) кажущееся сопротивление

10)

а сдвиг фаз определяется из соотношения

11)

При φ = 0 R_L ≅ R_C кажущееся сопротивление (рис.5) имеет максимальное значение. Это явление называется параллельным электрическим резонансом.

При параллельном резонансе ток I в общей цепи имеет наименьшую величину и совпадает по фазе с приложенным напряжением U, а токи I_L и I_C, проходящие через индуктивность и емкость, равны по величине, но противоположны по фазе, причем токи в ветвях могут быть значительно больше тока в общей цепи (при Q >> 1): I_C = I_L = QI. Поэтому параллельный резонанс иначе называется резонансом токов, Сопротивление Z (при Q >> 1) имеет при параллельном резонансе наибольшее значение Z_макс; графики зависимости Z/Z_макс от относительной частоты ω/ω₀ приведены на рис.5.

Рис.5. Зависимость сопротивления Z от частоты в параллельном резонансном контуре. По осям отложены относительные значения Z/Zмакс и ω/ω0. Расчет проведен для случая, когда активные сопротивления в ветвях L и C равны

При прохождении переменного тока по проводнику в нем наводятся индукционные токи; плотность тока у поверхности проводника будет больше, чем в середине. Это различие будет тем больше, чем выше частота тока; при высоких частотах плотность тока в середине проводника может быть практически равна нулю. Это явление называют поверхностным эффектом (или скин-эффектом).

Переменный ток и постоянный ток

Синусоидальная кривая, отображающая положительную и отрицательную фазы переменного тока.

Электрический ток — это поток заряда по проводнику, например по медному проводу. Когда он течет в одном направлении, это называется постоянным током (DC). Когда он периодически меняет направление, это называется переменным током (AC).

Переменный ток обычно используется для электроснабжения домов и предприятий, а также присутствует, когда аудио- и радиосигналы передаются по электрическим проводам.Постоянный ток типичен для батарей, питающих фонарики и другие бытовые приборы, а также используется в некоторых промышленных приложениях.

Поскольку переменный ток периодически меняет направление на противоположное, его можно охарактеризовать синусоидальной формой волны, где полупериоды над осью x представляют собой положительную фазу тока, а полупериоды под осью x представляют собой отрицательную фазу.

Переменный ток работает следующим образом: он начинается с нулевого положения, увеличивается до максимального значения (вершина положительного пика на синусоидальной кривой), возвращается к нулю, продолжается до максимума в противоположном направлении ( отрицательное значение, ниже оси x), затем возвращается обратно к нулю, после чего цикл начинается снова.Количество этих циклов, выполняемых в секунду, называется частотой и измеряется в герцах (Гц).

Бытовая и коммерческая электроэнергия в Великобритании и других странах обычно имеет низкую частоту (50-60 Гц). Гораздо более высокие частоты встречаются в других приложениях, таких как телевидение (100000000 циклов в секунду (100 мегагерц (или 100 МГц), где 1 МГц — один миллион циклов в секунду)). Еще более высокие частоты в несколько тысяч мегагерц используются в микроволновых и радиолокационных приложениях, в то время как в мобильных телефонах они могут составлять порядка 1000 МГц (одна тысяча миллионов герц или 1 гигагерц (ГГц).

Многие электронные устройства содержат полупроводники, требующие низкого напряжения постоянного тока. Это означает, что такие устройства должны преобразовывать высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока. Обычно это достигается с помощью штепсельной вилки, входящей в комплект поставки устройства.

Ток

AC имеет множество преимуществ по сравнению с постоянным током. Обычно к ним относятся:

• Переменный ток можно относительно легко и экономично повышать или понижать с помощью трансформатора в зависимости от области применения. Постоянный ток не может проходить через трансформатор.
• Поскольку его можно повышать (и понижать), переменный ток можно повышать до высоких уровней напряжения для передачи на большие расстояния, а затем понижать до более безопасных уровней для использования потребителями.
• В переменном токе может возникать высокое напряжение. С DC это сложнее.
• Из-за высокого напряжения, которое может генерироваться, переменный ток может передаваться на большие расстояния.
• Передача на большие расстояния приводит к относительно низким потерям энергии из-за сопротивления.
• АС дешевле генерировать, чем постоянный ток.
• Переменный ток при необходимости можно легко преобразовать в постоянный.

По оценке Energy Saving Trust в 2007 году, к 2020 году 45% электроэнергии, потребляемой в домашнем хозяйстве, будет приходиться на развлечения, компьютеры, гаджеты и светодиодное освещение, все из которых работают на постоянном токе. Это, в сочетании с появлением генерации постоянного тока с помощью солнечных панелей и аккумуляторов, привело к появлению концепции сетей постоянного (а не переменного тока).

Подробнее см .: Электрические сети постоянного тока.

азбуки электромобилей: переменный ток

Иногда может показаться, что мир электромобилей имеет свой собственный словарный запас, и именно здесь мы вступаем. Обратите внимание на нашу серию «Азбука электромобилей», которая демистифицирует слова и фразы, которые вы услышите.

Если вы еще не смотрели наше предыдущее видео о постоянном токе, мы поместим ссылку на него в примечаниях ниже. В этом видео мы объяснили, как используется постоянный ток для зарядки и как он хранится в батарее.

Сегодня очередь переменного тока — добро пожаловать в азбуку электромобилей — А для переменного тока. И если вам нравится это видео, не забудьте подписаться, чтобы никогда не пропустить шоу.

