Site Loader

Содержание

Понятие о переменном токе — Основы электроники

До сих пор мы рассматривали электрический ток, направ­ление и сила которого оставались постоянными, т. е. не изме­нялись с течением времени. Такой ток мы называли постоян­ным. При постоянном токе электроны движутся по проводнику все время в одном и том же направлении (если не считать хаотического теплового движения электронов), причем количе­ство движущихся электронов и скорость, их движения все время остаются постоянными.

Условное графическое изображение постоянного тока при­ведено на рисунке 1.

Рисунок 1. График переменного тока.

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он периодически изменяет свое направление, т. е. течет по про­воднику то в одну, то в другую сторону.

Переменный ток можно получить при помощи очень про­стой схемы, изображенной на рисунке 2а. При каждом передви­жении переключателя изменяется лишь направление тока в цепи, сила же тока при этом остается все время неизменной.

Рисунок 2. Простейший способ получения переменного тока а) и его график б).

Графическое изображение переменного тока, полученного таким способом, приведено на рисунке 2б, где ток, протекающий по проводнику в одном направлении, отложен над горизонтальной осью времени, а ток обратного направления — под осью времени.

Рассмотрим другой, белее распространенный случай пере­менного тока, когда изменяется не только направление тока, но и его сила.

Представим себе проводник, согнутый в виде рамки и вра­щающийся в равномерном магнитном поле (рисунок 3).

Рисунок 3. Рамка вращающаяся в равномерном магнитном поле.

При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индук­ции. В этом случае форма ЭДС индукции возникающей в рамке, а при подключению нагрузки к ней и форма переменного электрического тока текущего по цепи будет иметь вид показанный на рисунке 4, то есть изменение переменного тока будет осуществляться по закону синиуса.

Рисунок 4. График синусоидального переменного тока.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Понятие о переменном токе, получение переменного тока

Переменным называется ток, величина и направление которого изменяются периодически во времени. В технике применяется переменный ток, изменяющийся по синусоиде.

Получение переменного тока основано на явлении электромагнитной индукции. На рис. 164 схематично изображено получение синусоидального переменного тока. Слева на схеме а показаны: полюсы магнита северный N и южный S, кружочками различные положения проводника в магнитном поле; при этом знаком плюс обозначается, что в данном положении ток идет от нас за плоскость чертежа, а точкой — что ток идет от плоскости чертежа на нас.

На схеме б (рис. 164) представлено изменение величины и направления тока во внешней цепи замкнутого проводника за один его полный поворот между полюсами магнитов. По горизонтальной оси графика отложено время, а по вертикальной оси — значение тока. Как видно из кривой графика, представляющей собой синусоиду, за один полный поворот, в зависимости от угла, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии, значение тока изменяется по величине от нуля до максимального, а по знаку — от плюса до минуса.

Машина, служащая для получения переменного тока, называется генератором переменного тока, принцип действия которого можно уяснить из следующего.

Если выполнить проводник в виде витка, поместить его между полюсами (рис. 164,в) и вращать в направлении часовой стрелки, то в нем будет индуктироваться э.д.с., направленная при вращении его под северным полюсом — от нас и при вращении его под южным полюсом — на нас. Так как стороны витка попеременно перемещаются то под северным полюсом, то под южным и пересекают при этом магнитные силовые линии под различными углами, то э. д. с., индуктируемая в витке, будет изменяться по величине и направлению. Присоединив концы витка к двум контактным кольцам, изолированным между собой и от вала, и наложив на кольца неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью, будем получать переменную э.д.с., и во внешней цепи потечет переменный ток.

Переменный ток характеризуется следующими величинами: периодом, частотой, амплитудой. Периодом называется время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока по величине и направлению. Каждый последующий период тока является повторением предыдущего. Период обозначается буквой Т (рис. 164).

Частотой называется число периодов в 1 сек. Частота — величина, обратная периоду, обозначается буквой f, т. е.

В России принята частота переменного тока 50 периодов в секунду. Это значит, что ток меняет свою величину и направление 50 раз в секунду. За единицу измерения частоты принят герц (гц).

Амплитудой называется наибольшее значение тока, которого он достигает в течение периода. Как видно из рис. 164 за один период переменный ток достигает амплитудного значения дважды.

Законы постоянного тока полностью применимы к цепям переменного тока только в тех случаях, когда эти цепи состоят из активных сопротивлений (лампы накаливания, реостаты и т. п.).

Однако во многих случаях цепь переменного тока, кроме активного сопротивления, содержит катушки самоиндукции, обмотки электродвигателей, дроссели, конденсаторы и другие приборы. Наличие этих приборов вносит в цепь так называемое реактивное сопротивление, влияющее на ток в цепи переменного тока. Вследствие чего, закон Ома в таком виде, как он применяется для цепи постоянного тока, для цепи переменного тока недействителен.

Схема цепи переменного тока, состоящая из активного (R), индуктивного (катушка самоиндукции) и емкостного (конденсатор) сопротивлений, соединенных последовательно, приведена на рис. 165.

Для того чтобы найти силу переменного тока в цепи, нужно подсчитать полное сопротивление цепи с учетом всех входящих в нее сопротивлений. При этом необходимо знать, что различные виды сопротивлений нельзя между собой складывать арифметически. Если включить в цепь переменного тока амперметр, то он покажет величину тока, в 1,4 раза меньшую амплитудного тока.

Это значение тока, показываемое измерительным прибором, называют действующим, или эффективным, значением переменноготока.

Для синусоидального переменного тока действующее эффективное значение напряжения U и электродвижущей силы Е будет также меньше амплитудных их значений в 1,4 раза.

Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, всегда показывают действующие значения измеряемых величин.

В некоторых случаях требуется знать не действующее, а среднее значение переменного тока. Среднее значение переменного тока несколько меньше его действующего значения. Как показывают опыты и расчеты, оно равно его амплитудному значению, умноженному на 0,637.

Похожие статьи

Что такое переменный ток: основные понятия

Что такое переменный ток. Определение переменного тока

Переменный ток – это направленное движение заряженных частиц, направление движения которых меняется на противоположное через равные промежутки времени. Если постоянный ток течет в одном направлении и не меняется по величине, то переменный ток может быть в данный момент положительным, а через определенный промежуток времени отрицательным.

Получение переменного тока

Вырабатывают переменный ток генераторы переменного напряжения, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Форма переменного тока может быть различной и зависит от его назначения. Форма переменного тока промышленного назначения и для бытовых нужд населения носит синусоидальный характер.

Он имеет такие характеристики как амплитуда, частота и период. Периодом синусоидального тока является его полный цикл колебания и измеряется временем совершения одного цикла колебания. Такие циклы повторяются и поэтому переменный ток еще называют циклическим.

Период обозначается буквой Т и выражается в секундах. Другим параметром синусоидального тока является частота, которая обратно пропорциональна периоду т. е. F = 1/Т. Если период переменного тока равен 1 секунде, то частота его будет равна 1 Гц.

Период, частота и амплитуда переменного тока

Существует два стандарта переменного тока – это 50 Гц и 60 Гц. В России используется частота сети 50 Гц, а в Канаде и США 60 Гц. Такой параметр как амплитуда, определяется его наибольшей величиной в определенный промежуток времени, она может иметь отрицательное или положительное значение.

Что такое трехфазный переменный ток

Если два синусоидальных сигнала одновременно достигают наибольшей амплитуды и нуля, то можно говорить что эти сигналы имеют одинаковую фазу, т. е. совпадают по фазе. Если эти сигналы имеют разные значения максимума и нуля, то они сдвинуты по фазе.

Электрическая схема соединений треугольник

В трехфазном переменном токе имеется три сигнала однофазного синусоидального тока сдвинутых относительно друг друга на 120°. Из многофазных электрических сетей в основном выбрана трехфазная сеть, как наиболее оптимальная. Трехфазная сеть состоит из 3-х однофазных сетей.

Такую однофазную сеть в трехфазной сети называют фазой. Возможны два вида соединения фаз в трехфазной сети – это соединение «треугольником» и «звездой». При соединении «звездой» одни концы генератора соединяются вместе и образуют нулевую точку, а другие провода обмоток идущие к нагрузкам называются линейными.

Напряжение между линейными проводами и нулевыми проводами называются фазным напряжением. А напряжение между линейными проводами называют линейным напряжением. Нулевой провод используется в случаях неравномерной нагрузки, позволяя выравнивать напряжение фаз.

