Основы электротехники 4 – Переменный ток

Этим постом мы продолжаем серию публикаций, посвящённых основам электротехники. В нём мы поговорим о переменном токе. Основные задачи электротехники – это произвести, передать и распределить энергию, по пути её к тому же приходится, преобразовывать. Всё это проще делать на переменном токе, чем на постоянном. Вообще говоря, переменный – это всё, что не постоянно, но мы будем говорить о синусоидальных токах и напряжениях, потому что именно их используют на практике.

Почему это пошло от генераторов электроэнергии? Их проще всего сделать так, чтобы они выдавали синусоидальное напряжение, а синусоидальное напряжение по природе своей точно такое же, как постоянное, только его значение изменяется во времени по закону синуса.  Вообще переход от вращения к синусоиде очень простой.  Поэтому, например, синусоиду удобно описывать с помощью угловой частоты Ω. Об этом мы поговорим ещё позже. Раз уж мы заговорили об описании синусоиды, то остановимся пока на этом и дадим несколько определений.

Мгновенное значение – это значение в данный момент времени.

Амплитудное значение – наибольшее значение которого достигает сигнал.

Действующее значение – это такое значение постоянного напряжения, которое производит такой же тепловой эффект, как и рассматриваемые синусоидальные.

Период – наименьший период времени между двумя одинаковыми значениями сигнала. 

Частота линейная – это величина обратная периоду, угловая – 2 π f. Об этом поговорим чуть позже.

Фаза – это то, насколько синусоида сдвинута относительно начала координат в момент времени 0.

Когда говорят о переменном напряжении или токе, говорят обычно действующее значение и частоту. Например, в розетке 220 Вольт, 50 Герц. Это значит, что действующее значение 220 Вольт, а линейная частота 50 Герц, период 20 миллисекунд кстати.

Теперь о том, как ведут себя элементы цепи на переменном токе. С резистором ничего нового, но появляются два новых элемента: ёмкость и индуктивность. 

Начнём с ёмкости, то есть конденсатора. Конденсатор представляет из себя две пластины, разделенные диэлектриком. Прикладываем напряжение, побежали электроны, то есть потек ток. Бежать они могут только до пластины, дальше некуда. На пластинах место ограничено, поэтому чем больше электронов там уже есть, тем медленнее прибегают новые, то есть ток постепенно спадает.

Из-за того, что напряжение у нас синусоидальное, ток спадает до 0 ровно в тот момент, когда напряжение достигает максимума. Не будем сейчас лезть в математику, просто примем это на веру. Напряжение у нас теперь начинает уменьшаться, значит электроны на пластине ему уже удерживать сложнее. Они начинают бежать обратно, то есть ток меняет знак. Быстрее всего они бегут тогда, когда напряжение равно нулю, ток становится максимальным. Дальше всё повторяется в обратную сторону и так далее.

Если посмотреть теперь на график тока и напряжения, можно увидеть, что ток достигает какого-то значения раньше, чем напряжение. Например, в нулевой момент времени напряжение ещё равно нулю, а ток уже максимальный. Поэтому говорят, что на ёмкости ток опережает напряжение. В идеальном случае это опережение составляет четверть периода или π/2 (если переходят в угловые меры).

Чтобы определить какой ток потечёт через конденсатор, нам понадобится сделать некоторые математические выкладки. Сначала охарактеризуем конденсатор численно и введем для этого понятия ёмкости. Ёмкость – это отношение заряда на пластинах к напряжению, при котором оно возникает.

Теперь вспоминаем что ток – это производная заряда по времени. Отсюда получаем выражение для тока через напряжение. Подставим теперь переменное напряжение, пропустим скучноватую математику и получим выражение для тока.  Осталось поделить напряжение для тока и получаем выражение для ёмкостного сопротивления.

Второй новый элемент – индуктивность. Самый простой индуктивный элемент – это катушка из провода.

Для понимания её работы нам понадобится еще один вспомогательный закон (закон электромагнитной индукции). На нём строится почти вся теория электрических машин, но для нас сейчас это не более чем вспомогательный факт. Суть этого закона в том, что переменное магнитное поле порождает электрическое и главное наоборот. То есть вокруг любого проводника с переменным током есть магнитное поле, но, когда провод сворачивается в катушку почти всё порождаемое им поле концентрируется внутри катушки и начинает влиять на неё саму.

Влияние это заключается в том, что магнитное поле, порождённое катушкой, начинает создавать в ней самой поле электрическое. Звучит так, как будто “Мюнхаузен вытаскивает сам себя за волосы”, но всё дело в направлении этого наведённого поля. Его можно вывести математически, для синусоиды это несложно, но мы воспользуемся очень удобным и простым правилом Ленца, которое есть не что иное как красиво сформулированный закон зловредства. Наведённое ЭДС всегда направлено так, чтобы противодействовать полю её породившему. То есть наведенное ЭДС направлено навстречу напряжению на катушке и мешает току протекать через неё. Иногда для того, чтобы лучше запоминалось, говорят, что ток запутывается в витках катушки. Как бы то ни было, приводит это к тому, что ток через катушку отстаёт от напряжения и тоже на четверть периода, те π/2.

Индуктивное сопротивление математически выводится похоже на то, как выводится ёмкостное, только исходная характеристика здесь не ёмкость, а индуктивность, отношение магнитного потока в катушке к току, которой её породил. Затем берем закон электромагнитной индукции и связываем ток с напряжением через дифференциальные уравнения. Дальше опять немного скучная, но простая математика, и в результате несложных выкладок получаем выражение для напряжения при синусоидальном токе, делим одно на другое, получаем выражение для индуктивного сопротивления.

Вообще говоря, ёмкость и индуктивность очень похожи по своим свойствам, но с точностью до наоборот. Поэтому если вы затрудняетесь вспомнить что-то касающееся одного из них, попробуйте вспомнить для одного из них и сделать всё наоборот. Почти наверняка не ошибетесь.

Для цепей переменного тока справедливы все законы, что мы с вами рассмотрели раньше. Поскольку эти законы фундаментальные и следуют из самой природы вещества.

Однако считать по ним становится уже весьма трудно, приходится делить и умножать синусы, да ещё и с разными фазами. Для того чтобы уйти от всей этой тригонометрии, пользуются так называемыми векторными диаграммами.

Векторные диаграммы. Разберёмся что это и для начала введём понятие вектора для некоторой синусоиды. Для определённости пусть это будет ток с амплитудой Im и фазой φ, для общности берем произвольную фазу. Теперь строим плоскость координат и проводим из её центра вектор, длина которого равна Im, а угол с осью абсцисс равен φ.

То, что у нас получилось, как раз и есть вектор, соответствующий переменному току, амплитудой Im и фазой φ. Если теперь у нас появится ток с другой амплитудой и фазой, то его мы сможем тоже изобразить на этой же плоскости. Теперь понятно зачем мы переходили в угловые величины, когда говорили об отставании, опережении тока, это углы между векторами на плоскости координат.

Следующий шаг, перейдя в декартовы координаты, мы смогли избавиться от тригонометрических функций, операции над векторами уже стали чисто алгебраическими, привычным. Сделаем ещё один небольшой шаг и заметим, что если принять, что ось абсцисс действительная, а ось ординат – мнимая, то мы сможем пользоваться хорошо разработанным математическим аппаратом для комплексных чисел.

 

Именно в виде векторов на комплексной плоскости чаще всего анализируют переменные токи и напряжения. Они позволяют не только наглядно изобразить их, но и применить для расчёта цепей множество вычислительных приёмов, упрощающих и ускоряющих расчёт. Сейчас мы не будем их касаться, это предмет рассмотрения скорее строго академического курса, посмотрим вещь более простую и практическую: активную, реактивную и полной мощности.

Не давая строгого определения, рассмотрим, что они означают практически. Активная мощность – это та мощность, которая совершает полезную работу. Иначе говоря, что-то греет, крутит, двигает и так далее. Но посмотрим ещё раз на процесс, происходящий в конденсаторе. Заряды к нему то приходят, то уходят, ток создается, идёт в разные стороны. Но обратите внимание, все эти перемещения происходят в пределах одного узла цепи, то есть потенциал не меняется. Значит, хотя ток и есть, но работа не совершается.

Для разрешения этого противоречия вводят понятие реактивной мощности – эта мощность не совершает работы, а нужна только для создания электромагнитного поля. Обратимся ещё раз немного к математике. Вспомним как смещены друг относительно друга ток и напряжение конденсатора – на 90°.

А теперь то же самое для резистора – на нём ток и напряжение совпадают по фазе. Ток, текущий через конденсатор, как мы уже видели, работы не совершает. Его называют реактивным током. Он создаёт реактивную мощность. На векторной диаграмме он направлен по мнимой оси.

Ток, текущий через резистор, работу как раз-таки завершает, его поэтому называют активным. На векторной диаграмме он направлен уже по действительной оси. Поскольку реальные элементы цепи – это всегда комбинация активных и реактивных векторов, то и реальные токи – это всегда комбинация активных и реактивных.

Их векторная сумма называется полным током, векторная сумма активной и реактивной мощностей – полной мощностью. В полной мере эти понятия используется не столько в электротехнике, сколько в электроэнергетике, поэтому сейчас мы на них подробно останавливаться не будем. Посмотрим лучше, как описанные ранее эффекты выглядят на моделях.

Начнем с модели первой. Здесь одно и тоже переменное напряжение, мы прикладываем к ёмкости и индуктивности. Источник здесь собран из блоков Simulink, чтобы можно было на ходу менять частоту. Начнём её менять и увидим изменения тока. На индуктивности он падает, потому что сопротивление индуктивности прямо пропорционально частоте, а на емкости растёт, потому что емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте приложенного напряжения.

Теперь вторая модель. Здесь у нас, как мы видим, резистор, токоограничивающий, по сути, батарея конденсаторов. Если мы включаем резистор без конденсаторов, то мы увидим, что ток и напряжение совпадает по фазе. Как только начинаем конденсаторы подключать, увидим, как ток постепенно смещается относительно напряжения, изменяется его фаза. 