Мощность переменного тока или переменного тока — это тип электричества, доступный в электрических сетях. Вы можете спросить, почему в электросетях не используется постоянный ток? Потому что гораздо эффективнее передавать мощность на большие расстояния по всей стране, используя очень высокое напряжение. Это преодолевает потери из-за сопротивления. А для переменного тока, в отличие от постоянного, тоже можно использовать трансформаторы.Это означает, что мощность высокого напряжения может быть снижена до чего-то гораздо более полезного в наших домах, как только она достигнет нашего района.

А почему это называется переменным током? Направление тока меняется много раз в секунду. В Великобритании направление меняется каждые 1/50 секунды. Чтобы описать это, мы используем работу Герца. Например, в США частота сети составляет 60 Гц или 60 циклов в секунду.

Итак, как это применимо к электромобилям?

Вначале поговорим о моторах.В электромобилях это двигатели переменного тока. Двигатель собран из статора, который образует внешнюю часть, а внутри него вращается ротор. Внутри магниты. Они заставляют ротор вращаться внутри статора, создавая крутящий момент.

Но как заставить магниты двигаться? Ваша машина использует переменный ток на этих электромагнитах, чтобы создать постоянно движущиеся северный и южный полюсы. Переменный ток создает магнитное поле для вращения двигателя.

Давайте поговорим о зарядке от сети переменного тока. Несмотря на то, что ваш автомобиль хранит энергию в виде постоянного тока, зарядка переменным током является наиболее распространенным способом зарядки электромобиля.Электроэнергия из сети поступает в ваш автомобиль, а инвертор переключает ее на постоянный ток, который хранится в аккумуляторе. Вы увидите, что это скорость бортового зарядного устройства, выраженная в киловаттах. Хотя это не столько зарядное устройство, сколько преобразователь.

На скорость зарядки влияют два фактора: 1) мощность точки зарядки и 2) способность вашего автомобиля скрывать мощность.

Диапазон зарядных устройств переменного тока

составляет от 16 до 63 ампер. Это эквивалентно зарядке на скорости 3,7 кВт до 43 кВт.

Зарядные посты

переменного тока не требуют каких-либо специальных технологий для преобразования энергии, получаемой от сети, поэтому зарядные устройства часто дешевле в производстве. И они также могут быть бесплатными для использования потребителями.

А вы знаете, мы говорили об инверторах? Что ж, двигатель вашего электромобиля работает от сети переменного тока. Когда вы кладете ногу на дроссель, на самом деле вы меняете частоту тока, чтобы изменить скорость двигателя, и амплитуду сигнала, чтобы изменить крутящий момент двигателя.

Если вы знакомы с поршневыми автомобилями, то наверняка знаете, что генератор переменного тока — это деталь, которая время от времени требует замены. Когда вы замедляетесь в электромобиле, ваш двигатель фактически становится генератором переменного тока. Он вырабатывает энергию и отправляет ее обратно в аккумулятор.

Итак, это наше руководство по тому, что означает переменный ток для электромобилей. Если вы нашли это полезным, оставьте комментарий ниже и поставьте этому видео большой палец вверх, чтобы мы знали, что оно вам понравилось. И увидимся на следующем.

Переменный ток, понятный учащемуся

Обычный ток цепи изменяется периодически, такая цепь называется цепями переменного тока.Электронный поток меняет свое направление с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительное. Переменный ток обычно называют переменным током, поэтому цепь с переменным током известна как цепь переменного тока. Источник, который вырабатывает переменный ток в цепи, можно назвать источником переменного тока. Переменный ток периодически меняет свое направление. Периодические изменения называются частотой.

Пример: Динамо, Домашнее электричество, все высокочастотные волны, выходное и входное напряжение трансформатора,
[wp_ad_camp_1]
Примечание: Трансформатор не может работать от источника постоянного тока.

История:

Ипполит Пикси построил первый генератор переменного тока в 1835 году в Париже, Франция, устройство, в котором для производства переменного тока использовался магнит, вращаемый рукояткой рукоятки. В то время ученых больше интересовал DC (постоянный ток), но как только преимущества переменного тока были реализованы, он стал мировым стандартом для электричества.

Примечание: Генерация переменного тока — это не что иное, как преобразование механической энергии в электрическую

Лучший пример генерации или производства переменного тока:

Рассмотрите динамо-машину в более молодом возрасте, вы могли бы увидеть динамо-машину, которая является лучшим примером для поколения переменного тока.Давайте начнем, как динамо-машина вырабатывает переменный ток

Генератор переменного тока Запчасти Dynamo:

Он имеет одну вращающуюся часть, называемую ротором, и другую неподвижную часть, которая называется статором. Статор динамо-машины имеет два полюса, N и S. Оба полюса состоят из естественных магнитов. вот ротор (вращающаяся часть). Обычно динамо-машину называют генератором на постоянных магнитах. Его нельзя назвать генератором переменного тока. Основное различие между генератором и генератором заключается в следующем.

Генератор => поле вращается там, где стоит якорь. (Схема возбуждения в качестве ротора и цепь якоря в качестве статора), Пример: 3-фазный генератор переменного тока.

См. Также: Почему мы должны подавать постоянный ток на цепь возбуждения.

Генератор => Якорь — вращающееся поле стоит. (Схема возбуждения в качестве статора и цепь якоря в качестве ротора) Пример: динамо, генератор постоянного тока, возбудитель переменного тока.