Нейтральный провод применяется в схеме освещения, где создать равномерную нагрузку нелегко, так как не все лампы включаются одновременно и равномерно по фазам. Между фазными и линейными напряжениями имеется зависимость: Uл = √3*Uф ≈ 1,73*Uф. В трехфазных сетях по схеме «звезда» Uл – 380 В, а Uф = 220 В.

Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях схемы звезда

Если нагрузка в электрической цепи по схеме «звезда» в трех фазах одинакова, т. е. симметрична, то в нейтральном проводе тока нет, или он минимальной величины. А если ток нейтрали незначителен, то и сечение нулевого провода значительно меньше, чем сечение линейного провода. Когда нагрузка одинакова, ток в нейтрали будет равен нулю.

Нейтраль в этом случае не нужна. Тогда используют схему соединения трехфазной сети «треугольник», где все концы соединяются с началами обмоток генератора и образуют схему «треугольник» без нейтрали. В схеме «треугольник» фазные и линейные напряжения равны Uл = Uф, а токи определяются по формуле – IЛ = √3*IФ, где линейный ток в 1,73 раза больше фазного.

Соединение по схеме «треугольник» иногда используется в освещении, но в основном такую схему применяют в трехфазных сетях с небольшим перекосом фаз. Также тяжёлый запуск асинхронных электродвигателей осуществляется по схеме «звезда», чтобы снизить большой пусковой ток электродвигателя, а достигнув рабочего режима, переходят на схему «треугольник».

Переменный ток: основные понятия

Господа, мы обсудили основные моменты, касающиеся постоянного тока. Теперь пришло время поговорить про

переменный ток. Эта тема немного сложнее постоянного тока и одновременно с этим гораздо интереснее. Сегодня мы коротенечко рассмотрим вопросы, касающиеся переменного тока: что он из себя представляет, как выглядит, чем характеризуется и все в таком духе.

Для начала, призвав на помощь нами всеми любимого капитана Очевидность, введем определение. Как он подсказывает нам, переменный ток – это такой ток, который изменяется во времени. Изменяться он может по величине, направлению или по тому и другому вместе. Когда мы рассматривали постоянный ток, мы полагали, что в течении всего времени его величина постоянна: если сейчас течет 10 Ампер, то и полчаса назад текло 10 Ампер и через час будет течь 10 Ампер. Если же величина тока меняется (сейчас 10 Ампер в одну сторону, а через некоторое время 5 Ампер в другую сторону), то мы уже имеем дело с током переменным.

То есть переменный ток можно рассматривать как некоторую зависимость (функцию) тока от времени: I(t). В каждые моменты времени tмгн имеет место быть конкретное значение Iмгн=I(tмгн).

Переменный ток неразрывно связан с переменным напряжением. И если при постоянном токе они были просто связаны между собой через закон Ома, то здесь в общем случае все чуточку сложнее. Как именно сложнее – будем выяснять по ходу новых статей. Нет-нет, не переживайте, если дело касается обычных резисторов, закон Ома все так же продолжает выполняться . Для определенности мы будем в данной статье использовать термин «переменный ток», но все, что здесь сказано, применимо так же и для переменного напряжения: просто меняем I(t) на U(t) и все останется верным.

Переменный ток может быть периодическим и непериодическим. Периодический – это такой, который через некоторое время, называемое периодом, полностью повторяет свою форму. Ниже на картинках это будет наглядно видно. Непериодический соответственно колбасится как ему вздумается и мы не можем в нем выделить какой бы то ни было период по крайней мере на протяжении времени наблюдения.

На рисунка 1-4 приведены различные виды переменных сигналов. С некоторыми из них позднее мы подробно познакомимся.

Рисунок 1 – Синусоидальный ток

Рисунок 2 – Прямоугольный ток

Рисунок 3 – Треугольный ток

Рисунок 4 – Шум

На всех этих картинках по оси Х у нас время, а по оси Y – величина тока в Амперах.

На рисунке 2 изображен ток, форма которого называется синусом. Такая форма тока является одной из самых важных и мы будем его подробно рассматривать в дальнейшем. А начнем его изучать прямо в этой статье.

На рисунке 3 изображен прямоугольный ток. Он тоже весьма важен и его тоже мы будем потом подробно рассматривать.

На рисунке 4 изображен треугольный ток. И такая форма тока встречается не редко.

На рисунке 5 я изобразил ток хаотичной формы (шумовой). С ним постоянно приходится иметь дело в радиотехнике. В ближайшее время его касаться не планирую, но со временем – вполне возможно.

Это лишь часть возможных форм токов, каждый из которых можно считать переменным. Безусловно, существуют и другие формы, главное, чтобы этот ток менялся во времени.

Знакомство с переменным током мы начнем с синусоидального тока. В общем виде закон изменения этого тока можно описать вот таким вот хитрым выражением

Давайте разберемся что здесь есть что. Для этого взглянем на рисунок 5. Там наглядно все прорисовано.

Рисунок 5 – Синусоидальный ток

Аm называется амплитудой тока. Она показывает, какую максимальную величину имеет синусоидальный ток, а именно величину того «пика», которого достигает синус. Это становится возможным благодаря тому, что чистый «математический» синус без какого бы то ни было множителя Аm достигает в пике единички. Ясно, что если мы на единичку умножим наше число Аm то получим в пике как раз это самое число Аm. Очевидно, что чем больше Аm, тем большего значения достигает ток.

Величины ω на рисунке 5 нет. Зато на рисунке 5 есть величина f и T. Что же это такое?

Т – это период тока. Это время в секундах, за которое сигнал совершает полный цикл своих изменений. Взглянете на рисунок 5. В точке А ток пересекает ось времени, начинает расти, идет вверх до точки B, где прекращает расти и начинает убывать, снова пересекает ось времени в точке С, идет в отрицательную полуплоскость до точки D, там перестает расти и начинает убывать и становится равным нулю в точке E. Видно, что начиная с точки Е характер изменения тока будет точно таким же, как если бы он начинался с точки А. Посему время, за которое ток изменяется от точки А до точки Е и есть период Т.

Частота f – величина, обратная периоду:

Она показывает сколько периодов (по рисунку 5 – изменений от точки А до точки Е) умещается в одной секунде времени. Соответсвенно чем больше частота, тем меньше пириод и наоборот.

Изменяется частота в герцах. Если частота 1 Гц – это значит, что время изменения тока от точки А до точки Е равно 1 секунда. Если частота, например, 50 Гц (как в наших с вами розетках), это значит, что за 1 секунду успевает произойти 50 полных циклов изменения тока от точки А до точки Е. Если частота 2,4 ГГц (как в некоторых процессорах, и, кроме того, на такой частоте работает всеми нами любимый Wi-Fi), это значит, что за 1 секунду сигнал претерпевает аж 2,4 миллиарда итераций от точки А до точки Е!

С периодом Т (и, соответственно, с частотой f) плотно связана другая величина – как раз та самая ω, которая стоит в нашей формуле под синусом. Называется она круговая частота и связана она следующим образом

 

Ох ты ж блин. Чем дальше – тем хуже. Какие-то π откуда-то повылазили. Откуда они тут вообще и что забыли?! Давайте разберемся.

Господа, надеюсь, вы помните из курса математики, что синус – сама по себе функция периодическая и период синуса как раз равен 2·π радиан. Ну или 360°, что тоже самое, однако я предпочитаю обычно вести расчет в радианах. То есть для простого классического математического синуса расстояние от точки А до точки Е равно 2·π=6,28 радиан. Как же теперь увязать эти радианы со временем и с нашим периодом? Ведь в нашем графике тока у нас по оси Х именно время, а не радианы. Очень просто. Полагаем, что 2·π радианам соответствует наш период Т. Для того же, чтобы посчитать скольки радианам соответствует произвольное время t1 надо выполнить следующее преобразование: . Знаю, звучит запутанно, поэтому давайте разберем на примере. Давайте запишем зависимость тока от времени для периода Т=4 секунды. Как будет выглядеть преобразованная формула синуса для этого случая? Как-то так

 

Изображаем это на рисунке 6.

Рисунок 6 – Синусоидальный ток с периодом 4 секунды

Видите, все честно, на графике наглядно видно, что период синуса равен, как мы и хотели, четырем секундам.

Итак, с амплитудой разобрались, с круговой частотой вроде тоже. Осталось последнее – φ0 – начальная фаза. Что же это такое? Все просто, господа. Фаза здесь – это просто сдвиг графика тока по временной оси. То есть график тока будет стартовать не с нуля, а с какого-то другого значения. Действительно, если мы в нашу формулу для зависимости тока от времени подставим время, равное нулю, то получим

Из этого выражения очевидно еще и то, что фаза измеряется в градусах или радианах: только градусы или радианы имеют право стоять под синусом.