На этом мы завершаем наш рассказ об элементах цепи переменного тока. В следующей публикации мы ненадолго отвлечемся от классической теории электротехники и поговорим о полупроводниковых элементах: диодах и транзисторах.

 

Другие публикации по данной теме:

Основы электротехники, введение

Основы электротехники 2 — Электрическая цепь

Основы электротехники 3 — Расчет режима цепи

Переменный ток и его особенности

Содержание

При постоянном напряжении все просто, ток будет в любой момент времени равен напряжению, разделенному на сопротивление, а мощность – произведению тока на напряжение. С переменным током все гораздо интереснее.

Начнем с того, что сопротивления при переменном токе бывают активные и реактивные. В чем же их отличие?

Активные сопротивления – это резистор, лампочка, любой нагревательный элемент типа электрочайника. Если в цепи переменного тока есть только активные сопротивления, то с ним будет все так же просто, как и с постоянным. А все потому, что ток в каждый момент времени будет считаться по закону Ома, а значит и меняться ток будет синхронно с напряжением, как на графике снизу:

 

Рисунок 1 — График активного сопротивления.

Реактивные сопротивления – это такие элементы, как емкости и индуктивности. В одни моменты они «мешают» току, в другие – наоборот, помогают. Это напоминает попытки идти от берега по дну моря в сильное волнение. Волна то помогает идти, то мешает, но не замедляет продвижения в целом.

Емкостное реактивное сопротивление. Емкость или конденсатор – это элемент, который может заряжаться, запасая электрическое напряжение, а затем отдавать его в цепь. В цепях переменного тока это приводит к тому, что ток начинает «опережать» напряжение. Ведь пока напряжение растет, конденсатор заряжается, и ток в цепи максимален. А когда напряжение достигает максимума, конденсатор уже полностью заряжен и ток будет равен нулю.

 

Рисунок 2 — График емкостного реактивного сопротивления.

Индуктивное реактивное сопротивление работает наоборот. Индуктивность – это электромагнит, трансформатор, дроссель, электродвигатель, в общем все, где есть катушки или обмотки. Индуктивность обладает инерцией, то есть может запасать ток, а значит, пока напряжение растет, ток еще не разогнался и будет минимальным. А максимума ток достигнет только к моменту, когда напряжение уже пройдет верхнюю точку и начнет снижаться. То есть ток «запаздывает».

 

Рисунок 3 — График индуктивного реактивного сопротивления.

Таким образом, мы видим, что потребляют мощность от сети безвозвратно только активные потребители. Реактивные же то потребляют, то возвращают энергию в сеть.

Поэтому и мощность различают активную, реактивную и полную.

Полная мощность считается точно так же, как и для постоянного тока и равна произведению тока на напряжение. Поэтому, полная мощность и измеряется в Вольт-Амперах или ВА.Полная мощность состоит из активной и реактивной, а складываются они геометрически в виде треугольника:

 

Рисунок 4 — Треугольник мощностей.

Активная мощность измеряется в Ваттах (Вт) – это та мощность, которая потребляется непосредственно потребителем и преобразуется в другие виды энергии, такие как тепло, свет, звук, механическая энергия.

Реактивная мощность то потребляется, то возвращается обратно, поэтому бытовые электросчетчики ее не учитывают, однако она тоже «ходит» по проводам, а значит их толщина должна учитывать и эти паразитные токи. К тому же, реактивная мощность, проходя через провода, заставляет их нагреваться, выступая в роли дополнительных активных потребителей.

Для определения доли активной мощности в полной, существует величина, называемая cosф, PF или коэффициент мощности. Это косинус того самого фазового угла в треугольнике мощностей, равный активной мощности, разделенной на полную.Чем он ближе к 1, тем меньше реактивной составляющей. Чтобы наглядно представить себе всю эту картинку, представим себе холодненькую кружку с пивом. Если половина общего наливаемого объема – пена, то чтобы выпить 0,5 литра напитка, нам понадобится литровая кружка:

 

Рисунок 5 — График коэффициента мощности.

Вопросы для самопроверки:

1. Есть электрочайник на 220В, мощностью 2000Вт. Какое для него нужно сечение медного провода?
2. Есть устройство на 220В, потребляющее 3000Вт и имеющее PF=0,7. Хватит ли для его подключения медного провода сечением 1,5мм2? Если нет, то какой провод нужен?

06. 03.2022

Светодиодные модули. Устройство. Виды модулей. Монтаж и подключение

Освещение в квартире

06.03.2022

ТОП 6 идей по использованию светодиодной ленты SWG в интерьере

Освещение в квартире

06.03.2022

220В лента, особенности подключения и монтажа

Освещение в квартире

06.03.2022

Освещение для большого офиса в центре Москвы: подбор и особенности

Освещение в квартире

06.03.2022

НЕСКУЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ЗАГОРОДНОГО ДОМА

Освещение в квартире

06.03.2022

ОСВЕЩЕНИЕ ФИТНЕС ЦЕНТРА

Освещение в квартире

06.02.2022

Почему нет бина на RGB ленте?

Освещение в квартире

04.29.2022

Сколько светильников нужно в офис, размеры которого заставляют сотрудников ездить на самокатах?

Вопрос-ответ

04.29.2022

Традиционные источники света (лампы). Их питание и диммирование

Освещение в квартире

04.

28.2022

Сценарии освещения в лаборатории

Освещение в квартире

04.28.2022

Слои освещения на примере кухонной зоны

Освещение в квартире

04.27.2022

Блоки питания. Требования по безопасности, особенности подключения и монтажа

Освещение в квартире

Что такое переменный ток? — Блог о строительстве

О разновидностях электрического тока всем рассказывают еще на уроках физики в школе.

Для некоторых эти знания остаются лишь теоретическими, расширяющими понимание мироустройства, другие же выбирают специальность, непосредственно связанную с энергетикой. Независимо от этого, каждый человек знает, что существует постоянный и переменный ток. В электротехнике широко применяется вторая его разновидность, так как легче поддается преобразованиям, а электродвигатели на ее основе более просты и надежны.

Переменный ток – это движение по проводнику заряженных частиц, которое через определенные промежутки времени (периоды) изменяется по направлению и величине.

Знаменитая синусоида как раз и иллюстрирует его поведение. Чтобы понять, откуда берется переменный ток, рассмотрим принцип работы простейшего генерирующего устройства. В его основе лежит явление электромагнитной индукции, заключающееся в появлении тока в замкнутом проводящем контуре, который пересекает магнитные силовые линии.

На оси, между двумя полюсами магнита (северным и южным), размещается рамка из проводящего материала (медная проволока). Ее концы посредством скользящих контактов щеточного механизма подключены к цепи с нагрузкой или прибором измерения напряжения. Рамка может вращаться вокруг оси, на которой размещена.

Между полюсами магнита существуют невидимые магнитные линии напряженности поля. Когда рамку вращают, две ее стороны пересекают эти линии, в результате чего возникает переменный ток. Причина его возникновения вызвана «выбиванием» магнитным полем электронов из отдаленных от ядра орбит.

Хотя направления ЭДС (электродвижущей силы)в двух пересекающих участках рамки всегда противоположны, если посмотреть на цепь в целом, то становится понятно, что они однонаправленные. ЭДС достигает максимума в момент вертикального пересечения силовых линий и проходит через ноль при горизонтальном расположении участков рамки (вспоминаем синусоиду, она тоже периодически пересекает нулевое значение). Вот так все просто.

Разумеется, реальные генераторы, создающие переменный ток, выглядят сложнее, чем рамка из проволоки, но принцип их работы тот же самый. Якорь с обмотками (фактически – множество рамок из примера) вращает в магнитном поле статора внешняя сила: это может быть энергия падающей воды; движение пара, созданного теплом ядерного реактора;давление ветра и пр.

В результате на выводах обмоток появляется напряжение. Остается подключить нагрузку и переменный ток не заставит себя долго ждать. Обычно генерируется не одна, а сразу три фазы.

Как уже указывалось, кроме переменного, существует и постоянный ток.

Его название говорит само за себя: никаких изменений в направлении движения не происходит. Такой ток всегда направлен от плюса к минусу.

Вторичные источники энергии, например батареи, посредством химических реакций накапливают в себе именно такой ток, отсюда и обозначения «+» и «-».

По сравнению с переменным, он обладает рядом особенностей. Хочется сказать «достоинства и недостатки», но это не так – именно «особенности». Например, электродвигатель постоянного тока дает возможность плавно регулировать скорость вращения якоря, а не ступенчато и, тем более, без необходимости применять сложные частотные преобразователи.

Причем, практически все электронные схемы рассчитаны для работы именно с этим видом тока, так как им проще управлять. Получить постоянный ток из переменного очень просто – его необходимо «выпрямить» специальными полупроводниковыми элементами (диодами и диодными мостами).Происходит срез пиков синусоиды сразу в двух полупериодах. Оставшуюся пульсирующую природу получившегося тока также можно сгладить.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую.

То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение.

Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный.

Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает —  это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%.

Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени. П. т.

создаётся перем. напряжением. В технике обычно под П.

т. понимают периодич, ток, в к ром средние за период значения силы тока и напряжения равны нулю. Периодом Т П.

т. наз.… …   Физическая энциклопедияПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени; в узком периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток …   Большой Энциклопедический словарьпеременный ток— Электрический ток, изменяющийся во времени.

Примечание — Аналогично определяют переменные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… …   Справочник технического переводчикаПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— см.

Ток переменный. Самойлов К. И.

Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарьПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, см.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК …   Научно-технический энциклопедический словарьПеременный ток— Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедияпеременный ток— [alternating current, a.c.] электрический ток, измененяемый во врем. В технике периодический ток, в котором среднее значение за период (T) равно нулю.

