что это и как получить
Постоянный электрический ток можно получить от батарейки или другого источника тока. В таком случае мы будем иметь ток, текущий все время в одном направлении от положительного полюса источника к отрицательному. Некоторые электроприборы питаются постоянным током, однако большинство потребляет переменный ток.
Что такое переменный ток
В электрических розетках у нас в квартирах тоже течет переменный ток. Мы знаем, что переменный ток это ток, который регулярно меняет свое направление. То есть в случае переменного тока у нас не будет положительного полюса источника и отрицательного. Как же получают переменный ток?
В самом деле, в нашей стране используют ток частотой 50 Гц, то есть, направление такого тока меняется 50 раз в секунду. Не крутят же на электростанциях с такой скоростью батарейки или иные источники постоянного тока. Очевидно, что ток получают каким-то другим способом. Интересно, каким? Тогда разберемся.
Получение переменного электрического тока возможно благодаря использованию явления электромагнитной индукции. Это явление заключается в том, что при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в контуре возникает электрический ток.
Как получить переменный ток
Помните опыты с вдвиганием и выдвиганием магнита внутрь катушки, подключенной к гальванометру? Гальванометр показывал противоположное значение тока в зависимости от того, куда двигался магнит внутрь или наружу катушки. Вот на этом и основано получение переменного тока в электромеханических индукционных генераторах. Генератор состоит из двух основных частей подвижной и неподвижной.
Неподвижная часть называется статором, а подвижная ротором. Статор представляет собой большой цилиндр, в котором проложены толстые медные провода. Внутри статора вращается ротор, который представляет собой большой магнит, чаще всего это электромагнит. При вращении ротора меняется создаваемое им магнитное поле, и магнитный поток, пронизывающий провода, изменяется. При этом магнит оказывается попеременно повернутым к контуру то одним, то другим полюсом, вследствие чего создаваемый ток периодически меняет свое направление.
Для вращения ротора используют механическую энергию. Это может быть или тепловая энергия, как например, на дизельных и угольных электростанциях, либо же энергия воды и ветра, как например, на гидроэлектростанциях и ветряках. Так механическая энергия преобразуется в электрическую и подается потребителю.
Нетрудно догадаться, что получение электричества с помощью воды и ветра является намного более выгодным делом, чем, если на это приходится тратить топливо. К тому же такой процесс экологически намного чище. Поэтому задачей человека в наше время является максимальный переход на получение электроэнергии от возобновляемых источников.
Это поможет как снизить стоимость электричества для конкретного потребителя, то есть для нас с вами, так и сохранить природную чистоту. Такая потребность становится все более очевидной в последнее время.
Нужна помощь в учебе?
Предыдущая тема: Явление электромагнитной индукции: опыт Фарадея, выводы
Следующая тема:   Электромагнитное поле: меняющиеся магнитные и электрические поля
Все неприличные комментарии будут удаляться.
1. Что такое переменный ток? | 1. Основы теории переменного тока | Часть2
1. Что такое переменный ток?
Что такое переменный ток?
Основная масса начинающих радиолюбителей начинает изучение электроники с основ постоянного тока (DC), который течет в одном направлении и/или обладает напряжением постоянной полярности. Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареями (имеющими положительные и отрицательные клеммы), или вид заряда, производимого трением определенных типов материалов друг о друга.
Однако, постоянный ток не является единственным видом электричества. Некоторые источники электропитания (в первую очередь роторные электромеханические генераторы) производят такое напряжение, полярность которого меняется с течением времени. Такой вид электричества известен как переменный ток (АС):
Так же как знакомое нам условное обозначение батареи используется для обозначения любого источника постоянного напряжения, кружок с волнистой линией внутри используется для обозначения любого источника переменного напряжения.
Можно было бы подумать, что практическое применение переменного тока ограничено. И действительно, в некоторых случаях переменный ток уступает постоянному по части практического применения. В тех системах, где электричество используется для рассеивания энергии в форме тепла, полярность или направление тока не имеет значения, — вполне достаточно, чтобы напряжения и тока хватало нагрузке для производства необходимого тепла (рассеивания энергии). Однако, используя переменный ток, можно создавать гораздо более эффективные электрогенераторы, электродвигатели и системы распределения энергии. Благодаря этому, в высокомощных системах преобладает использование именно переменного тока. Чтобы понять, почему это так, нам нужно узнать немного больше о переменном токе как таковом.