Давайте возьмем наш график тока с периодом Т=4 секунды и положим, что начальная фаза равна 30° или, что тоже самое, 0,52 радина. Имеем

Построим график для данного случая на рисунке 7.


Рисунок 7 – Синусоидальный ток с периодом 4 секунды и начальной фазой 30°

Внимательный читатель, посмотрев попристальнее на график, изображенный на рисунке 7, скажет: так фаза вообще какая-то скользкая штука. Она ж зависит от того, где мы поставим нолик, то есть когда начнем наблюдать сигнал. И вообще может быть чуть ли не любой. Господа, замечание абсолютно верно! Сама по себе как таковая фаза достаточно редко когда интересна. Гораздо интереснее разность фаз между несколькими сигналами. Взгляните на рисунок 9. На нем изображены два графика: один зеленый имеет начальную фазу в φ0_зелен=90°, а второй синий – φ0_син=90°. Разность фаз между ними

 

Рисунок 8 – Два сигнала, сдвинутые по фазе

И заметьте, господа, эта разность фаз одна и таже всегда для любой точки этих графиков. Без привязки к нулю и к началу. Вот это уже гораздо интереснее и может много где пригодиться.

Вообще фаза такая штука, что как-то традиционно на нее обращается не очень много внимания, между тем, как на самом деле это очень важная величина. Фазовая модуляция, трехфазные цепи, фазированные антенные решетки, фазовые системы автоподстройки частоты, когерентная обработка сигналов – вот лишь малая область систем, где фаза сигнала является одним из главнейших факторов. Поэтому, господа, постарайтесь с ней подружиться .

На сегоня заканчиваем, господа. Сегодня была вводная статья в мир переменного тока. Дальше будем разбираться в нем более подробно. Всем вам большой удачи, и пока!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.


Переменные токи

Познакомимся с основными понятиями, относящимися к переменным токам.
Переменным током называют ток, изменяющийся во времени.
Значение тока в любой данный момент времени называют мгновенным и обозначают строчной (малой) буквой i. Для одного из двух возможных направлений тока через поперечное сечение проводника мгновенное значение тока i считают положительным, а для противоположного направления — отрицательным. Направление тока, для которого его мгновенные значения положительны, называют положительным направлением тока. Ток определен, если известна его зависимость от времени i=F(t) и указано положительное направление тока.
Токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени в той же самой последовательности, называют периодическими, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, — периодом Т. Для периодического тока

i = F(t) = F(t + Т).


На рис. 3.1 показан участок АВ электрической цепи и дан пример зависимости i=F(t) для периодического тока. Стрелка на схеме указывает положительное направление тока. Штриховыми стрелками показаны действительные направления тока в моменты времени, когда i > 0 и когда i < 0. Отрезки кривой между точками а и b или О и С охватывают один полный цикл изменения тока за один период.
Величина, обратная периоду, называется частотой f=1/Т. Частота измеряется в герцах. Частота равна 1 Гц, если период равен 1 с, т. е. .
Постоянный ток можно рассматривать как частный случай периодического тока, период изменения которого бесконечно велик, т. е. частота равна нулю.
Термин «переменный ток» обычно применяют в узком смысле, а именно для такого периодического тока, у которого постоянная составляющая равна нулю, т. е.

и особенно часто для гармонического или синусоидального тока.
Широкое применение переменного тока в электротехнике началось со времени решения задачи централизованного производства электрической энергии и ее передачи на значительные расстояния.
Передача и распределение энергии требуют по экономическим соображениям и по условиям безопасности применения различных напряжений: высокого — для передачи энергии и сравнительно низкого — для ее распределения потребителям.

Преобразование напряжения переменного тока возможно при помощи относительно простого аппарата — трансформатора, который в 1876 г. изобрел П. Н. Яблочков. В 1889 г. М. О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный асинхронный двигатель и разработал все звенья передачи и рас-пределения энергии трехфазным током (см. гл. 10). После этого переменный ток получил преимущественное распространение.

Диапазон частот переменных токов, применяемых в электротехнике, весьма широк — от десятков до миллиардов герц. В электроэнергетике в СССР и в Европе принята стандартная частота 50 Гц, в США 60 Гц. В различных областях промышленного применения переменных токов встречаются частоты от 10 до 2 500 000 000 Гц, в радиотехнике и электронике — до 30 000 000 000 Гц.
В электроэнергетике применяются токи, являющиеся синусоидальными функциями времени, так как при несинусоидальных токах могут возникнуть нежелательные явления, как-то: увеличение потерь энергии, появление на отдельных участках цепи значительных напряжений и возникновение помех, влияющих на работу устройств электросвязи.
Для передачи информации (связь, радиовещание, телемеханика) также широко применяются синусоидальные токи. Передаваемая информация (сигнал) изменяет амплитуду, частоту или фазу тока.
Периодические несинусоидальные токи могут рассматриваться как совокупность синусоидальных токов различных частот.
Все это обусловливает первоочередную необходимость основательного изучения цепей синусоидального тока.
Все определения, введенные выше для токов, и те новые определения, которые будут введены в дальнейшем, применимы и для напряжений u, ЭДС е, магнитных потоков, а также для любых других электрических и магнитных величин, изменяющихся во времени. Некоторые пояснения требуются лишь в отношении знака переменных напряжений и ЭДС.
У переменного напряжения и между двумя точками А и В, определяемого по заданному пути l, знак периодически изменяется. При этом, если в данный момент времени напряжение между А и В, определяемое в направлении от А к В, т. е. , положительно, то в тот же момент времени напряжение , определяемое в обратном направлении от В к A, отрицательно. Поэтому для однозначного суждения о напряжении необходимо указать направление пути, которое принято для его определения. Это направление назовем положительным направлением напряжения и будем отмечать либо стрелкой на схеме, либо порядком индексов у буквы u.
Аналогично вводится понятие о положительном направлении для ЭДС.

определение, чем он лучше постоянного, зачем его используют в электрических сетях

Большинство современных бытовых и промышленных устройств работают от сети переменного тока. К ним можно отнести также все приборы на основе постоянного тока или питающиеся от аккумуляторов, поскольку они используют ту или иную форму DC, полученную из AC как с помощью преобразования сетевого напряжения, так и путём зарядки батарей. Но так было не всегда. Потребовалось немало времени, чтобы подобная система энергоснабжения зарекомендовала себя с лучшей стороны.

Эдисон и Тесла

Ипполит Пикси сумел создать первый генератор переменного тока в 1835 году. Это было устройство на постоянных магнитах, работающее при вращении рукоятки. Предприниматели того времени были заинтересованы в генерации DC и не совсем понимали, где может применяться изобретение и зачем нужно получать AC.

Настоящая конкуренция за стандарты электричества в линиях передач развернулась к концу 1880-х. годов, когда началась борьба между основными энергетическими компаниями за доминирование на рынке собственных запатентованных энергетических систем. Это было соперничество концепций электрификации двух великих изобретателей: Николы Теслы и Томаса Эдисона.

Эдисон изобрёл и усовершенствовал немало устройств, необходимых для первых систем генерации и транспортировки постоянного тока. В течение короткого времени его компания смогла открыть более 200 станций в Северной Америке. Предприятие росло, и изобретатель для выполнения работ по усовершенствованию оборудования нанял Николу Теслу — молодого инженера из Европы. Новый сотрудник предложил вниманию Эдисона революционные для того времени работы, основанные на технологиях переменного значения. Идеи Тесла были отвергнуты и пути изобретателей разошлись.

Джордж Вестингауз, наоборот, отнёсся к открытиям сербского инженера с большим интересом и выкупил все патенты Тесла. После предприятия Вестингауза пережило немало потрясений, в том числе и связанных с мощными пропагандистскими компаниями Эдисона. Финалом борьбы стал момент, когда система Теслы была выбрана для освещения выставки в Чикаго. Это событие познакомило мир с преимуществами многофазной генерации AC и его транспортировки. С тех пор большинство электрических устройств и сетей заказывались уже под новый стандарт. Основными датами войны токов были:

  • 1870 г. — создание Эдисоном первого генератора DC;
  • 1878 г. — основание Edison Electric Light Co в Нью-Йорке;
  • 1882 г. — открытие Эдисоном генерирующей станции Pearl Street на 5 тыс. огней;
  • 1883 г. — изобретение Теслой трансформатора;
  • 1884 г. — изобретение Теслой генератора AC;
  • 1888 г. — демонстрация Теслой многофазной электрической системы, Вестингауз выкупает его патенты;
  • 1888 г. — казнь с помощью электрического стула, изобретённого Эдисоном как средство для пропагандистской компании, демонстрирующей опасность технологий Теслы.
  • 1893 г. — триумф Westinghouse Electric Company на Чикагской ярмарке.