Периодом переменного тока называется минимальное время, с, через которое изменение силы тока (и …   Энциклопедический словарь по металлургиипеременный ток— в широком смысле  электрический ток, изменяющийся во времени; в узком  периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток. * * * ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, в широком… …   Энциклопедический словарьпеременный ток— электрический ток, периодически изменяющийся по силе и направлению.

В широком смысле переменный ток – всякий ток, изменяющийся во времени. С использованием переменного тока связан основной способ передачи электроэнергии вследствие относительной… …   Энциклопедия техникипеременный ток— kintamoji srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. alternating current vok.

Wechselstrom, m rus. переменный ток, m pranc. courant alternatif, m …   Automatikos terminų žodynas

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени. П. т.

создаётся перем. напряжением. В технике обычно под П.

т. понимают периодич, ток, в к ром средние за период значения силы тока и напряжения равны нулю. Периодом Т П.

т. наз.… …   Физическая энциклопедияПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени; в узком периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю. Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток …   Большой Энциклопедический словарьпеременный ток— Электрический ток, изменяющийся во времени.

Примечание — Аналогично определяют переменные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… …   Справочник технического переводчикаПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— см.

Ток переменный. Самойлов К. И.

Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарьПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— электр.

ток, изменяющийся по величине и направлению. На практике применение получил П. т., изменяющийся по закону синусоиды, почему ток этот наз.

также синусоидальным. Изменен …   Технический железнодорожный словарьПЕРЕМЕННЫЙ ТОК— ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК …   Научно-технический энциклопедический словарьПеременный ток— Эта статья или раздел нуждается в переработке.

Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедияпеременный ток— [alternating current, a.c.] электрический ток, измененяемый во врем. В технике периодический ток, в котором среднее значение за период (T) равно нулю. Периодом переменного тока называется минимальное время, с, через которое изменение силы тока (и …   Энциклопедический словарь по металлургиипеременный ток— в широком смысле  электрический ток, изменяющийся во времени; в узком  периодический ток, среднее за период значение которого равно нулю.

Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток. * * * ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, в широком… …   Энциклопедический словарьпеременный ток— kintamoji srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. alternating current vok.

Wechselstrom, m rus. переменный ток, m pranc. courant alternatif, m …   Automatikos terminų žodynas

Источники:

• fb.ru
• theoryandpractice.ru
• dic.academic.ru
• dic.academic.ru

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2. 2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4. 4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6. 2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Значение, Определение, Предложения . Что такое переменный ток

• Онлайн-переводчик
• Грамматика
• Видео уроки
• Учебники
• Лексика
• Специалистам
• Английский для туристов
• Рефераты
• Тесты
• Диалоги
• Английские словари
• Статьи
• Биографии
• Обратная связь
• О проекте

Варианты | Примеры

Значение слова «ПЕРЕМЕННЫЙ»

Меняющийся, с переменами.

Смотреть все значения слова ПЕРЕМЕННЫЙ

Значение слова «ТОК»

Движение электрического заряда в проводнике.

Смотреть все значения слова ТОК

Предложения с «переменный ток»

Используйте только переменный ток из стандартной настенной розетки.

Переменный ток или постоянный.

Это как переключить переменный ток на постоянный.

Если все пойдет хорошо, то… это создаст электрический ток в кольце… переменный ток, с той же частотой, как Бета ритмы человеческого мозга.

Он поручил своим исследователям разработать электрический стул используя переменный ток Вестингауза и рекомендовал его для казни преступников.

Радиочастотный ток-это переменный ток очень высокой частоты.

Энергия, создаваемая фотоэлектрическими элементами, является постоянным током и должна быть преобразована в переменный ток, прежде чем ее можно будет использовать в домашнем хозяйстве.

Чем ниже импеданс, тем легче переменный ток может проходить через конденсатор.

Между тем, G trim получает галогенные фары, систему брелоков, ручной переменный ток, единственные задние раздвижные двери в качестве стандартных функций.

Переменный ток создает цикл, притягивающий и расслабляющий пружину, чтобы создать скорость и крутящий момент для привода клипсатора через гребенку.

Некоторые исследования включают реакцию кожи человека на переменный ток, в том числе недавно умерших тел.

Знакомые примеры колебаний включают качающийся маятник и переменный ток.

Переменный ток, протекающий взад и вперед в антенне, создаст колебательное магнитное поле вокруг проводника.

Пульсации и переменный ток в основном нагревают корпус конденсатора.

Переменный ток находится там, где момент качки M’ не изменяется при изменении коэффициента подъемной силы, т. е.

Переменный ток в катушке производит соответствующее движение диафрагмы приемника, воспроизводя исходные звуковые волны, присутствующие в передатчике.

В качестве альтернативы можно использовать переменный ток на частоте, достаточно высокой, чтобы реактивное сопротивление конденсатора было намного меньше, чем ESR.

В этом смысле импеданс является мерой способности конденсатора пропускать переменный ток и может быть использован как закон Ома.

Деньги, которые Тесла зарабатывал на лицензировании своих патентов на переменный ток, сделали его независимым богачом и дали ему время и средства, чтобы преследовать свои собственные интересы.

Пытаясь придумать лучший способ генерировать переменный ток, Тесла разработал паровой генератор возвратно-поступательного движения.

Среди систем, предложенных несколькими американскими и европейскими компаниями, были двухфазный и трехфазный переменный ток, высоковольтный постоянный ток и сжатый воздух.

Переменный ток и импульсный ток также возможны, но редко используются.

Переменный ток имеет усредненную по времени скорость изменения, которая пропорциональна частоте, это вызывает увеличение индуктивного сопротивления с частотой.

Эдисон высказал мнение, что переменный ток не работает, а высокое напряжение опасно.

Импеданс-это мера способности конденсатора пропускать переменный ток.

Индукционная катушка производит прерывистый высоковольтный переменный ток от источника постоянного тока низкого напряжения.

Конденсаторы выступают в качестве локального резерва для источника питания постоянного тока и пропускают переменный ток от источника питания.

Переменный ток имеет усредненную по времени скорость изменения, которая пропорциональна частоте, это вызывает увеличение индуктивного сопротивления с частотой.

Применяя многофазный переменный ток к полюсам, пластина полюса индуцирует вихревые токи в движущуюся пластину и может использоваться для ускорения или торможения автомобиля.

Электрические нагрузки, потребляющие переменный ток, потребляют как реальную мощность, так и реактивную мощность.

Некоторые из этих систем — например, для физических лабораторий-генерируют постоянный ток, другие могут генерировать переменный ток. В некоторых номерах установлены отдельные двигатели и генераторы.

Оба типа вращающихся машин создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует переменный ток в катушках статора.

После вторичной обмотки индуктора или трансформатора высокочастотный переменный ток выпрямляется и фильтруется для получения выходного напряжения постоянного тока.

Переменный ток — это любой ток, который многократно меняет направление; почти всегда он принимает форму синусоидальной волны.

Традиционно, электричество постоянного тока, генерируемое из солнечных фотоэлектрических батарей, должно быть преобразовано в переменный ток для зданий, в среднем с потерей 10% во время преобразования.

В передатчике электронный генератор генерирует синусоидальный переменный ток радиочастоты; это несущая волна.

Драйвер усилителя формы волны должен быть способен выдавать высокий переменный ток для создания магнитного поля.

Они представляют собой переменный ток, который может быть использован для питания нагрузки.

Постоянный ток может быть преобразован в переменный ток через инвертор.

Переменный ток редко используется с GMAW; вместо этого используется постоянный ток, и электрод обычно положительно заряжен.

Переменный ток в проводнике создает переменное магнитное поле внутри и вокруг проводника.

Переменный ток может также индуцироваться в проводнике за счет переменного магнитного поля в соответствии с законом индукции.

Другие результаты

---

На данной странице приводится толкование (значение) фразы / выражения «переменный ток», а также синонимы, антонимы и предложения, при наличии их в нашей базе данных. Мы стремимся сделать толковый словарь English-Grammar.Biz, в том числе и толкование фразы / выражения «переменный ток», максимально корректным и информативным. Если у вас есть предложения или замечания по поводу корректности определения «переменный ток», просим написать нам в разделе «Обратная связь».

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению.  Такие источники называютсягенераторами переменного тока. 

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простейшего генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь вместе с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам). 

 

Рисунок 1. Схема простейшего генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство действительно является источником переменной ЭДС.

Предположим, что магнит создает между своими полюсами равномерное магнитное поле, т. е. такое, в котором плотность магнитных силовых линий в любой части поля одинаковая. вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б индуктируются ЭДС.

Стороны же в и г рамки — нерабочие, так как при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, следовательно, не участвуют в создании ЭДС.

В любой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, противоположна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом нетрудно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное намправило правой руки.

Для этого надо ладонь правой руки расположить так, чтобы она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в которой мы хотим определить направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке. При этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС изменяется в ней на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Действительно, в то время, когда рамка подходит к своему вертикальному положению и проходит его, скорость пересечения силовых линий сторонами рамки бывает наибольшей, и в рамке индуктируется наибольшая ЭДС. В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким образом, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, периодически изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для создания тока во внешней цепи.

Используя явление электромагнитной индукции, можно получить переменную ЭДС и, следовательно, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается мощными генераторами, приводимыми во вращение паровыми или водяными турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

 

Графическое изображение постоянного и переменного токов

Графический метод дает возможность наглядно представить процесс изменения той или иной переменной величины в зависимости от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся с течением времени, начинают с построения двух взаимно перпендикулярных линий, называемых осями графика. Затем на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в некотором масштабе, — значения той величины, график которой собираются построить (ЭДС, напряжения или тока).

На рис. 2 графически изображены постоянный и переменный токи. В данном случае мы откладываем значения тока, причем вверх по вертикали от точки пересечения осей О откладываются значения тока одного направления, которое принято называть положительным, а вниз от этой точки — противоположного направления, которое принято называть отрицательным.