Вращающаяся часть динамо:

Вращающаяся часть медной намотки Катушка в пластине, которая имеет четыре угла ABCD, две угольные щетки X и Y, которые используются для вывода мощности динамо-машины наружу, первичный двигатель, который используется для привода ротора динамо-машины.Угольные щетки предназначены для прикосновения к выходной клемме генератора, и щетки соединены пружинным контактом, чтобы избежать неплотного контакта между двумя поверхностями (щеткой и генератором). Но всегда происходит некоторое падение напряжения на щетках appx. От 0,5 до 1% от генерирующего напряжения. Поверхность контакта щетки сделана гладкой и легко скользит при вращении. Плотность тока (электрический ток на единицу площади поперечного сечения) зависит от типа материалов, используемых для изготовления угольных щеток.Подробнее. [Wp_ad_camp_1]

Рабочая функция:

Как мы знаем из закона Фарадея об электромагнитной индукции, простыми словами. Когда движущийся проводник находится в магнитном поле, которое производит ЭДС — это цепь, ЭДС прямо пропорциональна силе магнитного поля. Или закон Фарадея гласит, что при изменении магнитного потока, связывающего цепь, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитной связи. Направление тока можно узнать из правила правой руки Флеминга.

Здесь «E» — английская буква, обозначающая наведенную ЭДС. Единица наведенной ЭДС в вольтах.

Шаг 1:

Предположим, что катушка вращается по часовой стрелке с угловой скоростью omega, когда проводник ABCD находится в горизонтальном положении AB слева и CD справа (проводник удерживается в направлении потока, тогда нет резания потока, нет ЭДС, следовательно, индуцированная ЭДС равна нулю.

Шаг 2:

Затем переместите тот же проводник на 90 градусов по часовой стрелке, где проводник начнет разрезать магнитный поток.Одновременно запуск ЭДС индуцирует… здесь провод AB в верхнем положении и CD в нижнем положении, проводник отсекает максимальное количество магнитного потока, что приводит к достижению высокой наведенной ЭДС в катушке проводника.

Шаг 3:

Снова переместите проводник на 90 градусов по часовой стрелке (при этом наведенная ЭДС начинает уменьшаться), тогда проводник параллелен направлению магнитного потока, здесь нет индукции отсечения потока, наведенная ЭДС равна нулю. Здесь AB в правой позиции и CD в левой позиции.Здесь мы получаем один полный полупериод, вращая проводник на 180 от его исходного положения.

Шаг 4:

Снова Переместите провод на 90 градусов по часовой стрелке. Во время этого вращения наведенная ЭДС начинает увеличиваться в отрицательном направлении. Проводник сокращает максимальный поток, следовательно, наведенная ЭДС также высока. Здесь AB внизу и CD вверху. Проводник сокращает максимальный поток, поэтому наведенная ЭДС достигает максимального отрицательного напряжения. Также здесь течение меняет свое направление.
[wp_ad_camp_1]

Посмотрим, почему ток реверсируется в отрицательном направлении:

Генерирующая ЭДС —

Здесь кондуктор достигает угла 270 градусов,

, поскольку косинус угла 90 + дает отрицательное значение, по этой причине мы получаем отрицательное значение наведенной ЭДС.

Шаг 5:

Опять же, аналогичным образом переместите проводник на 90 градусов, здесь мы получим, что наведенная ЭДС начинает уменьшаться (математически увеличиваться) от –Emax до нуля.Проводник тянется параллельно направлению потока, здесь нет отсечки потока, поэтому наведенная ЭДС в проводнике равна нулю. Это первая позиция, процесс повторяется для создания устойчивой ЭДС.

Если поток связан с катушкой под углом тета

Когда в катушке одинаковое направление магнитного поля…

[wp_ad_camp_1]
Следовательно, переменный ток имеет характер синусоидальной волновой структуры.

Выход:

На практике генерация переменного тока:

Генератор: Устройство, вырабатывающее переменный ток от источника вращательного движения (механическая энергия в электрическую), такого как турбина, приводимая в действие проточной водой или паром, или ветряная мельница.Генераторы работают, используя вращательное движение, чтобы вращать магнит, помещенный в катушку с проволокой. Когда магнит вращается, его магнитное поле движется, что индуцирует переменный ток в спиральном проводе.

Двигатель: Противоположность генератора переменного тока. Он преобразует переменный ток во вращательное движение (электрическую энергию в механическую). В своей простейшей форме двигатель — это просто генератор переменного тока, подключенный назад. Магнит установлен на валу, который может вращаться; магнит помещен в витки катушки с проволокой.

Когда на катушку подается переменный ток, возникающее и падающее магнитное поле, создаваемое током, заставляет магнит вращаться, что поворачивает вал.

Трансформатор: Состоит из двух катушек провода, расположенных в непосредственной близости. Если на одну из катушек подается переменный ток, сжимающееся и расширяющееся магнитное поле вызовет переменный ток в другой катушке.

Переменный ток (AC) — физика и радиоэлектроника

Поток носителей заряда называется электрическим током.Носителями заряда, проводящими электрический ток, являются электроны, дырки и ионы.

В проводе электрический ток проводится движущимися электронами. В полупроводнике электрический ток передается за счет движения электронов и дырок. В электролите электрический ток проводят ионы.

Чтобы проводить электрический ток, частицы должны иметь положительный или отрицательный заряд. У нейтронов нет заряда. Поэтому они не могут проводить электрический ток.

Протоны имеют положительный заряд, но не могут двигаться.Таким образом, протоны не проводят электрический ток. Мы знаем, что электрический ток означает поток заряда или носителей заряда. Протоны не несут заряда. Они всегда находятся в центре атома. Значит, они не проводят электрический ток.