Определение и свойства

Гальваническая батарея выдаёт стабильную разницу потенциалов на полюсах в течение длительного времени до момента завершения в ней химической реакции. Ток от подобного источника называют постоянным. Простое определение переменного тока, понятное для чайников и приемлемое для специалистов, можно построить от обратного: AC есть поток зарядов в проводнике, периодически меняющий свою величину и направление. В сетях энергоснабжения он регулярно изменяет амплитуду и полярность.

Эти изменения представляют собой бесконечные повторения последовательности идентичных циклов, формирующих на экране осциллографа синусоиду, в отличие от DC, который визуализируется как прямая.

Графическая иллюстрация важна для понимания того, какой ток называют переменным синусоидальным.

Поскольку из определения переменного тока следует, что изменения параметров являются регулярными, переменное электричество обладает рядом свойств, связанных с качеством и формой его отражения на графике. Эти основные свойства можно представить следующим списком:

  • Частота. Одно из наиболее важных свойств любого регулярного сигнала. Определяет количество полных циклов за конкретный период. Измеряется в герцах (циклах в секунду). В Европе для сетей электроснабжения составляет 50 Гц, в США и Канаде — 60 Гц.
  • Период. Иногда важно знать количество времени, необходимое для завершения одного цикла электрического сигнала, а не числа циклов в секунду времени. Период — понятие логически обратное частоте, означающее длительность одного цикла в секунду.
  • Длина волны. Характеристика, похожая на период, но может быть измерена из любой части одного цикла к эквивалентной точке в следующем.
  • Амплитуда. В контексте электрического тока — это наибольшее значения АС относительно нейтрального. Математически амплитуда синусоиды есть значение этой синусоиды на пике. Однако если речь идёт о системах питания, то лучше обращаться к понятию эффективного тока. В качестве эквивалента используется количество работы, которую способен сделать постоянный ток при напряжении, равном амплитуде исследуемого переменного тока. Для синусоидальной волны эффективное напряжение составляет 0,707 от амплитуды.

В случае с АС наиболее важные свойства — частота и амплитуда, так как все виды оборудования разрабатываются с учётом соответствия этим параметрам в линии электропередачи. Период требует внимания при проектировании электронных источников питания.

А длина волны, как параметр, становится важен, когда речь идёт о токах со значительно более высокой частотой, чем в сетях энергоснабжения.

Сравнение AC и DC

Направление потока электрической энергии определяет постоянный и переменный ток. Разница в том, что в первом случае заряды перемещаются в одном направлении и непрерывно, а во втором — направление потока меняется через равные интервалы. Последнее сопровождается чередованием уровня напряжения и сменой полюсов на источнике с положительного на отрицательный и наоборот, что делает процессы в нагрузках более сложными, чем в случае с постоянным напряжением.

Ключевым преимуществом DC состоят в том, что его можно легко аккумулировать или создавать в портативных химических источниках. Но использование AC позволяет осуществлять передачу электрической энергии на большие расстояния намного экономичнее. Дело в том, что мощность W=I*V, передаваемая от станции, не в полном объёме доставляется до точки назначения. Часть её расходуется на нагрев линий электропередачи в размере W= I2*R.

Очевидный способ сокращения потерь — уменьшение сопротивления за счёт наращивания толщины проводов. Но для его реализации существует экономический предел: толстые проводники стоят дороже. Кроме того, массивные провода требуют дорогих несущих конструкций.

Задача имеет блестящее решение, если изменить напряжение и силу тока при сохранении мощности. Например, при увеличении V в тысячу раз и соответствующем уменьшении I, значение мощности сохраняется прежним, но потери уменьшаются в миллионы раз, поскольку они находятся в квадратичной зависимости от силы тока. Остаётся проблема преобразования напряжения до безопасных значений при распределении его к потребителям.

Это невозможно в случае с DC, но переменный ток позволяет изменять значения I и V при сохранении мощности с помощью трансформаторов. Энергетические компании используют это свойство для транспортировки электричества. Способность к трансформации и определяет главное, практически применимое отличие переменного тока от постоянного.

Другим важным преимуществом является необычайная простота его производства и возможность реализации в несложных конструкциях электродвигателей. Электрические приводы — наиболее значимый способом применения AC.

Генерация и трансформация

Принцип генерации электричества прост. Если магнитное поле вращается вдоль стационарного набора катушек из витков проводника или, наоборот, катушка вращается вокруг стационарного магнитного поля, то благодаря явлению электромагнитной индукции на концах обмоток возникает разность потенциалов. С каждым изменением угла поворота в результате описанного кругового движения выходное напряжение также будет меняться как по величине, так и по направлению.

Описанный условный генератор при постоянной угловой скорости вращения вала производит синусоидальный AC с формой волны, ничем не отличающейся от поставляемого в бытовой сети. Реальные генераторы устроены значительно сложнее, но работают на том же принципах электромагнитной индукции.

Эти же законы помогают не только в производстве AC, но и в его передаче и распределении. Преобразования напряжения энергетическим компаниями невозможно осуществить без электрических машин, называемых трансформаторами. Вот почему это изобретение Теслы было так важно для революции в транспортировке электричества.

Любой трансформатор состоит из следующих элементов:

  • первичной и вторичных обмоток;
  • сердечника.

Слово «первичная» применяется для обмотки, на которую подаётся электрическое напряжение, нуждающееся в трансформации. Индуцированное напряжение на вторичной катушке всегда равно приложенному на первичной, умноженному на соотношение витков вторичной к первичной. Трансформатор позволяет пошагово изменять напряжение.

Разность потенциалов, которая получается на выходе, есть расчётная величина, зависящая от соотношения витков обмоток.

Используемые виды

В большинстве случаев под тем, какой ток называется переменным, подразумевают электричество из бытовой сети. Для многих далёких от электрики и электроники людей было бы неожиданностью узнать, что под АС подразумевается значительно более широкое понятие, чем электричество из розетки.

Краткий перечень переменных токов, используемых в сетях питания:

  • Однофазный. Простой вид, переменный по направлению. Коммерческий его тип имеет синусоидальный вид на графике и передаётся по двум проводникам.
  • Трёхфазный. Электричество для промышленных нужд обычно поставляется в виде трёх отдельных синусоид с пиками амплитуды в трети цикла друг от друга. Для передачи энергии таким способом требуется три (иногда четыре) проводника.
  • Двухполупериодный выпрямленный однофазный. Полученный из переменного с помощью выпрямителя таким образом, чтобы обратная половина цикла сменила полярность. Его можно рассматривать как пульсирующий постоянный ток без интервала между импульсами.
  • Полностью выпрямленное трёхфазное напряжение. Однополярный ток с небольшой пульсацией. Это свойство выгодно отличает его от DC.
  • Полуволновой выпрямленный. Получается после выпрямления AC простейшим образом с обрезанием части с обратной полярностью. В результате получается пульсирующее напряжение с интервалами без разности потенциалов на клеммах.
  • Импульсное напряжение. Широко применяется в современной цифровой технике и электронике. Во многих случаях волна не синусоидальной, а прямоугольной формы.

В современных приборах используются самые разнообразные формы тока и нередко одновременно. Даже освещение в XXI веке изменилось неузнаваемо со времён Эдисона. Традиционная лампа накаливания работала непосредственно от сети AC, а её светодиодный аналог предварительно выпрямляет синусоидальное напряжение, преобразуя затем его до нужных параметров без помощи дополнительных устройств.

Однако война токов может иметь своё продолжение в совсем недалёком будущем. Растущее количество источников DC, таких как солнечные батареи и ветряки, стало стимулом для разработки технологий транспортировки постоянного тока на большие расстояния при потерях, сопоставимыми с передачей AC. В мире уже построено несколько таких действующих объектов и, вполне возможно, через некоторое время они продемонстрируют на практике свои преимущества перед классическими энергосистемами.

интенсивность колебания зарядов в электрической сети, способы измерения

Направленное движение заряжённых частиц под действием электрической движущей силы (ЭДС) называют электротоком, он бывает переменным и постоянным. В последнем случае перемещение нуклонов происходит во времени стабильно, а в первом — периодически обращает направление и величину. Один из основных параметров переменного тока — частота. Зависит характеристика от периодичности колебаний электронов, может измеряться несколькими способами и приборами.