Рисунок 2. Графическое изображение постоянного и переменного тока

Сама точка О служит одновременно началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и вверх) и времени (по горизонтали вправо). Иначе говоря, этой точке соответствует нулевое значение тока и тот начальный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в дальнейшем будет изменяться ток.

Убедимся в правильности построенного на рис. 2, а графика постоянного тока величиной 50 мА.

Так как этот ток постоянный, т. е. не меняющий с течением времени своей величины и направления, то различным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е. 50 мА. Следовательно, в момент времени, равный нулю, т. е. в начальный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА. Отложив по вертикальной оси вверх отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы обязаны сделать и для следующего момента времени, соответствующего точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально вверх отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка определит нам вторую точку графика.

Проделав подобное построение для нескольких последующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением постоянного тока величиной 50 мА.

Построение графика переменной ЭДС

Перейдем теперь к изучению графика переменной ЭДС. На рис. 3 в верхней части показана рамка, вращающаяся в магнитном поле, а внизу дано графическое изображение возникающей переменной ЭДС.

Рисунок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем равномерно вращать рамку по часовой стрелке и проследим за ходом изменения в ней ЭДС, приняв за начальный момент горизонтальное положение рамки.

В этот начальный момент ЭДС будет равна нулю, так как стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответствующее моменту t = 0, изобразится точкой 1.  

При дальнейшем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до тех пор, пока рамка не достигнет своего вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся вверх кривой, которая достигает своей вершины (точка 2).

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и упадет до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Следовательно, за время, соответствующее половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до наибольшей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При дальнейшем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет постепенно возрастать по величине, однако направление ее уже изменится на обратное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и располагается теперь ниже этой оси. ЭДС возрастает опять-таки до тех пор, пока рамка не займет вертикальное положение.

Затем начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка вернется в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот. На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в обратном направлении своей вершины (точка 4), встретится затем с осью времени (точка 5)

На этом заканчивается один цикл изменения ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается второй цикл, в точности повторяющий первый, за которым, в свою очередь, последует третий, а потом четвертый, и так до тех пор, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким образом, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл своего изменения.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Полученная нами волнообразная кривая называется синусоидой, а ток, ЭДС или напряжение, изменяющиеся по такому закону, называются синусоидальными.  

Сама кривая названа синусоидой потому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, называемой синусом. 

Синусоидальный характер изменения тока — самый распространенный в электротехнике, поэтому, говоря о переменном токе, в большинстве случаев имеют в виду синусоидальный ток.

Для сравнения различных переменных токов (ЭДС и напряжений) существуют величины, характеризующие тот или иной ток. Они называются параметрами переменного тока.

Период, амплитуда и частота — параметры переменного тока

Переменный ток характеризуется двумя параметрами — периодом и амплитудой, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и построить график тока.

Рисунок 4. Кривая синусоидального тока

Промежуток времени, на протяжении которого совершается полный цикл изменения тока, называется периодом.  Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах.

Промежуток времени, на протяжении которого совершается половина полного цикла изменения тока, называется полупериодом. Следовательно, период изменения тока (ЭДС или напряжения) состоит из двух полупериодов. Совершенно очевидно, что все периоды одного и того же переменного тока равны между собой.

Как видно из графика, в течение одного периода своего изменения ток достигает дважды максимального значения.

Максимальное значение переменного тока (ЭДС или напряжения) называется его амплитудой или амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — общепринятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы прежде всего обратили внимание на амплитудное значение тока, однако, как это видно из графика, существует бесчисленное множество промежуточных его значений, меньших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответствующее любому выбранному моменту времени, называется его мгновенным значением.

i, е и u — общепринятые обозначения мгновенных значений тока, ЭДС и напряжения.

Мгновенное значение тока, как и амплитудное его значение, легко определить с помощью графика. Для этого из любой точки на горизонтальной оси, соответствующей интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки пересечения с кривой тока; полученный отрезок вертикальной прямой определит значение тока в данный момент, т. е. мгновенное его значение.

Очевидно, что мгновенное значение тока по истечении времени Т/2 от начальной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени — T/4 его амплитудному значению. Ток также достигает своего амплитудного значения; но уже в обратном на правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график показывает, как с течением времени меняется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При этом значение тока в данный момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в любой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, называется частотой переменного тока и обозначается латинской буквой f.

Чтобы определить частоту переменного тока, т. е. узнать, сколько периодов своего изменения ток совершил в течение 1 секунды, необходимо 1 секунду разделить на время одного периода f = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно определить период: T = 1/f

Частота переменного тока измеряется единицей, называемой герцем.

Если мы имеем переменный ток, частота изменения которого равна 1 герцу, то период такого тока будет равен 1 секунде. И, наоборот, если период изменения тока равен 1 секунде, то частота такого тока равна 1 герцу.

Итак, мы определили параметры переменного тока — период, амплитуду и частоту, — которые позволяют отличать друг от друга различные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это необходимо, их графики.

При определении сопротивления различных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так называемую угловую или круговую частоту.

Круговая частота обозначается буквой ω и связана с частотой f соотношениемω = 2πf

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы видели, что за время одного полного оборота рамки происходит полный цикл изменения ЭДС. Иначе говоря, для того чтобы рамке сделать один оборот, т. е. повернуться на 360°, необходимо время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота. Следовательно, 360°/T есть угол, на который поворачивается рамка в 1 секунду, и выражает собой скорость вращения рамки, которую принято называть угловой или круговой скоростью.

Но так как период Т связан с частотой f соотношением f=1/T, то и круговая скорость может быть выражена через частоту и будет равна ω = 360°f.

 

Итак, мы пришли к выводу, что ω = 360°f. Однако для удобства пользования круговой частотой при всевозможных расчетах угол 360°, соответствующий одному обороту, заменяют его радиальным выражением, равным 2π радиан, где π=3,14. Таким образом, окончательно получим ω = 2πf. Следовательно, чтобы определить круговую частоту переменного тока (ЭДС или напряжения), надо частоту в герцах умножить на постоянное число 6,28.

20.5 Переменный ток в сравнении с постоянным током — College Physics 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните различия и сходства между переменным и постоянным током.
• Рассчитать среднеквадратичное значение напряжения, тока и средней мощности.
• Объясните, почему переменный ток используется для передачи энергии.

Переменный ток

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 20.14 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 20.14 (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются.

Рисунок 20.15 Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано на рисунке. Математическое выражение для VV имеет вид V=V0sin 2 πftV=V0sin 2 πft.

На рис. 20.15 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

.

V=V0sin 2πft,V=V0sin 2πft,

20,38

где VV — напряжение в момент времени tt , V0V0 — пиковое напряжение, а ff — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I=V/RI=V/R, поэтому переменный ток равен

.

I=I0 sin 2πft,I=I0 sin 2πft,

20,39

где II — ток в момент времени tt, а I0=V0/RI0=V0/R — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рис. 20.14(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I=V/RI=V/R. Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, поскольку ток многократно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность равна P=IVP=IV. Используя приведенные выше выражения для II и VV, мы видим, что зависимость мощности от времени P=I0V0sin2 2πftP=I0V0sin2 2πft, как показано на рис. 20.16.

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 20.16 Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку здесь напряжение и ток совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0. Средняя мощность (1/2)I0V0(1/2)I0V0 _.

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рис. 20.16, средняя мощность PavePave равна

.

Выложить=12I0V0.Выложить=12I0V0.

20.40

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии (1/2)I0V0(1/2)I0V0 равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратический ток IrmsIrms и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms равными, соответственно,

Irms =I02Irms =I02

20,41

и

Вэфф =V02. Вэфф =V02.

20,42

где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения. В общем, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь

Pave=IrmsVrms, Pave=IrmsVrms,

20,43

, что дает

Pave=I02⋅V02=12I0V0,Pave=I02⋅V02=12I0V0,

20,44

, как указано выше. Стандартной практикой является указывать IrmsIrms, VrmsVrms и PavePave, а не пиковые значения. Например, напряжение в большинстве бытовых электросетей составляет 120 В переменного тока, что означает, что среднеквадратичное значение VrmsVrms равно 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А отключит устойчивое среднеквадратичное значение IrmsI более 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave=1,0 кВтPave=1,0 кВт , и так далее. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

Irms=VrmsR.Irms=VrmsR.

20.45

The various expressions for AC power PavePave are

Pave=IrmsVrms,Pave=IrmsVrms,

20.46

Pave=Vrms2R,Pave=Vrms2R,

20.47

and

Pave=Irms2R.Pave=Irms2R.

20.48

Пример 20,9

Пиковое напряжение и мощность переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность, потребляемая лампочкой переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что VrmsVrms составляет 120 В, а PavePave составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать Vrms =V02Vrms =V02, чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданного среднего значения. сила.

Решение для (a)

Решение уравнения Vrms =V02Vrms =V02 для пикового напряжения V0V0 и подстановка известного значения VrmsVrms дает

V0=2Vrms= 1,414(120 В)= 170 В. 120 В)= 170 В.

20,49

Обсуждение для (a)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170 В–170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение равно 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

P0=I0V0= 212I0V0= 2Pave.P0=I0V0= 212I0V0= 2Pave.

20,50

Мы знаем, что средняя мощность равна 60,0 Вт, поэтому

P0= 2(60,0 Вт)= 120 Вт. P0= 2(60,0 Вт)= 120 Вт. мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе. Экономия за счет масштаба делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокое напряжение может передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкое напряжение. (См. рис. 20.17.) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что переменное напряжение намного проще увеличивать и уменьшать, чем постоянное, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 20.17 Энергия распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для уменьшения потерь мощности в линиях передачи. Напряжения, генерируемые на электростанции, повышаются пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 20.10

Меньше потерь мощности при высоковольтной передаче

(a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при 200 кВ? (b) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом 1,00 Ом? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Имеем Pave=100 МВтave=100 МВт, Vrms=200 кВVrms=200 кВ, сопротивление линий R=1,00ΩR=1,00Ω. Используя эти данные, мы можем найти протекающий ток (из P=IVP=IV), а затем мощность, рассеиваемую в линиях (P=I2RP=I2R), и взять отношение к общей передаваемой мощности.