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Это основополагающий принцип работы генератора переменного тока, или
Принцип работы альтернатора
Заметьте, как меняется полярность напряжения на катушках, когда при вращении возле них оказываются разные полюсы магнита. При соединении с нагрузкой такое напряжение будет создавать ток, периодически меняющий направление своего движения. Чем быстрее вращается вал альтернатора, тем быстрее будет вращаться магнит, и тем чаще напряжение будет менять полярность, а ток – направление за определённый промежуток времени.
Несмотря на то, что генераторы постоянного тока работают так же по принципу электромагнитной индукции, их устройство гораздо сложнее, чем у их соперников, генераторов переменного тока. У генераторов постоянного тока обмотка находится на валу (у альтернаторах на валу находится магнит), и эта вращающаяся обмотка соприкасается с неподвижными угольными «щётками». Такая конструкция необходима для переключения изменяющейся полярности на выходе катушки во внешнюю схему, чтобы на последней создавалась постоянная полярность:
Принцип работы генератора постоянного тока
Генератор, показанный на данном рисунке, производит два импульса напряжения за одно вращение вала. Оба импульса имеют одинаковую полярность. Чтобы генератор постоянного тока производил
Проблемы, связанные с возникновением и прерыванием электрического контакта при движении обмотки очевидны (искрение и перегрев), особенно если вал генератора вращается с большой скоростью. Если в среде вокруг генератора содержатся легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, проблемы, связанные с искрообразованием, усугубляются. Для работы генератора переменного тока (альтернатора) никаких щёток и коммутаторов не требуется, поэтому он застрахован от проблем, присущих генераторам постоянного тока.
Генераторы переменного тока имеют очевидные преимущества перед генераторами постоянного тока и при использовании их в качестве электродвигателей. В отличие от электродвигателей постоянного тока, двигатели переменного тока не страдают проблемой соприкосновения щёток с подвижной обмоткой. Электродвигатели постоянного и переменного тока по своему устройству очень похожи на соответствующие электрогенераторы.
Таким образом, становится понятно, что конструкция генераторов и электродвигателей переменного тока гораздо проще конструкции генераторов и электродвигателей постоянного тока. Относительная простота этих устройств на практике выливается в гораздо большую надежность и рентабельность. Для чего же еще используют переменный ток? Наверняка должно быть что-то еще кроме применения его в генераторах и электродвигателях! И действительно, спектр применения переменного тока очень широк. Наверняка вы слышали о таком явлении, как
Главное предназначение трансформатора состоит в его способности повышать и понижать напряжение на вторичной обмотке. Напряжение переменного тока, возникающее во вторичной обмотке равно напряжению переменного тока на первичной обмотке, умноженному на коэффициент отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Если же со вторичной обмотки ток подаётся в нагрузку, то изменение тока на вторичной обмотке будет прямо противоположным: ток первичной обмотки умножается на коэффициент отношения числа витков первичной к числу витков вторичной обмотки. Механическим аналогом подобных отношений может служить пример с крутящим моментом и скоростью (вместо напряжения и тока, соответственно):
Если соотношение витков обмоток обратное, т.е. первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, то трансформатор увеличивает напряжение источника до более высокого уровня:
Способность трансформатора повышать и понижать переменное напряжение дает переменному току неоспоримое преимущество над постоянным в области распределения энергии (см. рисунок ниже). Гораздо эффективнее передавать электроэнергию на большие расстояния при высоком напряжении и низком токе (провода меньшего диаметра с меньшими потерями на сопротивление), а затем понижать напряжение и усиливать ток при подаче энергии конечным потребителям.
Благодаря трансформаторам передача электрической энергии на большие расстояния стала гораздо более практичной. Не имея возможности эффективного увеличения и понижения напряжения было бы непомерно дорого создавать системы энергообеспечения для больших расстояний (более нескольких десятков километров).
Для работы трансформаторов необходим только переменный ток. Поскольку явление взаимоиндукции основано на переменных магнитных полях, трансформаторы просто не будут работать на постоянном токе (постоянный ток способен создавать только постоянные магнитные поля). Конечно, на первичную обмотку трансформатора можно подать постоянный прерывистый (импульсный) ток, чтобы создать переменное магнитное поле (как это делается в автомобильной системе зажигания, для создания искры в свече от низковольтной батареи постоянного тока), но в таком варианте импульсный постоянный ток ничем не отличается от переменного. Возможно, именно по этой причине переменный ток находит более широкое применение в энергосистемах.