Переменный электрический ток

В английском языке этому термину соответствует выражение alternating current — аббревиатура AC, в энерготехнике как буквенное обозначение используют знак тильда (~). Переменный ток изменяется в периоде по синусоиде. Источниками служат генераторы, вырабатывающие ЭДС посредством электромагнитной индукции. Характеризуется АС следующими параметрами:

  • напряжение сети U в вольтах;
  • сила тока I=Q/Δt, [A] — количество зарядов, прошедших через поперечник проводника в единицу времени;
  • период Т — отрезок времени полного цикла изменений;
  • частота f — количество колебаний в течение секунды: f =1/Т, [Гц] в отечественных сетях стандарт 50 герц;
  • плотность тока j=I/S, [A/мм2] — векторная величина, где S площадь сечения проводника, направление j совпадает с курсом движения электронов;
  • фаза — состояние АС, может быть одно- и многофазным;
  • амплитуда I max — высота синусоиды, максимальная величина мгновенно достигаемого за период значения тока.

В энергетике преимущественно используются трёхфазные сети: 3 отдельных электроцепи с одинаковыми напряжением и частотой при сдвиге φ=120°. От стабильности колебательных движений нуклонов в системе зависит устойчивость и надёжность работы всей энергосети.

Период пульсаций и частота

Физическая сущность переменного тока заключается в перемещении электронов в проводнике сначала в одном направлении, затем в другую сторону. Полный цикл движений туда и обратно совершается за определённый период, определяемый по частоте колебаний: Т=1/ f.

Интенсивность циклов

Для условий электросетей России показатель f =50 Гц, а время одной пульсации составляет Т=1/50=0,02 секунды. Обратная связь двух параметров позволяет определить частоту ~ тока по длительности сигнала: f =1/0,02=50 Гц.

Один герц означает 1 колебание за секунду. Чем быстрее изменяется электродвижущая сила, тем скорее обращается радиус-вектор и сокращается период. Соответственно, при форсировании оборотов возрастает частота: величины Т и f обратно пропорциональны, чем больше одна, тем меньше вторая. Значения характеристики f изменяются в широких пределах, что предопределяет использование расширенной терминологии:

Количество нулей после единицы Приставка к размерности герц
3 (тысяча) Кило (кГц)
6 (миллион) Мега (мГц)
9 (миллиард) Гига (ГГц)

В зависимости от величины частота переменного тока подразделяется на следующие подгруппы:

  • промышленные: 16―25 Гц на железнодорожных сетях некоторых стран, 25 и 75 Гц в схемах блокировки рельсовых цепей, в автономных системах авиационной и военной энергетики — 400 Гц, на некоторых производственных и сельскохозяйственных установках 200―400 Гц;
  • звуковые находятся в интервале 20―20000 Гц (20 кГц), в передающих антеннах — до 1,5 ГГц;
  • технические: автоматика — используется диапазон от 1 кГц до 1 ГГц, металлургия и машиностроение: плавка, сварка и термообработка металлов;
  • радиолокационные станции спутниковой связи, спецсистемы ГЛОНАСС, GPS — до 40 ГГц и выше.

Токи высокой частоты (ТВЧ) начинаются с уровня десятков кГц, когда значимо проявляются излучения электромагнитных волн и скин-эффект: заряд, перемещающийся в проводнике, распределяется не по сечению, а в поверхностном слое.

Для выработки ТВЧ используют энергомашинные генераторы и колебательные контуры. В последнем случае устройство представляет собой цепь с включением в состав ёмкости и индуктивности.

Опасность разночастотных зарядов

Эквивалентные по воздействию на организм человека напряжения переменного и постоянного тока, равны соответственно 42 В и 120 В. Неравенство опасности исчезает при достижении ЭДС 500 В, а при больших значениях опаснее становится константный. Проявления неблагоприятного действия последнего — термическое и электролитическое, а переменного — преимущественно выражается в сокращении сосудов, мышц, голосовых связок. При этом определяющее значение на опасность оказывает частота тока:

  • 40―60 Гц — наибольшая угроза поражения, возможность фибрилляции сердца; дальнейшее повышение интенсивности колебаний зарядов приводит к снижению риска, но вероятность гибельности сохраняется в пределах всего диапазона промышленных частот — до 500 Гц;
  • свыше 10 кГц начинаются ТВЧ — они безопасны до уровня 1 мГц относительно внутренних поражений, что обусловлено скин-эффектом, но вызывают ожог и угроза от них не меньше, чем от постоянных или переменных предшествующей группы;
  • токи высокой частоты сопровождаются электромагнитными излучениями — с этой стороны существует возможность негативного воздействия на живые организмы.

На относительной безопасности ТВЧ основано их применение в медицине для физиотерапевтических процедур. Тяжесть поражения электротоком зависит не только от физических параметров заряда, но и от состояния организма человека.

Измерительные приборы

Для определения интенсивности колебаний используют осциллограф, на котором можно увидеть частоту и форму сигнала. Существуют также специальные приборы — частотомеры. В них применяют следующие способы определения параметра:

  • перезаряд конденсатора — среднее значение силы тока пропорционально соотносится с его интенсивностью и измеряется магнитоэлектрическим амперметром со шкалой в герцах;
  • дискретный счёт — фиксирование импульсов нужной частоты за определённый период, получают данные достаточной точности: погрешность в пределах 2%, этого хороший показатель для бытового применения прибора;
  • резонансный метод основан на одноимённом электрическом явлении, возникающем в цепи с настраиваемыми элементами; частота — больше 50 Гц, определяется по шкале регулировочного механизма.

Ещё один известный способ применяется в осциллографах, основан на смешивании и сравнении эталонного параметра с измеряемой частотой. Вследствие наложения возникают биения, а при выравнивании на экране устанавливается определённая фигура. Рассчитывают искомую характеристику по зафиксированному графику посредством математических формул.

КОНЦЕПЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

КОНЦЕПЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

По завершении этой главы вы сможете:

  • Укажите разницу между напряжением и током переменного и постоянного тока.
  • Укажите преимущества передачи энергии переменного тока по сравнению с передачей энергии постоянного тока.
  • Сформулируйте «правило левой руки» для дирижера.
  • Укажите взаимосвязь между током и магнетизмом.
  • Укажите методы генерации переменного тока.
  • Укажите взаимосвязь между частотой, периодом, временем и длиной волны.
  • Вычислить размах, мгновенные, эффективные и средние значения напряжения и Текущий.
  • Вычислите разность фаз между синусоидальными волнами.

ПОНЯТИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Все ваши исследования до сих пор были с постоянным током (dc), то есть током, который не меняет направления. Однако, как вы видели в модуле 1 и позже в этом модуль, катушка, вращающаяся в магнитном поле, фактически генерирует ток, который регулярно меняет направление. Этот ток называется ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК или переменный ток.

переменного и постоянного тока

Переменный ток — это ток, который постоянно изменяется по амплитуде и который меняет направление на регулярные интервалы. Ранее вы узнали, что течет постоянный ток только в одном направлении, и что амплитуда тока определяется количеством электроны, проходящие мимо точки в цепи за одну секунду. Если, например, кулон электроны проходят через точку в проводе за одну секунду, и все электроны движутся в том же направлении амплитуда постоянного тока в проводе составляет один ампер.Точно так же, если половина кулона электронов движется в одном направлении мимо точки в проводе через полсекунды, затем меняет направление и проходит ту же точку в противоположном направлении. направление в течение следующих полсекунды, всего один кулон электронов проходит через точка в одну секунду. Амплитуда переменного тока — один ампер. Предыдущие сравнение постоянного и переменного тока, как показано. Обратите внимание, что одна белая стрелка плюс одна полосатая стрелка составляют один кулон.

Q.1 Определите постоянный ток.
Q.2 Определите переменный ток.

НЕДОСТАТКИ постоянного тока по сравнению с переменным током

Когда коммерческое использование электроэнергии стало широко распространяться в Соединенных Штатах, некоторые Недостатки использования постоянного тока в быту стали очевидны. Если реклама используется система постоянного тока, напряжение должно генерироваться на уровне (амплитуде или значение), требуемое нагрузкой. Чтобы правильно зажечь 240-вольтовую лампу, например, постоянного тока генератор должен выдавать 240 вольт.Если на лампу на 120 В должно подаваться питание от Генератор на 240 В, резистор или другая лампа на 120 В должны быть включены последовательно с Лампа на 120 вольт для сброса лишних 120 вольт. Когда резистор используется для уменьшения напряжение, количество энергии, равное потребляемой лампой, тратится впустую.