Решение

Чтобы найти ток, мы перестраиваем отношение Pave=IrmsVrmsPave=IrmsVrms и подставляем известные значения. Это дает

Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 В = 500 A. Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 В = 500 A.

20,52

Решение

линий мощность, рассеиваемая в них, находится из Pave=Irms2RPave=Irms2R. Подстановка известных значений дает

Pave=Irms2R=(500 А)2(1,00 Ом)= 250 кВт. Pave=Irms2R=(500 А)2(1,00 Ом)= 250 кВт.

20,53

Решение

Потери в процентах представляют собой отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

% потерь=250 кВт100 МВт×100=0,250 %.% потерь=250 кВт100 МВт× 100=0,250 %.

20,54

Обсуждение

Одна четвертая процента — допустимая потеря. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко известно, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредны. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Исследования ФЕТ

Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое.

Переменные токи: определение, примеры, символ

Переменный ток (AC) — это ток, который периодически изменяет свою величину во времени в синусоидальной форме. Основной характеристикой переменного тока является переменная величина между положительными и отрицательными значениями.

Современные электростанции производят электроэнергию в виде переменного тока. Переменный ток распределяется в жилых и коммерческих помещениях, и это основная форма электроэнергии, которую мы используем во всех наших электроприборах.

Как производится переменный ток?

Переменный ток вырабатывается генератором переменного тока , который состоит из провода, вращающегося в магнитном поле, создаваемом магнитами. Когда провод вращается в магнитном поле, он пересекает линии магнитного потока. Изменяющийся магнитный поток через провод создает силу (электродвижущую силу), которая перемещает электрические заряды по проводу. Циркулирующий проводящий провод создает колеблющийся электрический ток, протекающий в двух направлениях в зависимости от различной полярности магнита.

Элементарный генератор (электрический генератор переменного тока, который создает одно постоянно переменное напряжение), Wikimedia Commons

Ознакомьтесь с нашим объяснением ЭДС и внутреннего сопротивления для получения дополнительной информации об электродвижущей силе.

График переменного тока

Поскольку переменные токи движутся периодически и синусоидально, их движение можно представить в виде синусоидальный график . График переменного тока (который вы можете увидеть ниже) выражает зависимость между напряжением и временем.

Переменный ток меняет свою интенсивность во времени, чередуя положительных и отрицательных значений . Это означает, что когда переменный ток течет по цепи, ток будет течь через компоненты в обоих направлениях. Переменный ток достигает максимального и минимального значений по величине, а затем колеблется между ними (±I _max ), повторяя этот цикл каждый период времени T.

График постоянного тока

График, иллюстрирующий движение постоянного тока (DC) , показан ниже. Постоянный ток имеет постоянную величину во времени (другими словами, он не колеблется).

На графике вы можете увидеть переменный ток зеленым цветом (синусоидальный график) и постоянный ток красным цветом (линейный график).

График переменного и постоянного тока, Wikimedia Commons

Уравнение переменного тока

Мы можем математически выразить переменный ток как синусоидальное уравнение , как показано ниже. I _max — максимальное значение тока в амперах (А), I — ток в любой момент времени, ω — угловая частота питания в радианах в секунду (рад/с), t — время в секундах (с) .

Точно так же мы можем использовать то же уравнение для выражения напряжения во времени , где V — напряжение в любой момент времени в вольтах (В), а V _max — максимальное напряжение.

Период также может быть выражен через частоту или угловую скорость, когда это удобно. Здесь f — частота в герцах (Гц), а ω — угловая скорость (рад/с).

Период колебания между отрицательным и положительным значением составляет около 50-60 Гц в зависимости от страны. В частности, в Великобритании переменный ток имеет частоту 50 Гц.

Различия между постоянным и переменным током

Существует много различий между переменным и постоянным током. Переменный ток колеблется в двух направлениях, тогда как постоянный ток имеет постоянную величину во времени. Это связано с механизмом, генерирующим переменный ток, который представляет собой вращающуюся катушку между двумя магнитами .

При переменном токе при вращении катушки направление электронов, протекающих через катушку, изменяется в зависимости от ее положения относительно полюсов. Это связано с контактными кольцами подключен к катушке. Однако при производстве постоянного тока разъемные кольца , соединенные с катушкой, изменяют контакты между катушкой и проводами цепи, что приводит к протеканию тока только в одном направлении.

Кроме того, частота постоянного тока равна нулю , тогда как частота переменного тока, подаваемого в наши дома, находится в диапазоне от 50 до 60 Гц. Кроме того, поскольку ток меняет направление в переменном токе, он описывается синусоидальным движением (следовательно, напряжение меняется). В постоянном токе напряжение и ток постоянны.

В таблице ниже перечислены основные различия между переменным и постоянным током.

3 Колебания в двух направлениях. Имеет положительные и отрицательные величины.

Переменный ток (AC)	Постоянный ток (DC)
Величина постоянна во времени.
Имеет пиковое значение тока.	Ток остается постоянным во времени.
Электроны в несущем проводе движутся в двух направлениях.	Непрерывный поток электронов в одном направлении.
График текущего времени синусоидальный.	График текущего времени является линейным с постоянным значением.
Может передаваться на большие расстояния.	Не может передаваться на большие расстояния.
В генераторах переменного тока используются контактные кольца и щетки.	В генераторах постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом.

Применение переменного тока и постоянного тока

Переменный ток используется для питания некоторых электродвигателей, например, асинхронных двигателей переменного тока. AC также используется для передачи электроэнергии от электростанций в городские районы для коммерческого и личного использования и на другие объекты промышленного назначения.

Переменный ток используется для передачи электроэнергии от электростанций в городские районы. Unsplash

Постоянный ток используется в основном в низковольтных приложениях , таких как различные аккумуляторные батареи, используемые в батареях смартфонов, батареях ноутбуков или автомобильных батареях. Постоянный ток также используется в солнечных панелях, где постоянный ток затем преобразуется в переменный ток для ежедневного использования.

Среднеквадратичное значение тока и напряжения

Среднеквадратичное значение напряжения и среднеквадратичное значение тока Сравнение переменного тока с постоянным током . Мы используем среднеквадратичное значение для переменного тока, которое эквивалентно значению постоянного тока, которое производит такой же объем работы. Мультиметры, вольтметры переменного тока и амперметры дают показания среднеквадратичных значений значений переменного тока. Ниже приведены уравнения для определения среднеквадратичного значения тока и среднеквадратичного напряжения:

На приведенном ниже графике представлена ​​диаграмма зависимости напряжения от переменного тока (в данном случае символ V представлен буквой u, но вы всегда должны использовать V для обозначения напряжения!). Число 3 представляет среднеквадратичное напряжение.

Синусоидальное напряжение. 1 представляет амплитуду (пик), два — размах, 3 — среднеквадратичное значение, 4 — период волны. Викисклад

Примеры переменного тока (со среднеквадратичным значением)

Найдите среднеквадратичное значение переменного тока для тока с максимальным напряжением 250 В и максимальным током 5 А.

Решение

Мы используем уравнения, данные для среднеквадратичных значений переменного тока, и подставляем максимальные значения напряжения и тока.

Найдите максимальное значение напряжения и тока переменного тока на основе среднеквадратичных значений переменного тока 150 В и 2,15 А.

Решение

Мы используем уравнения, данные для среднеквадратичных значений переменного тока, перестраиваем решение для I _max и V _max и подставьте среднеквадратичные значения напряжения и тока.

Переменные токи — основные выводы

• Переменный ток (AC) представляет собой колебательный ток, протекающий в двух направлениях с переменной величиной.

• Переменный ток распространяется в жилых и коммерческих помещениях, и это основная форма электроэнергии, которую мы используем во всех наших электроприборах.

• Переменный ток вырабатывается генератором переменного тока, который состоит из провода, вращающегося в магнитном поле, создаваемом магнитами.

• Переменные токи движутся периодически и синусоидально, поэтому синусоидальный график может представить их движение.

• Существует много различий между переменным током и постоянным током (DC). AC колеблется в двух направлениях, тогда как DC имеет постоянную величину во времени.

• Среднеквадратичное значение напряжения и среднеквадратичное значение тока сравнивают переменный ток с постоянным током.

Что такое переменный ток? Изучите основы этого — John Academy

Электричество управляет нашей повседневной жизнью. Он имеет ключевое значение для развития промышленности и инфраструктуры. В современном электроснабжении передача электроэнергии немыслима без переменного тока или напряжения. Более того, доступ к электричеству, который мы получаем каждый день, подключая цепь к нашей электрической розетке, является примером переменного тока . Также можно увидеть артикул переменного тока в корпусах разных электроприборов.

Если вы интересуетесь физикой, электричеством и хотите работать с проводами, гайками и болтами, знание Переменный ток обязательно. Эта статья даст вам подробную информацию обо всех основах переменного тока.

Содержание

Что такое переменный ток?

Переменный ток — это форма электрического тока. Его общепринятая аббревиатура — AC. В этом типе электрического тока поток электронов меняет направление и величину через регулярные промежутки времени. Это электроэнергия, которая течет по линии электропередач и доставляется ко всем видам деловых и жилых зданий. Поэтому блок питания у нас дома пример переменный ток. Кроме того, электричество, которое мы получаем, чтобы зарядить наш телефон, запустить холодильник или посмотреть телевизор, поступает от переменного тока.

Существует множество источников электроэнергии, которые помогают производить переменный ток. Наиболее популярным производителем переменного тока являются электромеханические генераторы. Он генерирует напряжение переменного тока с чередованием полярности, которое со временем меняется с положительного на отрицательное. Кроме того, генератор переменного тока также можно использовать для выработки переменного тока   Обычно мы вырабатываем переменный ток , используя ветряные турбины, гидроэлектростанции, дизельное топливо или пар. Источники солнечной энергии также могут генерировать переменный ток. Но некоторые из этих источников генерируют постоянный ток, который перед подачей в электрическую сеть преобразуется в переменный ток .