Процесс получения электрического тока
Переменный и постоянный ток. Общие понятия
Электрический ток — движение заряженных частиц по проводнику в определенном направлении. Точнее это величина, которая показывает, сколько заряженных частиц прошло через проводник за единицу времени. Если за одну секунду через поперечное сечение проводника прошло количество заряженных частиц величиной в один кулон, то по данному проводнику течет ток величиной в один ампер (обозначение силы тока в соответствии с международной системой СИ). Величину электрического тока (количество ампер) называют силой тока. В зависимости от изменения величины во времени ток бывает постоянным и переменным.
Постоянный ток — это электрический ток, который не изменяет своего направления с течением времени. Переменный ток — с течением времени в определенной закономерности изменяет как свою величину, так и направление. Причем данные изменения повторяются через определенные промежутки времени — то есть они периодичны.
Переменный и постоянный ток в электроустановках
Для трехфазной электрической сети характерен переменный ток. Протекание переменного тока по проводникам обуславливается наличием источника переменной электродвижущей силы (ЭДС), изменяющей свою величину, как по величине, так и по направлению. В данном случае изменение величины и направления ЭДС осуществляется по закону синуса, то есть график изменения переменного тока во времени — это синусоида. Источником синусоидальной ЭДС является генератор переменного тока.
Практически все электрооборудование электроустановок и промышленных предприятий питается от сети переменного тока, так как это наиболее целесообразно и имеет множество плюсов. Но есть и некоторое оборудование, которое работает от сети постоянного тока (или некоторые его части): синхронный двигатель, электромагнитный привод элегазового выключателя, двигатель постоянного тока и другие. Для того чтобы преобразовать переменный ток в постоянный ток (необходимый для питания вышеуказанного электрооборудования) используют выпрямители.
Процесс получения электрического тока
Выработка трехфазного тока начинается на электростанции, где генератор превращает какой-либо вид энергии в переменный ток. После многочисленных преобразований в распределительной и передающей сети, получаемая мощность преобразуется в стандартное напряжение, подаваемое в дома и офисы. В Европе стандартом такого напряжения является 230 вольт, а в Северной Америке – 120 вольт.
Для подачи электричества потребителю используют понижающие трансформаторы. Выходной контакт трансформатора, как правило, подключается к энергосистеме с помощью трех проводов под напряжением. Они присоединены к одному возвратному заземлению. Такой тип соединения называется звездообразным.
Применение
Трехфазный ток обычно не подается в жилые дома. Однако когда это происходит, главный распределительный щит понижает напряжение до нормального уровня. Большинство домашних приборов используют однофазное напряжение ввиду меньшей опасности для человека.
Трехфазное питание является наиболее распространенным в промышленных установках или там, где необходима большая мощность для работы тяжелой техники, хотя есть и исключения.
Вращающиеся электродвигатели являются наиболее частыми потребителями трехфазного тока. Трехфазный асинхронный двигатель сочетает в себе высокую эффективность, простой дизайн и большой пусковой момент. Промышленные вентиляторы, воздуходувки, насосы, компрессоры и многие другие виды оборудования обычно используют этот тип электродвигателя. Другие системы, которые могут использовать трехфазное питание, включают в себя оборудование для кондиционирования воздуха, электрические котлы и выпрямительные системы, используемые для преобразования переменного тока в постоянный.
В то время как большинство устройств, работающих на трехфазном токе, довольно громоздкие, есть примеры очень маленьких двигателей. К их числу относятся компьютерные кулеры, которые питаются от такого типа напряжения. Встроенный инвертор внутри вентилятора преобразует постоянный ток в трехфазный переменный. Это сделано для уменьшения шума, так как крутящий момент в трехфазном двигателе очень небольшой.
Кроме того, постоянный ток используется для передачи по высоковольтным линиям больших мощностей электрической энергии. В этом случае при передаче электрической энергии на большие расстояния электрические потери значительно меньше, чем при той же передаче на переменном токе.