Другой недостаток системы постоянного тока становится очевидным, когда ток (I) от генерирующей станции должен передаваться на большое расстояние по проводам к потребитель.Когда это происходит, большое количество энергии теряется из-за сопротивления (R) провода. Потери мощности равны I 2 R. Однако эти потери могут быть очень значительными. уменьшается, если мощность передается по линиям с очень высоким уровнем напряжения и низким текущий уровень. Это не практическое решение проблемы потери мощности в системе постоянного тока, поскольку тогда нагрузка должна работать при опасно высоком напряжении. Из-за Недостатки, связанные с передачей и использованием постоянного тока, практически все современные коммерческие электроэнергетические компании производят и распределяют переменный ток (переменного тока).

В отличие от постоянного напряжения, переменное напряжение можно повышать или понижать по амплитуде с помощью устройство под названием ТРАНСФОРМАТОР. (Трансформатор будет объяснен позже в этом модуле.) Использование трансформатора позволяет эффективно передавать электроэнергию через междугородние линии. На электростанции выходная мощность трансформатора составляет высокое напряжение и низкие уровни тока. На стороне потребителя линий передачи Напряжение понижается трансформатором до значения, требуемого нагрузкой.Из-за своего неотъемлемые преимущества и универсальность, переменный ток заменил постоянный ток в все, кроме нескольких коммерческих систем распределения электроэнергии.

Q.3 В чем заключается недостаток системы постоянного тока по отношению к напряжению питания?
Q.4 Какой недостаток постоянного тока связан с сопротивлением передачи? провода?
В.5 Какой вид электрического тока используется в большинстве современных систем распределения электроэнергии?

Основы электротехники — концепции переменного тока


Основы электротехники — концепции переменного тока

А.Бхатия, Б.


Краткое содержание курса

Электричество вы получаете от электрической розетки переменный ток (AC). Здесь очень много бытовые приборы, такие как компьютеры и телевизоры, которые фактически работают от постоянного тока, в то время как другие электрические бытовые приборы, такие как холодильники, кондиционеры, освещение и т. д. могут быть спроектированы как для переменного, так и для постоянного тока.

Поскольку некоторые виды Для питания нагрузок требуется только постоянный ток, а другие могут легко работать на любом Переменного или постоянного тока, естественно возникает вопрос: «Почему бы полностью не отказаться от AC и просто использовать DC для всего? »Этот вопрос дополняется тем фактом, что что в некотором смысле с AC труднее обращаться, а также использовать.Тем не менее, там является очень практической причиной, которая отменяет все другие соображения для широко распространенного распределенная электрическая сеть. Все сводится к вопросу о стоимости.

Этот 3-часовой курс материал дает представление об основных понятиях переменного тока и полностью основан на материалах для военно-морского образования и обучения (NAVEDTRA 14173), Электричество и электронные учебные серии; Модуль-2 «Понятия переменного тока». и охватывает главу 1.

Курс включает тест с несколькими вариантами ответов в конце, который предназначен для улучшения понимания конечно материалы.

Обучение Объектив

По завершении этого курса студент сможет:

  • Укажите разницу между переменным и постоянным напряжением и током;
  • Укажите преимущества передачи энергии переменного тока над передачей энергии постоянного тока;
  • Государство лево ручная линейка для дирижера;
  • Укажите отношения между током и магнетизмом;
  • Укажите методы с помощью которых может генерироваться мощность переменного тока;
  • Укажите отношения между частотой, периодом, временем и длиной волны;
  • Вычислить полный размах, мгновенные, действующие и средние значения напряжения и тока;
  • Вычислить разность фаз между синусоидальными волнами; и Объясните, как использовать закон Ома в переменном токе. схемы.


Целевая аудитория

Этот курс нацелен на студентов, профессиональных инженеров, техников по обслуживанию, энергоаудиторов, эксплуатационный и обслуживающий персонал, инженеры по эксплуатации и широкая публика.


Введение в курс

AC — это переменный Текущий. Ток течет в одном направлении в течение определенного периода времени, а затем переключается направление, идущее в обратном направлении. Он меняет направление снова и снова непрерывно.В Соединенных Штатах переменный ток в линиях электропередачи переключается. направление, вперед-назад, затем назад-вперед, 60 раз в секунду. Это частота 60 циклов и называется электричеством переменного тока 60 Гц.

Обычная форма сигнала в цепи питания переменного тока представляет собой синусоидальную волну, что приводит к наиболее эффективная передача энергии. Однако в некоторых приложениях разные используются формы волны, такие как треугольные или прямоугольные волны. Переменное напряжение и ток имеют ряд свойств, связанных с любой такой формой волны.В наиболее важными из этих свойств являются частота и амплитуда, так как некоторые типы оборудования с электрическим приводом должны быть спроектированы с учетом частоты и напряжение ЛЭП. В этом контексте длина волны обычно не важна, но становится гораздо более важным, когда мы начинаем работать с сигналами на значительном более высокие частоты.


Содержание курса

В этом курсе вы необходимы для изучения военно-морских учебных и учебных материалов (NAVEDTRA 14173), Учебные курсы по электричеству и электронике; Модуль-2 «Концепции чередования. Текущая «Глава 1:

Концепции переменного тока (Глава 1, NAVEDTRA 14173)

Пожалуйста нажмите на подчеркнутые выше гипертексты, чтобы просмотреть, загрузить или распечатать документы для вашего исследования.Из-за большого размера файла мы рекомендуем сначала сохраните файл на свой компьютер, щелкнув правой кнопкой мыши и выбрав «Сохранить» Target As … «, а затем откройте файл в Adobe Acrobat Reader.


Краткое содержание курса

Переменный ток, или синусоидальная волна, создается источником переменного напряжения, которое достигает максимума в одном направлении (+), уменьшается до нуля, разворачивается и продолжается в в противоположном направлении, пока не будет достигнут максимум.Цикл повторяется непрерывно. Синусоидальная волна является наиболее распространенным типом формы волны. Он назван так потому, что изменяется значение со скоростью нарастания, так как тригонометрическая функция, известная как синус.

коробка передач переменного тока использует напряжения от 200 до 600 тысяч вольт. Для удовлетворения требований клиентов энергетическая компания устанавливает трансформатор в разных точках сети переменного тока линия передачи для понижения выходного напряжения. Задействованы разные потенциалы. Для жилых домов и коммерческих построек его понижают до уровня 220/120 вольт. а для промышленного использования — 220 вольт и выше.Напряжение переменного тока обычно передается при более высоких напряжениях, что означает меньший ток при той же мощности, и менее резистивные потери. Это главное преимущество переменного тока перед постоянным током для больших дистанционные передачи.

Данный курс знакомит с вам с определениями следующих терминов.

  • Амплитуда = величина волны и представлена ​​векторной стрелкой, длина которой указывает величину и направление.
  • Пиковое значение = мгновенное максимальное значение как для положительного, так и для отрицательного чередования.Это значение можно рассматривать как максимальную амплитуду сигнала. Пиковое значение = один половинное значение размаха.
  • от пика до пика значение = значение между положительным и отрицательным максимумом любого напряжения или текущий. Это в два раза больше пикового значения того же сигнала. Vpp = пик x 2.
  • Среднеквадратичное значение (rms) = эффективное (DC) значение, эквивалентное переменному току. Rms = 0,707 × пик ценить. Вариации: пиковое значение = среднеквадратическое значение / 0,707 и максимальное значение = среднеквадратичное значение x 1,414. Напряжение переменного тока всегда даются в среднеквадратичных значениях, и исходя из этого значения пиковые и размагниченные значения может быть получено математически.Это значение говорит нам, насколько хорошо синусоида будет делают свою работу с точки зрения постоянного тока. Поскольку максимальные значения мгновенные, переменное напряжение или ток не могут обеспечивать такую ​​же мощность, как эти значения, если они были постоянным током. Однако для этого доступно 70,7% амплитуды переменного тока.
  • Среднее значение = длина вектора каждого интервала в 1 градус положительного или отрицательного чередование. Это составляет 0,637. Формула переменного или пульсирующего Пик постоянного тока: Vaverage = 0.637 х пик. Среднее значение полного цикла равно нулю, потому что положительные и отрицательные средние отменяются.
  • Частота = количество повторений периодической волны за одну секунду. Его символ — f, а единица измерения — герцы. Частота обратно пропорциональна времени, где f (герц) = 1 / т. Когда время известно, можно вычислить частоту.
  • Период = время, t (секунды) = 1 / f, необходимое для завершения одного полного цикла повторяющейся формы волны. Цикл — это переход от нуля к положительному пику, к нулю и к отрицательному. пик, а затем до нуля.
  • Длина волны = физическая длина одного полного цикла, измеряемая в метрах. Скорость / частота определяет длину (лямбда). Поскольку электромагнитные волны распространяются со скоростью света в воздухе, или на скорости 300000000 метров в секунду, высокая частота означает короткая длина волны. Лямбда = 3 x 108 / f (Гц). Для длины звуковой волны лямбда = 344,4 мс / f, поскольку звук намного медленнее электромагнитных волн.
  • Фазовое соотношение = угловое соотношение между двумя волнами.В цепи переменного тока обычно между напряжением и током. Фазовый сдвиг — это изменение фазового угла. это между двумя точками. Разность фаз сигналов выражается в градусах вести или отставать.