Переменный ток является основной частью Электричества. Чтобы узнать больше о , переменном токе и электричестве, присоединяйтесь к нашему онлайн-курсу электрика сегодня и получите от него все полезные знания.

Форма волны переменного тока

Форма волны переменного тока в большинстве электрических цепей представляет собой синусоиду. Но вы также сможете найти прямоугольные и треугольные формы волны переменного тока.

Но наиболее распространенной формой волны является синусоида, где напряжение переменного тока постоянно увеличивается в темпе и падает. Сначала напряжение возрастает от нуля до максимального положительного пикового напряжения, затем меняется на противоположное и снова падает до нуля. Затем он продолжает свое путешествие в отрицательном направлении и снижается, пока не достигнет отрицательного пикового напряжения. Опять же, напряжение меняет направление и возрастает до нуля, завершая полный цикл.

Во-первых, скорость, с которой электрические заряды или электрон меняют направление, измеряется количеством полных циклов в секунду. Это известно как частота и измеряется в герцах (Гц). Во-вторых, весь процесс повторяется с частотой от 50 Гц до 60 Гц (цикл в секунду). Следовательно, это две частоты, которые обычно используются в бытовых и промышленных приложениях.

Онлайн-курс электрика

Если вы учитесь на электрика, этот курс даст вам практические навыки и знания, необходимые для начала вашей карьеры.

Зарегистрируйтесь сейчас

Онлайн-курс электрика

Если вы учитесь на электрика, этот курс даст вам практические навыки и знания, необходимые для начала вашей карьеры.

Зарегистрируйтесь сейчас

Передача переменного тока

Вот как переменный ток входит в нашу повседневную жизнь. Это некоторая основная информация, которая будет держать вас в курсе того, как переменный ток управляет миром.

Во-первых, Европа и большая часть мира используют стандарт 220 вольт примерно и 50 Гц переменного тока в своей электросети. Во-вторых, в США и некоторых других регионах используется стандарт 120 вольт и 60 Гц переменного тока . В-третьих, такие страны, как Япония, используют в своих сетях оба стандарта.

110–120 В, 60 Гц	220–250 В, 50 Гц	Оба 65
Канада, Колумбия, Куба, Япония, Мексика, Тайвань, США, Венесуэла,	Аргентина, Австралия, Австрия, Бахрейн, Бангладеш, Китай, Дания, Египет, Финляндия, Франция, Германия, Индия, Иран, Ирак, Италия, Кения, Кувейт, Малайзия, Непал, Нидерланды, Новая Зеландия, Нигерия, Северная Норвегия, Пакистан, Филиппины, Россия, Южная Корея, Испания, Шри-Ланка, Швеция, Таиланд, ОАЭ, Великобритания	Боливия , Бразилия, Ливия, Саудовская Аравия

Еще одним примером переменного тока являются аудио- и радиосигналы, которые проходят по электрическим проводам. Кроме того, для промышленного использования стандартное использование переменного тока напряжение составляет 415В.

Самолеты, космические корабли, морские, военные и другие приложения используют переменный ток частотой 400 Гц. Это чувствительные приложения, где необходимо легкое оборудование и более высокая скорость двигателя.

Переменный ток прост в производстве и подходит для распределения электроэнергии. Это связано с тем, что переменный ток можно легко преобразовать с более высокого уровня напряжения на более низкий уровень напряжения. Другими словами, переменное напряжение можно легко повысить или понизить до требуемого уровня напряжения.

Чтобы уменьшить потери энергии при передаче, электроэнергия передается при более высоком напряжении и более низком токе. Кроме того, это позволяет передавать электроэнергию на определенное расстояние по электрическим сетям. Позже мощность снижается непосредственно перед распределением для нормального повседневного использования электроэнергии.

Провод переменного тока

Большинство электросетей рассчитано на переменный ток. Поэтому все генераторы переменного тока, подключенные к энергосистеме, должны быть синхронизированы друг с другом. Оборудование, использующее переменный ток, обычно имеет три типа проводов:

1. Горячий провод, передающий ток.
2. Нейтральный провод, создающий обратный путь для тока в горячем проводе. Он также имеет связь с землей.
3. Третий провод — это провод заземления, который также имеет соединение с землей. Провод имеет соединение с металлической частью оборудования. Это обеспечивает электрическую безопасность и исключает опасность поражения электрическим током.

Однако большинство электронных гаджетов, которые мы используем, получают переменный ток и преобразуют его в постоянный ток. Это связано с тем, что большинство устройств, таких как смартфоны и ноутбуки, работают от батареи, использующей постоянный ток. Поэтому переменного тока может повредить аккумулятор, а также гаджет.

Как производить переменный ток?

Вы можете производить переменный ток с помощью устройства Генератор переменного тока. Генератор переменного тока представляет собой особый вид электронного генератора, который производит переменный ток. Более того, генератор состоит из магнита и петли из проволоки. В генераторе переменного тока проволочная петля вращается внутри магнитного поля. Когда петля проводов закручивается, через нее индуцируется ток.

Вращение провода может происходить с помощью любых средств, таких как ветряная турбина, паровая турбина, проточная вода и т. д. Провод вращается и входит в разные магнитные полярности через равные промежутки времени. В результате на проводе чередуются напряжение и ток.

Точнее, когда провод вращается в магнитном поле, сила магнитного поля в проводе меняется, что создает силу. В результате по проводу начинают течь электрические заряды.

Более того, сила создает электрический ток в одном направлении провода. Но проволочная петля поворачивается на 180 градусов. В результате сила в проводе меняет направление и создает электрический ток в противоположном направлении вокруг провода. Следовательно, каждый раз, когда петля поворачивается на 180 градусов, сила меняет направление на противоположное. В результате изменяется и текущий поток. Эти 180-градусные изменения направления силы через равные промежутки времени генерируют переменный ток.

Генератор переменного тока или электрический генератор также имеют токосъемные кольца, которые гарантируют, что конец провода всегда подключен к одной и той же стороне электрической цепи. В результате направление тока меняется на каждом полуобороте провода.

Переменный ток и постоянный ток

При повседневном использовании электричества мы обычно используем два вида тока. Мы уже обсуждаем переменный ток, но другой постоянный ток (DC). Чтобы определить постоянный ток, это поток электрического заряда в одном направлении. Батареи, ячейки, выпрямители и генераторы с коммутаторами производят постоянный ток.

Прежде чем перейти к сравнению, нам нужно понять, как оба вида электрического тока вызывают потери. Это поможет нам понять, какой электрический ток необходимо использовать в какой ситуации.

На протяжении десятилетий переменный ток имел определенные преимущества перед постоянным током. Во-первых, передача переменного тока была более эффективной на большие расстояния без слишком больших потерь энергии на сопротивление. Изменение текущего напряжения было затруднено при использовании первой электросети постоянного тока в конце 19 века.век. В результате слишком больших потерь мощности эти сети поддерживали низкое напряжение и высокий ток, и передача была возможна только на короткие расстояния.

Таким образом, система переменного тока вскоре заменила передачу энергии постоянного тока. Энергия переменного тока может передаваться при высоком напряжении и низком токе, и мы можем легко изменить напряжение с помощью трансформатора. Но система постоянного тока также может быстро изменять напряжение. Но современные системы переменного тока могут передавать мощность от генераторов с сотнями и тысячами напряжений. Затем напряжение снижается со 120 вольт до 220 вольт для общего бытового и коммерческого использования.

Однако многие электрические гаджеты предпочитают постоянный ток переменному из соображений безопасности, плавного течения тока и даже напряжения. Но переменный ток в розетках может быть преобразован в постоянный при входе в электронные гаджеты.

Потери мощности для обеих форм электрического тока

Для передачи электроэнергии на очень большие расстояния больше подходит постоянный ток, чем переменный. Зарядный ток очень высок для переменного тока, что приводит к потере I2R.

В теоретической схеме вся мощность, поступающая на входную клемму, достигает критической нагрузки без каких-либо потерь энергии. Он не рассеивается в компоненте проводки, который проходит по пути. Но в реальной цепи всегда есть минимальное сопротивление, при котором теряется некоторое количество энергии. Это происходит как в источниках переменного, так и постоянного тока, что вызывает электрические потери, а рассеяние происходит в виде тепла. Рассчитать потери электроэнергии можно следующим образом.

В соответствии с законом Ома: V = IR, где V = напряжение (В) на компоненте, R — сопротивление (в Омах) компонента, а I — ток в амперах через компонент.

Степенной закон: W = VI, где V и I аналогичны указанным выше, а W = рассеиваемая мощность в ваттах.

Объединив эти два закона, мы можем найти потери W=(IR)I или I2R.

Это известно как потеря меди. Причина объяснения всей этой формулы заключается в том, что эти потери в меди могут быть больше в цепях переменного тока, таких как трансформаторы. Однако больше потерь также происходит из-за наведенного тока, который протекает через сопротивление железного сердечника компонента. Это называется потерями в сердечнике.

Потери в меди в трансформаторах и двигателях можно уменьшить за счет увеличения площади поперечного сечения проводника, улучшения технологии намотки и использования материалов с более высокой электропроводностью.

Эффект близости и скин-эффект вызывают неравномерное распределение тока по проводнику на высоких частотах, увеличивая эффективное сопротивление проводника. Литцендрат может равномерно распределять ток по своему поперечному сечению.

Онлайн-курс электрика

Если вы учитесь на электрика, этот курс даст вам практические навыки и знания, необходимые для начала вашей карьеры.

Зарегистрируйтесь сейчас

Онлайн-курс электрика

Если вы учитесь на электрика, этот курс даст вам практические навыки и знания, необходимые для начала вашей карьеры.