Электрический ток часто проводится движущимися электронами.

Электрический ток подразделяется на два типа в зависимости от направления носителей заряда. Один из них — постоянный ток, при котором электроны всегда текут в одном направлении.Другой — переменный ток, при котором поток электронов всегда меняет свое направление.

В этом руководстве объясняется переменный ток.

Определение переменного тока (AC)

Переменный ток — это электрический ток, при котором поток электронов или носителей заряда всегда меняет свое направление много раз в секунду через равные промежутки времени (вперед → и ← назад).

Электроны, протекающие по проводнику, показаны на рисунке выше.Электроны в проводе на короткое время движутся в одном направлении, а затем меняют его направление. Это происходит неоднократно.

Мы знаем, что электрический ток означает поток электронов или носителей заряда. Следовательно, течение через определенные промежутки времени меняет свое направление.

Переменный ток также иногда называют переменным током.

Что такое переменный ток (AC)?

Поток электронов через проводник или провод составляет электрический ток.Ток может течь через проводник двумя способами.

Когда к батарее подсоединен проводящий провод, ток течет через него только в одном направлении. Такой ток, который течет только в одном направлении, называется постоянным током (DC).

Условное направление тока — от положительного к отрицательному. Но фактическое направление тока — от отрицательного к положительному.

При постоянном токе электроны всегда текут от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи.Во время своего путешествия электроны не изменят своего направления.

Источником постоянного тока (DC) может быть аккумулятор, топливный элемент, термопара или солнечный элемент.

Электрический ток, вырабатываемый генератором, через определенные промежутки времени меняет направление на противоположное. Такой ток, который регулярно меняет свое направление, называется переменным током (AC).

В наши дома подается электрический ток переменного тока. Переменный ток вырабатывается на электростанциях и проводится по проводам в наши дома.

Переменный ток используется для запуска бытовых приборов, таких как телевизор, вентиляторы, освещение, смеситель, электрический обогреватель и электродвигатель. Однако в некоторых электронных приборах переменный ток сначала преобразуется в постоянный.

Переменный ток (AC) непостоянен

Переменный ток не только меняет направление, но и меняет свою величину. Проще говоря, величина переменного тока или напряжения изменяется во времени.

Переменный ток (AC) начинается с нуля и возрастает до положительного максимума (положительный пик). Положительный пик синусоидальной формы волны представляет собой максимальный прямой ток или напряжение. После достижения максимального тока он начинает уменьшаться до нуля.

После достижения нулевой точки переменный ток снова начинает увеличиваться в обратном направлении и возрастает до отрицательного максимума (отрицательный пик), а затем снова возвращается к нулю. Точно так же величина тока непрерывно изменяется во времени.

Интервал времени между достижением идентичного значения в двух последовательных циклах называется периодом или волновым циклом. Другими словами, один период — это количество времени, которое требуется электронам, чтобы течь от отрицательного конца (-) источника к положительному концу (+) источника, меняет свое направление (отрицательная полярность -) и течет к положительному концу. конец (+) источника.

Число волновых циклов, проходящих через заданную точку за одну секунду, называется частотой. Проще говоря, количество раз, когда поток электронов меняет свое направление на обратное за одну секунду, называется частотой.

Частота измеряется в Герцах. Например, если два волновых цикла проходят через заданную точку за одну секунду, частота составляет 2 герца (Гц).

Переменный ток, который меняет свое направление много раз в секунду, имеет высокую частоту, тогда как переменный ток, который меняет свое направление только реже, чем секунду, имеет низкую частоту.

Максимальный ток в прямом или обратном направлении — это амплитуда переменного тока. Другими словами, максимальная высота волны от нулевой точки — это амплитуда переменного тока.

В США используется переменный ток (AC), который меняет направление на обратное 60 раз в секунду. В Европе используется переменный ток (AC), который меняет направление 50 раз в секунду. Другими словами, в США используется переменный ток 60 Гц, в то время как в Европе используется переменный ток 50 Гц. Почти во всех странах используется переменный ток 50 Гц или 60 Гц.

Основное преимущество переменного тока (AC) перед постоянным (DC) заключается в том, что напряжение переменного тока легко изменять.Напряжение переменного тока легко изменить с помощью устройства, называемого трансформатором. Трансформатор — это устройство, которое снижает или увеличивает напряжение переменного тока. Энергетические компании используют эту технику для экономии своих денег.

Обозначение источника переменного напряжения

Обозначение источника переменного напряжения показано на рисунке ниже. Переменный ток обычно представлен синусоидальной формой волны. Таким образом, источник переменного напряжения представлен небольшой синусоидальной формой волны с окружающим ее кругом.

В отличие от источника постоянного напряжения, мы не отмечаем положительные и отрицательные знаки на источнике переменного напряжения, потому что электроны в переменном токе (AC) всегда меняют свое направление. Другими словами, полярность источника переменного напряжения всегда меняется через определенные промежутки времени. Поэтому мы не отмечаем положительные и отрицательные знаки на источнике переменного напряжения. Однако некоторые источники отмечают либо положительный, либо отрицательный знак на источнике переменного напряжения.

Пример переменного тока (AC)

Наиболее часто используемый источник переменного тока — это генератор переменного тока.Генератор переменного тока — это электрическое устройство, преобразующее механическую энергию в переменный ток (AC).

Мы также можем преобразовать механическую энергию в постоянный ток (DC) с помощью электрического устройства, называемого генератором постоянного тока.

Электрическая цепь переменного тока

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника переменного тока, двухпозиционного переключателя и электрической лампочки.