Тест

Один раз вы закончите изучать выше содержания курса, тебе следует пройти тест для получения кредитов PDH .


ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Материалы содержащиеся в онлайн-курсе не являются заявлением или гарантией со стороны Центра PDH или любого другого лица / организации, упомянутых здесь.Материалы предназначены только для общей информации. Они не заменяют грамотного профессионала. совет. Применение этой информации к конкретному проекту должно быть пересмотрено. зарегистрированным архитектором и / или профессиональным инженером / геодезистом. Кто-нибудь делает использование информации, изложенной в настоящем документе, делает это на свой страх и риск и предполагает любую вытекающую из этого ответственность.


Переменный ток: определение, преимущества и недостатки — стенограмма видео и урока

Определение переменного тока

Переменный ток — это просто движение электрического заряда через среду, которая периодически меняет направление.Это контрастирует с постоянного тока (DC) , где движение заряда происходит только в одном направлении и является постоянным. Ток (в амперах) — это измерение количества электрического заряда, который проходит через точку за определенный промежуток времени. Проталкивание тока представляет собой электродвижущую силу, называемую напряжением и (в вольтах). Если ток переменный, то напряжение также должно меняться, меняя полярность с регулярным циклом. Вот типичное синусоидальное переменное напряжение в U.С. домохозяйства, колеблющиеся с частотой 60 Гц.

Типичное бытовое напряжение переменного тока

Преимущества питания переменного тока над постоянным током

Первое преимущество переменного тока перед постоянным током заключается в передаче мощности .

Линии передачи высокого напряжения

Вначале Tesla и Westinghouse поняли, что для того, чтобы электроэнергия была практичной, ее необходимо эффективно передавать на большие расстояния.Гидроэнергетика была ранним фаворитом, и подходящие источники гидроэнергии иногда находились за сотни миль от места назначения. И переменный, и постоянный ток имеют потери мощности в длинных линиях из-за сопротивления проводов. Для фиксированной мощности более высокое напряжение приводит к меньшему току в линии электропередачи, а более низкий ток означает меньшие потери в линии электропередачи.

Первые инженеры понимали, что для эффективной передачи энергии необходимо очень высокое напряжение. Сегодня магистральные линии электропередачи работают при напряжении свыше 300 000 вольт, чтобы минимизировать потери мощности! Используя трансформаторы , легко повысить напряжение переменного тока до этих высоких уровней, а затем обратить процесс в обратном направлении на стороне потребителя.Напряжение постоянного тока не работает в трансформаторе. Из-за трансформаторов переменный ток стал фаворитом для передачи энергии.

Следующее преимущество

AC — это производство электроэнергии .

Гидроэлектрические генераторы переменного тока

Одним из самых важных изобретений конца 1800-х годов был генератор переменного тока, простая конструкция которого была реализована на практике Westinghouse. Механическое генерирование постоянного тока намного сложнее, и большая часть постоянного тока сегодня вырабатывается батареями, солнечными элементами, топливными элементами или преобразованием переменного тока в постоянный.

AC также имеет преимущество, когда речь идет о потребляемой мощности .

Асинхронный двигатель Тесла в разрезе

Для работы машин постоянного тока требуются щетки и коммутаторы, что увеличивает сложность и необходимость технического обслуживания. Tesla запатентовала первый практичный асинхронный двигатель переменного тока , а General Electric запустила в производство промышленную версию в 1890-х годах, идеального дополнения к уже генерируемой мощности переменного тока.Очень скоро эти двигатели были установлены по всей территории США на фабриках, шахтах и ​​в магазинах. Сегодня мы используем асинхронные двигатели переменного тока в наших домах для таких вещей, как электрические вентиляторы, компрессоры кондиционеров, мусороуборочные машины и т. Д. Простота двигателей переменного тока, наряду с возможностью легко использовать переменный ток, делает их лучшим выбором, чем постоянный ток.

Современное освещение также лучше работает от сети переменного тока.

Лампа накаливания и КЛЛ

Лампы накаливания (тип, который Эдисон сделал практичным) могут работать как от переменного, так и от постоянного тока, но флуоресцентное освещение — это совсем другая история. Флуоресцентные лампы используют газ, например аргон или пары ртути, которые возбуждаются наличием высокого напряжения. Это возбуждение газа создает свет в видимом или ультрафиолетовом спектре. По ряду практических причин переменный ток — лучший выбор для конструкции и работы люминесцентных ламп, чем постоянный ток. В связи с постоянно растущим переходом на компактные люминесцентные лампы потребность в переменном токе еще больше.

Излишне говорить, что беспроводные технологии были бы невозможны без переменного тока.

Вышка антенны сотового телефона

Вся беспроводная связь использует несущую , которая представляет собой электромагнитную волну, которая колеблется с очень высокой частотой и передается и принимается через антенну. Эта волна распространяется в космосе на короткие расстояния, такие как Wi-Fi, сотовая связь и т. Д., Или на расстояния, которые могут быть ошеломляющими. Например, зонд НАСА «Кассини» должен отправлять данные и изображения с Сатурна на Землю на расстояние почти в миллиард миль! DC, с другой стороны, не подходит для беспроводной связи.

Случаи, когда постоянный ток лучше переменного тока

Постоянный ток имеет преимущество в переносимости . Все, что требует питания от батареи, обычно работает от постоянного, а не переменного тока. Технология аккумуляторов значительно улучшилась: от кнопочных элементов, которые могут питать цифровые часы в течение многих лет, до высокоэнергетических перезаряжаемых автомобильных аккумуляторов, которыми питаются современные электромобили. Из-за этого переменный ток обычно уступает место постоянному току в портативных приложениях. Заметным исключением является автомобиль Tesla, который имеет аккумулятор постоянного тока, но использует асинхронный двигатель переменного тока.

DC также лучше для управления скоростью . Трехфазные и однофазные двигатели переменного тока не имеют практических средств управления скоростью. Вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение асинхронный двигатель, например, может быть рассчитано только на дискретные значения частоты вращения 3600, 1800, 900 и т. Д. В зависимости от конструкции двигателя. Двигатели постоянного тока, с другой стороны, можно регулировать по скорости, просто изменяя входное напряжение.

Большинство электронных устройств , таких как интегральные схемы, твердотельные усилители, компьютеры и т. Д., работайте от источника постоянного тока. Хотя подаваемое питание может начинаться с переменного тока (например, от бытового тока), оно должно быть преобразовано в постоянный ток через источник питания. Другой пример — светодиоды (LED). С технической точки зрения, светодиод излучает только тогда, когда ток течет в одном направлении, а именно в постоянном. Современные светодиоды предназначены для работы как с переменным, так и с постоянным током, но в основном они все еще являются технологией постоянного тока.

Наконец, DC лучше работает с некоторыми «зелеными» технологиями . Солнечные элементы и топливные элементы являются примерами экологически чистых генераторов энергии, которые преобразуют другие формы энергии в энергию постоянного тока.Ветроэнергетика — исключение; ветровые турбины приводят в действие генератор переменного тока так же, как вырабатывается гидроэлектроэнергия переменного тока.

Краткое содержание урока

Переменный ток (AC) — это движение электрического заряда, которое периодически меняет направление. Это контрастирует с постоянного тока (DC) , где ток течет в том же направлении и является постоянным. Как и постоянный ток, переменный ток имеет напряжение , (в вольтах), что является электродвижущей силой, толкающей заряд, и ток , (в амперах), который является мерой количества заряда, перемещаемого за время.Напряжение переменного тока меняет полярность с формой волны, которая обычно является синусоидой, а в США его частота составляет 60 Гц.