Зарегистрируйтесь сейчас

Различия между переменным током и постоянным током

Оба переменного тока и постоянного тока описывают протекание тока в цепи. Чтобы вспомнить основы обоих токов, в постоянном токе электрический заряд течет в одном направлении. С другой стороны, переменный ток периодически меняет направление. Вот основные различия между переменным и постоянным током.

AC VS DC

. .

	Чередовый ток (AC)	Direct (DC)	Частота постоянного тока равна нулю.
Генератор и двигатель	Для генератора и двигателя коммутатор не требуется.	Нужен коллектор/разрезные кольца, создающие искрение. Угольные щетки необходимо периодически заменять.
Причина разного потока электронов	Вращение магнита вдоль провода.	Устойчивый магнетизм вдоль провода.
Ток	Величина тока изменяется со временем	Ток имеет постоянную величину.
Повышение и понижение	Легкое повышение и понижение с помощью трансформаторов. Пониженное напряжение можно выпрямить до постоянного тока с помощью диодов.	Нельзя повышать и понижать с помощью трансформаторов. Нужны импульсные преобразователи, в которых используются транзисторы.
Безопасность	Менее безопасен, так как с большей вероятностью вызывает фибрилляцию сердца.	Безопаснее, так как контакт с линией с меньшей вероятностью приведет к фибрилляции сердца.	На основе транзисторов, полевых транзисторов и интегральных схем используются при низком напряжении постоянного тока.
Трансмиссия	Переменный ток безопасен для передачи на большие расстояния по городу и может дать больше энергии.	Напряжение постоянного тока не может распространяться очень далеко, потому что оно начинает терять энергию
Прерывание автоматическими выключателями	Легко прерывается, когда ток дуги проходит через ноль 100-120 в секунду.	Прерывание затруднено, так как ток дуги не достигает нуля.
Скин-эффект	При скин-эффекте ток выше снаружи проводника, что приводит к меньшей эффективной площади и большим резистивным потерям.	Отсутствие скин-эффекта, т. е. ток равномерно распределяется по поперечному сечению кабеля.

История переменного тока

К тому времени, когда люди изобрели переменный ток, постоянный ток уже правил миром. Однако переменный ток имеет долгую историю. Итак, мы объясним историю Переменного тока с момента его массового использования и производства.

Знание источника питания постоянного тока и его истории полезно для лучшего понимания питания переменного тока. Самые ранние источники питания были около 110 В постоянного тока, разработанные Томасом Эдисоном. Эти источники постоянного тока были в основном необходимы для ламп накаливания с угольной нитью, а затем и для ламп с металлической нитью накаливания, которые были распространены в те дни. В 1882 году Эдисон от паровой электростанции подает 110 В постоянного тока потребителям Нью-Йорка. В 1887 году по подземным трубопроводам Эдисон поставлял постоянный ток потребителям в Нью-Йорке со 121 электростанции. Каждая динамо-машина мощностью 100 кВт могла зажечь 1200 ламп накаливания.

Но передача постоянного тока имеет некоторые ограничения. Подавать постоянный ток можно было только на небольшом расстоянии около 1,5 миль от генерирующей станции. Однако обслуживание постоянного тока продолжалось до Нью-Йорка до 2007 года. Но сегодня большая часть метро во всем мире использует постоянный ток.

Westinghouse был тем, кто предложил переменный ток вместо постоянного тока, но Эдисон не согласился с этим и начал пропагандистскую кампанию против переменного тока. Таким образом, Эдисон продолжал работать над постоянным током, а Вестингауз продолжал следовать более легко переносимому переменному току.

Блок питания переменного тока

Хотя постоянный ток Эдисона с более низким напряжением был безопаснее для людей, он имел более высокие резистивные потери на большом расстоянии.

Вестингауз был прав, полагая, что переменный ток более эффективен, чем постоянный, для передачи на большие расстояния. Затем Никола Тесла и AEG в Европе придумали трехфазную генерацию и распределение переменного тока. Хотя Тесла работал на Эдисона три года, они расстались из-за разногласий по оплате.

В 1886 году компания Westinghouse создала паровую электростанцию ​​переменного тока. Впервые генерация, передача и распределение происходили при разных напряжениях (500 В, 3000 В и 100 В соответственно). Наконец, Westinghouse AC в конце концов преобладала над AC из-за неотъемлемых преимуществ AC.

Онлайн-курс электрика

Если вы учитесь на электрика, этот курс даст вам практические навыки и знания, необходимые для начала вашей карьеры.

Зарегистрируйтесь сейчас

Онлайн-курс электрика

Если вы учитесь на электрика, этот курс даст вам практические навыки и знания, необходимые для начала вашей карьеры.

Зарегистрируйтесь сейчас

Заключение

Ну вот. У тебя есть переменного тока в самой основной форме. Как электрик или кто-то, кто интересуется повседневной физикой и электричеством, знание переменного тока и того, как он работает, является обязательным. Таким образом, мы надеемся, что вы получили общее представление о переменного тока. А если у вас все еще есть какие-либо сомнения или вопросы, вы можете легко записаться на наш онлайн-курс электрика и узнать все подробно.

9 февраля 2022 г.

топ 9=»wpforms-«]

Что такое переменный ток? (с изображением)

`;

Адам Хилл

Дата последнего изменения: 29 августа 2022 г.

Электричество переменного тока (AC) — это тип электричества, наиболее часто используемый в домах и на предприятиях во всем мире. Говорят, что он «переменный», потому что он меняет направление в электрической цепи через равные промежутки времени, обычно много раз в секунду. Переменный ток создается электрическим генератором, определяющим частоту этих колебаний. В Соединенных Штатах переменный ток генерируется с частотой 60 герц, что означает, что ток меняется 60 раз в секунду.

Существует ряд причин, по которым большинство электростанций производят переменный ток, а не постоянный или постоянный ток, когда электроны постоянно движутся в одном направлении. Во-первых, большие генераторы естественным образом вырабатывают переменный ток, поэтому преобразование в постоянный ток потребует дополнительного шага и, следовательно, дополнительных затрат. Во-вторых, и, возможно, самое главное, электрические трансформаторы должны иметь переменный ток для работы. Трансформаторы являются важной частью энергосистемы, поскольку они выполняют задачу повышения электрического напряжения для передачи на большие расстояния, а также снижения напряжения до безопасного уровня для использования в домах и на предприятиях.

Трансформаторы — это простые и недорогие устройства, чаще всего встречающиеся на электроподстанциях и устанавливаемые на опорах электропередач рядом с жилыми домами. В одном типе электроподстанции трансформаторы потребляют умеренное напряжение переменного тока, генерируемое электростанцией, и значительно повышают напряжение для передачи на большие расстояния. Высокое напряжение позволяет передавать электричество гораздо эффективнее. Другие подстанции снижают напряжение в конце линии электропередачи, после чего электроэнергия подключается к местной сети. В этот момент напряжение снижается еще больше, непосредственно перед входом в дома и другие здания для использования потребителями.

Переменный ток также имеет то преимущество, что его легко преобразовать в постоянный. Это важно отчасти потому, что многие мелкие бытовые приборы работают только от постоянного тока. Многие принтеры, портативные компьютеры и зарядные устройства, например, используют адаптер переменного тока для преобразования домашнего переменного тока в постоянный. Адаптеры до некоторой степени взаимозаменяемы и обычно входят в комплект поставки прибора производителем. Преобразование постоянного тока в переменный, с другой стороны, является дорогостоящим процессом, что делает переменный ток лучшим выбором в качестве формы электричества по умолчанию.

В некоторых типах цепей переменный ток используется главным образом для передачи информации, а не для передачи электричества. Информационные схемы, такие как те, которые используются в телефонной и радиопередаче, используют различное количество напряжения, тока и частоты для передачи точной информации. Эти типы цепей переменного тока не очень эффективны, но этот атрибут на самом деле хорошо подходит для информационных цепей, поскольку их целью является передача данных, а не электроэнергии.

Что такое переменный ток (AC)? — Электричество…

Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с того, что известно как постоянный ток (постоянный ток), то есть электричество, протекающее в постоянном направлении и/или обладающее напряжением с постоянной полярностью. Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый трением определенных типов материалов друг о друга.

Каким бы полезным и простым для понимания ни был постоянный ток, это не единственный «вид» используемого электричества. Некоторые источники электричества (в первую очередь, роторные электромеханические генераторы) естественным образом производят напряжения с чередующейся полярностью, меняя положительное и отрицательное с течением времени. Либо полярность переключения напряжения, либо направление переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC): рисунок ниже.

В то время как знакомый символ батареи используется в качестве общего символа для любого источника постоянного напряжения, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого источника переменного напряжения.

Можно задаться вопросом, зачем вообще кому-то интересоваться такой вещью, как кондиционер. Это правда, что в некоторых случаях переменный ток не имеет практического преимущества перед постоянным током. В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, если на нагрузке достаточно напряжения и тока для производства желаемого тепла (рассеивание мощности). Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения электроэнергии, которые намного эффективнее, чем постоянный ток, и поэтому мы видим, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях высокой мощности. Чтобы объяснить детали того, почему это так, необходимо немного базовых знаний о AC.

Если машина предназначена для вращения магнитного поля вокруг набора стационарных проволочных катушек при вращении вала, переменное напряжение будет создаваться на проволочных катушках при вращении этого вала в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Это основной принцип работы генератора переменного тока, также известного как генератор переменного тока : рисунок ниже.

Работа генератора переменного тока

Обратите внимание, как меняется полярность напряжения на проволочных катушках, когда противоположные полюса вращающегося магнита проходят мимо. При подключении к нагрузке эта обратная полярность напряжения создаст обратное направление тока в цепи. Чем быстрее вращается вал генератора переменного тока, тем быстрее будет вращаться магнит, в результате чего переменное напряжение и ток чаще меняют направление за заданный промежуток времени.