Предположим, что изначально переключатель находится в выключенном состоянии. Выключатель в выключенном состоянии означает, что электрический путь нарушен.Этот прерванный электрический путь называется разомкнутой цепью.

Когда переключатель находится в выключенном состоянии, в цепи не течет ток. Так лампочка не включится.

Когда переключатель включен, электрическая цепь замыкается без разрыва цепи. Таким образом, электрический ток начинает течь по цепи.

Электрический ток (электроны), протекающий по цепи, будет течь в одном направлении в течение короткого времени, а затем меняет свое направление.Это происходит постоянно.

Электрическая лампочка не выключится, даже если электрический ток (поток электронов) постоянно меняет свое направление. Это связано с тем, что изменение направления электрического тока (потока электронов) происходит настолько быстро, что лампочка не успевает выключиться.

Переменный ток — Справочник по электронике

Меню курса Модуль 1 — Введение в теорию электричества Модуль 2 — Основные понятия Модуль 3 — Цепи постоянного тока Введение в цепи постоянного тока Резисторы и резисторы Конденсаторы и схемы конденсаторов Модуль 5 — Полупроводники Модуль 6 — Аналоговые схемы

Почему это важно:

Переменный ток (AC) — это основной тип электрического тока, который генерируется и используется во всем мире.Каждый раз, когда вы подключаете что-либо к розетке, вы используете переменный ток. Электропитание переменного тока подается практически в каждый дом и бизнес в мире. Большая часть домашней электроники также использует переменный ток в качестве входа, а те, которые требуют постоянного тока, затем преобразуют переменный ток в постоянный. Хотя глубокое понимание переменного тока не является обязательным условием для изучения электроники, небольшое обучение может вам очень помочь.

Переменный ток (AC)

Переменный ток (AC) — это тип электрического тока, который периодически меняется во времени.

В то время как источники постоянного тока обеспечивают постоянный поток электронов, который никогда не меняет направление, источники переменного тока вырабатывают ток (и напряжение), которое изменяется со временем. Электроны в цепи переменного тока сначала движутся в одном направлении по цепи, а затем движутся в обратном направлении. Это может показаться слишком сложным по сравнению с постоянным током, но у переменного тока есть несколько больших преимуществ.

Основное преимущество и причина того, что питание переменного тока является популярным выбором для генерации и распределения, заключается в том, что в цепях переменного тока можно использовать трансформаторы для увеличения или уменьшения напряжения.Трансформаторы работают с изменяющимся током, поэтому питание постоянного тока не работает. Несмотря на то, что на первом месте был постоянный ток, переменный ток быстро вытеснил постоянный ток из-за мощности трансформатора. Мы узнаем больше о трансформаторах позже в этом модуле.

Ток и напряжение, вырабатываемые электростанциями, представляют собой синусоидальную волну с частотой и амплитудой, которые стандартизированы в большинстве стран мира. В Северной Америке стандарт — 120 В, мощность 60 Гц. Другими словами, электрическая сеть в Северной Америке вырабатывает электричество напряжением 120 В (измеренное между фазой и землей), которое имеет переменную частоту 60 раз в секунду.При каждом изменении напряжение изменяется от положительного (+) 120 В до отрицательного (-) 120 В и обратно.

На графике ниже показаны различные типы токов. Постоянный ток (DC) показан красным, а переменный (AC) — зеленым. Возможны и другие типы тока, но реже. Пульсирующий ток имеет периодический, крутой подъем и постепенный спуск к минимальному напряжению и показан синим цветом. Переменный ток является сложным и / или случайным и отображается серым цветом.Этот модуль сосредоточится на переменном токе, который представлен зеленой синусоидальной волной.

Мы используем так называемую форму волны для описания формы сигнала. Форма волны — это просто график тока, а переменный ток (AC) называется синусоидальной формой волны, потому что его график представляет собой синусоидальную волну.

Математически форма волны переменного тока представляет собой синусоидальную волну, которая чередуется между положительными и отрицательными значениями максимального напряжения. Напряжение колеблется с определенной частотой , которая представляет собой количество полных волн в секунду.В момент времени t = 0 напряжение равно нулю (0) и возрастает до пика. Затем он уменьшается, проходя через нулевое напряжение (0), вплоть до отрицательного пика или впадины. Затем он снова увеличивается до нуля и продолжает этот шаблон. Это один полный цикл волновой функции.

Это изменяющееся во времени напряжение можно описать следующим уравнением:

 v (t) = V_ {max} sin (2 \ pi ft) = V_ {max} sin (\ omega t) 

Где V _max представляет пиковое напряжение, t представляет время (в секундах), а соотношение между ω (греческая буква омега) и частотой определяется следующим образом:

На протяжении всего цикла ток следует закону Ома и остается равным напряжению. деленное на эквивалентное сопротивление цепи:

 I = \ frac {v (t)} {R_ {eq}} = \ frac {V_ {max}} {R_ {eq}} sin (\ omega t) 

Как видите, и напряжение, и ток колеблются во времени, следуя образцу синусоидальной волны.На этом этапе вы все еще можете немного не понимать, что это означает.

Как напряжение или ток могут быть отрицательными?

Форма синусоиды источника переменного тока (AC) указывает на то, что электроны сначала движутся в одном направлении по цепи, а затем возвращаются в обратном направлении. Крутизна кривой связана с тем, насколько быстро на самом деле меняется ток.