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
Поиск по сайту
История переменного тока — Циклопедия
→ Переменный ток
История переменного тока — совокупность исторических сведений о переменном токе, от его появления и конкурирования на рынке электроэнергии, до полной монополизации переменного тока во всем мире. Рассматриваются преимущества и недостатки переменного тока во всех областях его эксплуатации. Переменный ток — род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Переменный ток, в отличие от постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. Эти изменения называются частотой. Но самое важное в том, что электростанции постоянного тока, используя обычное напряжение, могут передавать электроэнергию в радиусе не больше мили. Это означает, что для того, чтоб осветить город, нужно было бы построить целую сеть местных электростанций. С переменным током все иначе: для того, чтоб осветить город, нужна одна большая электростанция.
[править] Преимущества переменного тока
- 1) значительно более дешевое производство генераторов; 2) также и электродвигатели в изготовлении дешевле и проще; 3) более удобная передача на большие расстояния; 4) возможность легко менять напряжение; 5) возможность преобразовывать его в постоянный.
[править] Тесла и переменный ток
- В 1889 году Никола Тесла начал исследования токов высокой частоты и напряжения. Тесла начал разрабатывать новый тип генератора и двигателя с другим видом тока. Кстати, он же придумал использовать землю как проводник. Этими его открытиями мы пользуемся до сих пор. Известный промышленник, Джорж Вестингауз, хорошенько изучив патент Эдисона, пришел к выводу, что разработанные Теслой, который был менее известным, генераторы переменного тока более рентабельны. Поэтому, он предложил Тесле 1 млн долларов за все полученные им патенты, а также обещал платить по 1 доллару за каждую одну лошадиную силу сделанных на основе патентов генераторов. В те времена единица измерения мощности. С тех времен переменный ток и начал внедряться человечеством.
[править] Появление электричества в России
- Первый трамвай в Москве В начале XX века на территории России крестьяне переезжают в город для получения работы на заводах и фабриках. Вследствие этого на территории крупных городов строятся микрорайоны для обеспечения рабочих жильем. Эти микрорайоны находились на большом расстоянии и для того чтобы добраться до работы нужен был транспорт. Это способствовало появления трамваев и проводкой электричества в дома.
[править] Война переменного и постоянного тока
Противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы (а также Джорджа Вестингауза) в борьбе за использование постоянного и переменного тока соответственно. «Война» продолжалась свыше ста лет и закончилась в конце ноября 2007 года с окончательным переходом Нью-Йорка с постоянного тока на переменный. Война токов берет своё начало с 80-х годов XIX века, когда электричество начинает активно применяться при котором возникает проблема распределения и подачи электроэнергии на дальние расстояния. Постоянны ток не мог похвастаться передачей электроэнергии на дальние, а если и эта электроэнергия могла быть передана, то электрическое напряжение было очень маленьким следовательно не выгодным для использования. Переменный ток может менять своё напряжение с помощью трансформаторов — это способствует передавать электроэнергию на большие расстояния по магистральным линиям. При кратковременном воздействии постоянного тока на человека вызывает сбой в работе сердечной мышцы, а действие переменного тока на человека даже используется в медицине, действие переменного тока способствует очищения кожи человека от сыпи и бактерий. Переменный ток имел проблемы в распространении для больших масс в том, что не было соответствующих моторов и счетчиков. Вскоре к 1882 году Тесла справился с этой проблемой и изобрел многофазный электромотор, который получил патент в 1888 году и в этом же году появляется первый счётчик переменного тока. Противостояние Когда Томас Эдисон начинает понимать, что общество постепенно переходит на переменный ток и, следовательно, отказывается от постоянного, он начинает проводить политику черного пиара против переменного тока. Это выражалось в том, что Эдисон публично убивал животных действием на ни переменным током. Он открыто высказывался, то переменный ток является более опасным чем постоянный. Черный пиар Эддисона ни к чему не приводил. Люди, работавшие с переменным током, получали огромные заказы на освещение разных объектов(одним из таких объектов стала Чикагская ярмарка в 1893 году). Война завершается победой переменной тока в середине 90-х годов XX столетия. Эта победа обуславливается сворачивание сетей постоянного тока. Хотя и по сей день в разных районах Америки до сих пор используется постоянный ток для поддержания работы устройств работающих изначально на постоянном токе, например, раритетные лифты.