Хотя генераторы постоянного тока работают по тому же общему принципу электромагнитной индукции, их конструкция не так проста, как у их аналогов переменного тока. В генераторе постоянного тока катушка провода устанавливается на валу, где магнит находится на генераторе переменного тока, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой выполняются через стационарные угольные «щетки», контактирующие с медными полосами на вращающемся валу. Все это необходимо для переключения меняющейся полярности выхода катушки на внешнюю цепь, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность: Рисунок ниже

Работа генератора постоянного тока

Генератор, показанный выше, производит два импульса напряжения на один оборот вала, причем оба импульса имеют одинаковое направление (полярность). Чтобы генератор постоянного тока производил постоянное напряжение , а не короткие импульсы напряжения каждые 1/2 оборота, несколько наборов катушек периодически контактируют со щетками. Диаграмма, показанная выше, немного более упрощена, чем то, что вы видели бы в реальной жизни.

Проблемы, связанные с установлением и разрывом электрического контакта с движущейся катушкой, должны быть очевидны (искрение и нагрев), особенно если вал генератора вращается с высокой скоростью. Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов становятся еще более серьезными. Для работы генератора переменного тока (альтернатора) не требуются щетки и коммутаторы, и поэтому он невосприимчив к этим проблемам, с которыми сталкиваются генераторы постоянного тока.

Преимущества переменного тока по сравнению с постоянным в конструкции генератора также находят свое отражение в электродвигателях. В то время как двигатели постоянного тока требуют использования щеток для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока этого не делают. На самом деле, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы (идентичные для этого руководства), двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки проволоки для вращения вращающегося магнита. вокруг его вала, а двигатель постоянного тока зависит от щеточных контактов, замыкающих и размыкающих соединения с обратным током через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Итак, мы знаем, что генераторы переменного тока и двигатели переменного тока, как правило, проще, чем генераторы и двигатели постоянного тока. Эта относительная простота приводит к большей надежности и меньшей стоимости производства. Но для чего еще хорош AC? Наверняка в нем должно быть что-то большее, чем детали конструкции генераторов и двигателей! Действительно есть. Существует эффект электромагнетизма, известный как взаимная индукция , при котором две или более катушек проволоки размещаются так, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое одной, индуцирует напряжение в другой. Если у нас есть две взаимно индуктивные катушки, и мы питаем одну катушку переменным током, мы создадим переменное напряжение в другой катушке. При использовании как таковое это устройство известно как трансформатор : Рисунок ниже

Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.

Фундаментальное значение трансформатора заключается в его способности повышать или понижать напряжение от питающей катушки к обесточенной катушке. Напряжение переменного тока, индуцируемое в непитанной («вторичной») катушке, равно напряжению переменного тока на питаемой («первичной») катушке, умноженному на отношение витков вторичной катушки к виткам первичной катушки. Если вторичная катушка питает нагрузку, ток через вторичную катушку прямо противоположен: ток первичной катушки, умноженный на отношение первичных и вторичных витков. Это соотношение имеет очень близкую механическую аналогию, используя крутящий момент и скорость для представления напряжения и тока соответственно: рисунок ниже.

Зубчатая передача с умножением скорости снижает крутящий момент и увеличивает скорость. Понижающий трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток.

Если соотношение обмоток изменено на противоположное, так что первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка, трансформатор «повышает» напряжение от уровня источника до более высокого уровня на нагрузке: рисунок ниже.

Редуктор скорости увеличивает крутящий момент и уменьшает скорость. Повышающий трансформатор повышает напряжение и понижает ток.

Способность трансформатора с легкостью повышать или понижать напряжение переменного тока дает переменному току преимущество, не имеющее себе равных перед постоянным током, в области распределения мощности, как показано на рисунке ниже. При передаче электроэнергии на большие расстояния гораздо эффективнее делать это с повышенным напряжением и пониженным током (провод меньшего диаметра с меньшими резистивными потерями мощности), затем понижать напряжение и повышать ток в течение промышленности, бизнеса или потребительского использования.

Трансформаторы обеспечивают эффективную передачу электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния.

Трансформаторная технология сделала практичным распределение электроэнергии на большие расстояния. Без возможности эффективного повышения и понижения напряжения было бы непомерно дорого строить энергосистемы для чего-либо, кроме использования на близком расстоянии (максимум в пределах нескольких миль).

Какими бы полезными ни были трансформаторы, они работают только с переменным, а не постоянным током. Поскольку явление взаимной индуктивности основано на изменении магнитных полей, а постоянный ток (DC) может создавать только устойчивые магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать с постоянным током. Конечно, постоянный ток может быть прерван (импульсирован) через первичную обмотку трансформатора для создания изменяющегося магнитного поля (как это делается в автомобильных системах зажигания для получения высоковольтной энергии свечи зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но импульсный постоянный ток ничем не отличается от переменного. Возможно, больше, чем по какой-либо другой причине, переменный ток находит такое широкое применение в энергосистемах.

• Постоянный ток означает «Постоянный ток», что означает напряжение или ток, который поддерживает постоянную полярность или направление, соответственно, во времени.
• AC означает «переменный ток», что означает напряжение или ток, который меняет полярность или направление, соответственно, с течением времени.
Электромеханические генераторы переменного тока
• , известные как генераторы переменного тока , имеют более простую конструкцию, чем электромеханические генераторы постоянного тока.
Конструкция двигателей переменного и постоянного тока модели
• очень точно соответствует принципам конструкции соответствующих генераторов.
• Трансформатор представляет собой пару катушек взаимной индукции, используемых для передачи энергии переменного тока от одной катушки к другой. Часто количество витков в каждой катушке устанавливается для создания увеличения или уменьшения напряжения от питаемой (первичной) катушки к непитанной (вторичной) катушке.
• Вторичное напряжение = первичное напряжение (вторичные витки / первичные витки)
• Вторичный ток = первичный ток (первичные витки / вторичные витки)

Введение в книгуСледующая страница

Используйте клавиши со стрелками влево и вправо для переключения страниц.

Проведите пальцем влево и вправо для смены страниц.

AC и DC Power: чем они отличаются?

Автор Jayric Maning

Опубликовано 30 мая 2022 г.

Делиться Твитнуть Делиться Делиться Делиться Электронная почта

В чем разница между переменным и постоянным током? Почему они разные? И где мы их используем? Все это и многое другое в этой статье.

В 1880-х годах происходила историческая битва между постоянным током (DC) Эдисона и переменным током (AC) Теслы. Это событие переменного и постоянного тока решило, какой тип тока будет использоваться для питания мира. В конечном итоге AC Теслы одержал победу, несмотря на жестокие уловки Эдисона, направленные на дискредитацию AC.

До того, как событие произошло, DC был единственным текущим человеком, который мог генерировать в то время. Он был простым, достаточно мощным и был отраслевым стандартом. Так зачем заменять его на AC? Зачем нужно развивать новое течение? И чем одно отличается от другого?

Давайте узнаем!

Что такое постоянный ток?

Постоянный или постоянный ток — это тип тока, при котором электрический заряд течет только в одном направлении.

Постоянный ток в основном поступает от генераторов постоянного тока, таких как солнечные батареи и двигатели с постоянными магнитами. Вы также можете хранить его в батареях, таких как популярные 18650, AA и AAA. А также быть преобразованным из переменного тока с помощью выпрямителей, таких как мостовой выпрямитель, установленный на зарядном устройстве телефона.

Аккумуляторы могут накапливать ток только в одном направлении. Это означает, что все обычные батареи могут хранить только постоянный ток, а не переменный.

Имея это в виду, вы можете легко определить, какие устройства используют DC, будь то телефон, ноутбук, беспроводные наушники или камера. Пока он использует батарею, он питается от постоянного тока.

Что такое переменный ток?

Переменный ток — это тип тока, при котором электрический заряд течет вперед и назад. Это означает, что в половине случаев ток положительный, а в половине случаев отрицательный, отсюда и название переменного тока.

Переменный ток вырабатывается механическими генераторами, такими как паровые турбины, ветряные мельницы и двигатели внутреннего сгорания. Вы также можете получать переменный ток от постоянного тока через выпрямительные компоненты, такие как инвертор на ваших портативных резервных батареях или аккумуляторные генераторы. Из-за постоянно меняющейся полярности переменного тока ни одна батарея еще не может успешно хранить переменный ток.

Переменный ток является предпочтительным для передачи электроэнергии от электростанций к вашему дому. Поскольку от распределительных линий до вашего дома не производится никакого выпрямления, все электрические розетки и розетки внутри вашего дома питаются от переменного тока. Это означает, что все приборы, подключенные к электрической розетке (стиральная машина, блендер, холодильник), используют переменный ток.

Теперь, когда вы можете отличить переменный ток от постоянного, давайте ответим на главный вопрос — почему они разные? Если постоянный ток был простым, достаточно мощным и был отраслевым стандартом до переменного тока, зачем нужен новый тип тока?

Почему переменный и постоянный ток отличаются?

AC и DC — это два разных типа тока. Постоянный ток течет в одном направлении, а переменный ток попеременно течет туда и обратно.

Постоянный однонаправленный поток постоянного тока обеспечивает стабильное электричество, подходящее для питания электроники и хранения энергии в батареях. Недостатком постоянного тока является его неэффективная передача энергии на большие расстояния.

DC генерировалось с большими токами (амперами) при низких напряжениях (вольты). Передача больших токов в медленном месте (из-за низкого давления или напряжения) приводит к накоплению тепла в проводах передачи, что приводит к потере большого количества энергии. Это также означало бы, что кабели передачи должны быть толще, чтобы рассеивать тепло. Из-за этого поставщикам электроэнергии требовался лучший способ передачи энергии.

Решение состояло в том, чтобы передавать меньшее количество тока при высоком напряжении, чтобы предотвратить накопление тепла, а также передавать больше энергии. Именно здесь AC становится необходимым. Переменный поток электронов взад и вперед в переменном токе позволяет магнитам создавать сильный электромагнетизм в генераторе переменного тока для работы. С помощью генератора переменного тока электростанции могли легко преобразовывать большие токи при низком напряжении в малые токи при высоких напряжениях.