В начальной точке (v = 0, t = 0) электроны начинают двигаться в «положительном» направлении. По мере увеличения напряжения они движутся быстрее при увеличении напряжения и тока.Когда напряжение достигает пика, электроны тянутся «сильнее», под максимальным потенциалом. Когда ток уменьшается от пика, электроны продолжают тянуться в прямом направлении, пока напряжение не достигнет нуля. В этот момент электроны начинают тянуться в другом направлении. Их тянут в «отрицательном» направлении со все большей силой, пока напряжение не достигнет дна впадины. Затем электроны замедляются при уменьшении отрицательного (т. Е. Увеличивающегося) напряжения до тех пор, пока напряжение не достигнет нуля.Затем цикл начинается снова, поскольку электроны снова тянутся в «положительном» направлении.

Символ источника переменного напряжения

Источники переменного напряжения имеют уникальный символ, позволяющий отличать их от источников постоянного тока. Стандартное изображение источника переменного тока представляет собой синусоидальную волну в круге:

Другие варианты распространены в зависимости от инструмента, используемого для разработки макета схемы. В общем, включение синусоидальной волны внутри символа — лучший признак того, что источником является переменный ток.

Цепи переменного и постоянного тока

Цепи переменного тока аналогичны цепям постоянного тока. Они просто … AC. Другими словами, вы можете превратить цепь постоянного тока в цепь переменного тока, изменив источник напряжения. Это повлияет на схему несколькими способами. В следующем разделе мы рассмотрим, чем цепи переменного тока отличаются от цепей постоянного тока. Важно помнить, что на самом деле это просто цепи, такие как цепи постоянного тока.

Цепи переменного тока позволяют нам использовать новые компоненты, которые не работают в цепях постоянного тока. Мы по-прежнему можем использовать резисторы и конденсаторы, но теперь можем использовать и трансформаторы.Трансформаторы очень важны, потому что они позволяют нам легко изменять напряжение (и ток) в цепи. Маленькие трансформаторы полезны во множестве приложений, но большие трансформаторы находятся в самом центре энергосистемы.

В нашем уроке по выработке электроэнергии мы обсуждали, что основная причина, по которой переменный ток выбирается вместо постоянного, заключается в том, что трансформатор позволяет нам легко изменять напряжение. Это существенно влияет на снижение потерь при передаче электроэнергии. Низковольтные системы несут огромные потери при передаче на большие расстояния, поэтому возможность повышать напряжение для передачи, а затем уменьшать его для распределения, жизненно важна.

Чем цепи переменного тока отличаются от цепей постоянного тока?

Как уже упоминалось, цепь переменного тока — это просто цепь с источником переменного напряжения. Давайте кратко рассмотрим свойства цепи переменного тока, чтобы увидеть, чем они отличаются от цепей постоянного тока.

Напряжение : В цепи постоянного тока напряжение все время остается неизменным. Но в цепи переменного тока напряжение колеблется во времени, как это описывается синусоидой. Поскольку напряжение меняется, вы можете задаться вопросом, как мы можем сказать, что напряжение, скажем, 120 В переменного тока.В один момент напряжение могло быть 80 вольт, а в другой — -110! Вместо измерения напряжения в любую секунду в системах переменного тока мы используем так называемое номинальное напряжение . Номинальное напряжение равно среднеквадратичному значению (RMS) максимального напряжения. RMS — это квадратный корень из среднего значения функции в квадрате. Поэтому, когда мы говорим, что электросеть подает 120 В переменного тока, мы говорим, что среднеквадратичное значение напряжения, подаваемого электросетью, составляет 120 В.Пиковое напряжение на самом деле составляет 169 вольт. Мы обсудим RMS более подробно позже в этом модуле.

Ток : В цепи постоянного тока ток остается неизменным все время, потому что напряжение не меняется. В цепи переменного тока ток колеблется во времени с тем же периодом и частотой, что и напряжение. Направленность меняется, что означает изменение знака (+/-). Как и в цепях постоянного тока, поток электронов противоположен току. Однако, как и в цепи постоянного тока, ток описывается как приложенное напряжение, деленное на сопротивление (это просто закон Ома).

Сопротивление : Помните, что резисторы — это просто плохие проводники, которые уменьшают или противодействуют току. Они работают одинаково независимо от того, является ли цепь постоянного или переменного тока. В цепях постоянного тока резисторы — единственные компоненты, которые уменьшают ток в цепи. Однако в цепях переменного тока резисторы больше не , а только компоненты , которые уменьшают ток. В цепях переменного тока конденсаторы и катушки индуктивности также могут уменьшить ток. Общая сумма сопротивлений, создаваемых всеми компонентами (не только резисторами), называется сопротивлением , импедансом .

Что такое переменный ток?

Можете ли вы представить свою жизнь без электричества? Если нет электричества, в нашей жизни не будет прогресса. В этом уроке мы узнаем, что такое переменный ток? Давайте сначала узнаем, как и когда появился электрический ток.

Электричество не изобретено, оно существует в природе в виде энергии. Было проведено множество экспериментов с электричеством. Эксперимент с опасным воздушным змеем Бенджамина Франклина доказал, что молния — это электричество.Никола Тесла и Томас Эдисон изобрели переменный ток и постоянный ток. И эти ученые боролись за стандартизацию нынешних обозначений. В конце концов, переменный ток выиграл битву и появился на свет.

Этот переменный ток изобретен известным ученым Николасом Теслой после того, как он указал на неэффективность электростанций постоянного тока Томаса Альвы Эдисона.

Что такое переменный ток?

Ток, который периодически меняет свое направление на противоположное, называется «переменным током».В источнике переменного тока полярность напряжения периодически меняется. Таким образом, ток периодически меняет свое направление. Следовательно, название «Переменный ток» (AC) указывает на то, что ток является переменным (периодически).

Количество раз, когда этот ток меняет свое направление за одну секунду, можно определить как частоту переменного тока. Частота 50 Гц означает, что он меняет направление 50 раз в секунду.

В этом токе заряженные частицы движутся от нуля до максимального значения в одном направлении, падают до нуля и совершают еще один цикл в противоположном направлении с теми же значениями (отрицательными).Значения, обрабатываемые переменным током в обоих направлениях, во всех случаях одинаковы.

Он имеет как величину, так и направление и меняется со временем. Переменный ток течет как в положительном, так и в отрицательном направлении и, следовательно, является двунаправленным. Обычно форма волны переменного тока представлена ​​синусоидальной формой волны, а ее математическая формула —

A (t) = A sin (2πƒt)

Где,

А — величина сигнала

t — период времени

f — частота сигнала

Генерация переменного тока

Устройства, генерирующие переменный ток, называются генераторами переменного тока.Переменный ток можно генерировать многими способами и с помощью множества схем. Самый простой метод генерации переменного тока — «Использование базового генератора переменного тока с одной катушкой».

Принцип работы

Генератор переменного тока работает в зависимости от принципа электромагнитной индукции Фарадея для преобразования механической энергии (например, вращения) в электрическую.

Строительство

Простой генератор состоит из двух постоянных магнитов. Они будут создавать фиксированное магнитное поле между северным и южным полюсами.В этом магнитном поле будет одна прямоугольная петля из провода, которая является важной частью генератора переменного тока.

Он будет вращаться вокруг фиксированной оси в магнитном поле, создаваемом полюсными магнитами, и отсекать магнитный поток. Центральная ось перпендикулярна магнитному полю, создаваемому двумя полюсами.

Процесс генерации переменного тока

• Вначале провод параллелен полю и не режет магнитный поток i.е. линии магнитной силы. Итак, нет напряжения , индуцированного в контуре.
• Поскольку проволока вращается против часовой стрелки, стороны проволоки будут разрезать магнитные силовые линии в противоположных направлениях.
• Наведенная ЭДС в петле в любой момент времени пропорциональна углу поворота проволочной петли.
• Когда проволочная петля повернулась на 180, ^o поперек магнитных силовых линий в противоположном направлении, электроны в проволоке текут в противоположном направлении.
• Это означает, что на каждый полный оборот (360 ^o ) провода создается одна полная синусоидальная форма волны.
• Вращающийся провод в магнитном поле всегда соединен с угольными щетками и контактными кольцами.
• Они используются для передачи электрического тока, индуцированного в катушке.
• Величина ЭДС, наведенная в катушке, определяется ее скоростью, силой и длиной.
• Мы знаем, что «частота» — это количество циклов в секунду.
• Количество производимых циклов будет зависеть от скорости вращающейся проволоки. Это означает, что чем больше скорость катушки, тем выше будет частота. Это означает, что f прямо пропорционально n, где n — количество оборотов провода.
• Периодическое изменение полярности приводит к генерации напряжения переменной полярности и, следовательно, переменного тока.

Форма волны переменного тока

Переменный ток может быть представлен в виде волны с его амплитудой и периодом времени.Существует множество форм волн, с помощью которых мы можем представить переменный ток в виде прямоугольной или треугольной волны, но проще всего представить его в виде синусоидальной волны.

Для каждого полного цикла синусоидальной волны мы видим положительную половину и отрицательную половину цикла. Эти положительные и отрицательные полупериоды означают, что переменный ток периодически меняет свое направление. Мы обсудим все свойства синусоидальной волны в дальнейших занятиях.

Сетевое (линейное) питание

Электроэнергия общего назначения, поставляемая в домохозяйства, называется электросетью.Ток в этом источнике переменного тока. Источник питания, который подключается от силовых линий трансформатора (повышающий или понижающий) к внутренним линиям электропередач, называется «Основным источником или линейным источником питания». Основное питание, которое мы используем для дома в Индии, составляет 220-240 вольт с частотой 50 Гц, тогда как в США (США) оно составляет 120 вольт с частотой 60 Гц. Производители электрооборудования проектируют свою продукцию в соответствии с питанием от сети, чтобы она работала в требуемом диапазоне напряжения и частоты.

Преимущества переменного тока над постоянным током

• Если рассматривать стоимость генерации переменного и постоянного тока, то стоимость генерации переменного тока дешевле, чем генерация постоянного тока.
• Машины, работающие на переменном токе, просты по конструкции, и их обслуживание также проще по сравнению с машинами, работающими на постоянном токе.
• Мы можем использовать переменный ток для передачи на большие расстояния, но не постоянный ток, потому что диапазон напряжений переменного тока велик.
• Переменный ток можно легко преобразовать из низкого напряжения в высокое или из высокого в низкое с помощью трансформатора.Следовательно, диапазон напряжений переменного тока очень широк.
• Без каких-либо потерь мы можем преобразовать переменный ток в постоянный с помощью выпрямителей, и мы можем ограничить величину переменного тока с помощью индуктора или проводника с очень значительными потерями.
• Потери при передаче на большие расстояния при переменном токе намного меньше по сравнению с передачей постоянного тока, когда подаваемое напряжение высокое.
Двигатели переменного тока
• производят более высокую мощность (более высокий крутящий момент), чем двигатели постоянного тока.

Недостатки

• Пиковое значение переменного тока велико, поэтому использование без изоляции очень опасно.
Стоимость передачи
• переменного тока очень высока по сравнению с передачей постоянного тока.
• Он создает отражающий электрический ток высокого напряжения у человека, который его касается, и может вызвать поражение электрическим током.
• Есть вероятность помех сигналам связи.
• Применение переменного тока
• Все электроприборы, которые мы используем в повседневной жизни, работают только от источника переменного тока. Пример: телевизор, холодильник, лампочка, вентилятор, кондиционер и т. Д.
• Переменный ток используется в оборудовании, где передаются сигналы большой мощности.Мы используем переменный ток в системах распределения большой мощности, таких как распространение антенных волн, радиоволн и ультразвуковых волн.
• Мы также используем переменный ток в трансформаторах для передачи на большие расстояния и для многих других целей.
• В основном мы используем этот тип тока в отраслях с высокими требованиями к мощности.

E3_tt_electricity

SciGen Unit E3: Предоставляя силу людям

Настройка учителя

Краткое обновление содержания для занятых профессионалов

Что такое электричество?

Электричество возникает при движении электронов.

Каждый атом состоит из ядра (содержащего более 99,9% его массы), которое притягивает облако гораздо более легких частиц, называемых электронами. Эти электроны выстраиваются по образцам, которые характерны для каждого типа атома (то есть для каждого элемента). Некоторые электроны либо остаются прикрепленными к своим атомам, либо совместно с другим атомом образуют молекулу. Но могут быть и другие, которые находятся снаружи и могут перемещаться между атомами — такие свободные электроны являются основой электричества.

Электричество возникает, когда некоторые электроны отделяются от своих атомов, создавая избыток электронов в одном месте и дефицит электронов в другом.Поскольку электроны отталкиваются другими электронами, любой такой дисбаланс приводит к силам, выталкивающим электроны из области избытка в область дефицита. Это движение электронов может быть таким простым, как прохождение через лампу фонарика электронов, разделенных в его батарее, или столь же драматичным, как молния, которая разбивает атомы в воздухе, чтобы обеспечить путь, по которому электроны следуют, чтобы сбалансировать области облако.

А ток — это поток электронов.

Этот поток электронов называется электрическим током и измеряется в единицах, называемых амперами (или, для краткости, амперами).Каждый ампер — это поток 6,24 × 1018 электронов в секунду. Это много!

6,240,000,000,000,000,000 электронов

Электроны могут двигаться либо как постоянный ток (течь в одном направлении, например, когда электроны текут от одного вывода батареи к другому по цепи), либо как переменный ток (возвратно-поступательное движение электронов, которое вызывает большинство генераторов — a немного похоже на движение пилы вперед и назад). Эти два типа токов часто называют «постоянным» и «переменным» соответственно.Мощность может передаваться любым видом тока, и существуют устройства для преобразования одного вида в другой по мере необходимости.

Мощность измеряется в ваттах.

Мощность, передаваемая в электрических цепях, измеряется в ваттах, то есть джоулях в секунду. Обычно потребляемая мощность колеблется от 200 милливатт (т. Е. 0,2 Вт) при разговоре по мобильному телефону до 4 киловатт (т. Е. 4000 Вт) или более для домашней системы кондиционирования воздуха. Мощность генераторов варьируется от нескольких тысяч ватт для систем резервного питания до почти миллиарда ватт для генераторов на крупных плотинах и атомных станциях.

Поскольку электроны отталкиваются друг от друга, избыток электронов на одном конце провода создает давление, которое толкает электроны вдоль провода. Сила этой электродвижущей силы (ЭДС) измеряется в вольтах. Устройства постоянного тока, такие как фонарики, автомобили и персональная электроника, обычно работают от 3 до 12 вольт. Устройства переменного тока, такие как бытовая техника, обычно работают от 110 или 220 вольт. Тысячи вольт используются для передачи электроэнергии на большие расстояния, чтобы минимизировать потери из-за электрического сопротивления.Трансформаторы помогают несколько раз изменять напряжение на пути передачи переменного тока.

Некоторые материалы хорошо проводят электричество, другие — нет.

Электроны могут легко перемещаться через некоторые вещества, называемые проводниками. Электроны некоторых других веществ, называемых изоляторами, не могут двигаться. Все металлы являются хорошими проводниками с небольшим сопротивлением потоку электронов. Водные растворы (в том числе в живых существах) являются проводниками, но обладают большим сопротивлением. (Чистая вода, кстати, очень плохой проводник, но в реальном мире вода почти никогда не бывает чистой.) Стекло, резина, воздух и большинство пластмасс являются хорошими изоляторами, поэтому их можно использовать для предотвращения утечки электрического тока по желаемому пути. Однако очень высокое напряжение может разбить атомы изоляторов на частицы, которые будут проводить электрические токи, что происходит при возникновении молнии.

Электрическое сопротивление возникает в результате столкновений движущихся электронов с атомами; это своего рода жидкое трение, подобное замедлению движения воздуха, когда ветер дует сквозь деревья в лесу.Энергия, которую сопротивление берет от тока, преобразуется в тепло, которое представляет собой колебание атомов. Электроны, которые остаются с одними и теми же атомами, не имеют такого трения из-за особого «квантового» поведения вещества на атомном уровне. При температурах на сотни градусов ниже нуля электрическое сопротивление некоторых веществ также становится нулевым по аналогичным причинам; такие «сверхпроводники» используются для создания очень сильных электромагнитов, необходимых для МРТ-сканирования.

.