переменного тока имеет ряд преимуществ перед постоянным током, включая крупномасштабное производство и передачу электроэнергии, а также потребление энергии в промышленных и бытовых двигателях. Для ламп накаливания подойдет переменный или постоянный ток, но переменный ток более практичен для компактных люминесцентных ламп. Еще одно большое преимущество AC — это wireless , которое иначе было бы невозможно.

Постоянный ток имеет преимущества перед переменным током в приложениях, где присутствует питание от батарей, солнечных батарей или топливных элементов. Он также имеет преимущество лучшего управления скоростью двигателя , чем переменного тока. Наконец, DC — это то, как питаются большинство современных электронных устройств , включая светодиоды.

Результаты обучения

После этого видеоурока вы сможете:

  • Сопоставлять переменный и постоянный ток
  • Определить напряжение и ток
  • Определите частоту переменного тока
  • Объясните преимущества переменного тока над постоянным и наоборот

Переменный ток | Инжиниринг | Fandom

Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока, где направление тока остается постоянным.Обычная форма волны в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна, так как это обеспечивает наиболее эффективную передачу энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, такие как треугольные или прямоугольные волны.

В общем, AC относится к форме, в которой электричество доставляется на предприятия и в жилые дома. Однако аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

История []

Уильям Стэнли-младший разработал одну из первых практических катушек для выработки переменного тока. Его конструкция была ранним предшественником современного трансформатора, названного индукционной катушкой. С 1881 по 1889 год система, используемая сегодня, была разработана Николя Тесла, Джорджем Вестингаузом, Люсьеном Голларом, Джоном Гиббсом и Оливером Шалленджером. Эти системы преодолели ограничения, накладываемые использованием постоянного тока, как это было обнаружено в системе, которую Томас Эдисон впервые использовал для коммерческого распределения электроэнергии.

Первая передача переменного тока на большие расстояния произошла в 1891 году недалеко от Теллурида, штат Колорадо, а через несколько месяцев в Германии. Томас Эдисон решительно выступал за использование постоянного тока (DC), имея множество патентов на эту технологию, но в конечном итоге переменный ток стал широко использоваться (см. «Война токов»). Чарльз Протеус Стейнмец из General Electric решил многие проблемы, связанные с производством и передачей электроэнергии с использованием переменного тока.

Распределение и бытовое электроснабжение []

Основная статья: Распределение электроэнергии

Напряжение переменного тока может повышаться или понижаться трансформатором до другого напряжения. Высоковольтные системы передачи электроэнергии постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии. Однако они, как правило, более дорогие и менее эффективные, чем трансформаторы, или не существовали, когда Эдисон, Вестингауз и Тесла проектировали свои системы питания.

Использование более высокого напряжения приводит к более эффективной передаче энергии. Потери мощности в проводнике являются произведением квадрата силы тока и сопротивления проводника, описываемого формулой. Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток удвоится, потери мощности будут в четыре раза больше. Поскольку передаваемая мощность равна произведению тока, напряжения и косинуса разности фаз φ (), то же количество мощности может передаваться с меньшим током за счет увеличения напряжения.Поэтому при передаче больших объемов мощности выгодно распределять мощность с помощью чрезвычайно высоких напряжений (иногда до сотен киловольт). Однако высокое напряжение также имеет недостатки, главными из которых являются повышенная опасность для любого, кто соприкасается с ними, требуется дополнительная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними. На электростанции напряжение генерируется на трехфазном низком напряжении с частотой 50 или 60 Гц, повышается до высокого напряжения для распределения и понижается с нейтралью до относительно низкого уровня для потребителя. обычно от 200 до 500 В между фазами и от 100 до 250 В между каждой фазой и нейтралью.

Трехфазное производство электроэнергии очень распространено и является более эффективным использованием коммерческих генераторов. Электрическая энергия вырабатывается вращением катушки внутри магнитного поля в больших генераторах с высокими капитальными затратами. Однако относительно просто и экономично включить в статор генератора три отдельные катушки (вместо одной). Эти наборы катушек физически разделены и расположены под углом 120 ° друг к другу. Формируются три формы волны тока, которые не совпадают по фазе на 120 ° друг с другом, но имеют одинаковую величину.

Трехфазные системы спроектированы таким образом, что они сбалансированы по нагрузке; если нагрузка правильно сбалансирована, в нейтральной точке не будет протекать ток. Кроме того, даже в наихудшем случае несимметричной (линейной) нагрузки ток нейтрали не будет превышать наибольший из фазных токов. Для трехфазных при низких (нормальных сетевых) напряжениях обычно используется четырехпроводная система, подобная этой, что снижает требования к кабелям на одну треть по сравнению с использованием отдельной нейтрали для каждой фазы. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником первичной обмотки и вторичной звездой, поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания.

Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль переносятся в собственность. Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главную плату. От трехфазной основной платы могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи (а в некоторых случаях также могут выводиться цепи с двумя фазами (не путать с двухфазными) и нейтралью).

Трехпроводные однофазные системы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке.Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине. Электроинструменты и освещение малой мощности должны питаться от местного трансформатора с центральным отводом с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняя приемлемое напряжение для работы инструментов.

Третий провод обычно (должен быть всегда , но есть много старых, несовместимых или сторонних установок, где это не так) подключен между отдельными электрическими приборами в доме и основным потребительским блоком или распределительным щитом .Третий провод известен в Великобритании и большинстве других англоязычных стран как провод заземления , но в (англоговорящей) Северной Америке это провод заземления . То, что происходит с заземляющим проводом перед основной платой, меняется, но есть три основных возможности, которые перечислены здесь под их европейскими названиями:

  • TT (земля потребителя вообще не соединена с нейтралью)
  • TN-S (нейтраль и земля раздельно к нейтрали трансформатора)
  • TN-C-S (нейтраль и земля соединены на входе).

Существует также TN-C, где нейтраль и земля соединяются прямо во время установки, но это гораздо менее распространено, чем другие, и требует специальных процедур для обеспечения безопасности.

Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае замыкания на землю любой части системы предохранитель или прерыватель какой-либо формы сделали систему безопасной. В системе TT высокое сопротивление контура заземления означает, что необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО). В других системах заземления это может быть покрыто обычными устройствами защиты от перегрузки по току.УЗО все еще можно использовать в таких системах, поскольку они могут защитить от небольших замыканий на землю, например, через человека.

Частоты сети переменного тока по странам []

Электрооборудование изготавливается производителем для использования на определенной частоте, как правило, 50 или 60 Гц или для обеих частот. Если указано для одной частоты, это оборудование не может и не должно использоваться на другой частоте из-за возгорания и, следовательно, причин пожара.

Частота электросети зависит от страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60 Гц.Страны с частотой 60 герц: Американское Самоа, Антигуа и Барбуда, Аруба, Багамы, Белиз, Бермуды, Канада, Каймановы острова, Колумбия, Коста-Рика, Куба, Доминиканская Республика, Сальвадор, Французская Полинезия, Гуам, Гватемала, Гайана, Гаити, Гондурас, Южная Корея, Маршалловы острова, Мексика, Микронезия, Монтсеррат, Никарагуа, Северные Марианские острова, Палау, Панама, Перу, Филиппины, Пуэрто-Рико, Сент-Китс и Невис, Суринам, Тайвань, Тринидад и Тобаго, Острова Теркс и Кайкос, Соединенные Штаты. Штаты, Венесуэла, Виргинские острова (U.С.), Остров Уэйк. [1]

В следующих странах есть источники питания с частотой 50 и 60 Гц: Бахрейн, Бразилия (в основном 60 Гц), Япония (60 Гц используется в западных префектурах), Либерия (теперь официально 50 Гц, ранее 60 Гц). и многие независимые электростанции с частотой 60 Гц все еще существуют). [2]

См. Также Список стран, в которых есть вилки сетевого питания, напряжение и частота.

В очень ранних схемах генерации переменного тока использовались произвольные частоты, основанные на удобстве конструкции парового двигателя, водяной турбины и генератора, поскольку частота не была критичной для ламп накаливания.В различных системах использовались частоты от 16 2/3 Гц до 133 Гц, при этом более низкие частоты были предпочтительны там, где нагрузки в основном состоят из двигателей, а более высокие частоты предпочитались для уменьшения мерцания освещения. Например, в городе Ковентри, Англия, в 1895 году была уникальная однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая использовалась до 1906. Когда асинхронные двигатели стали обычным явлением, стало важно стандартизировать частоту для совместимости с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить генерирующие установки в сеть для экономии и безопасности работы.

Принято считать, что Никола Тесла выбрал 60 герц как самую низкую частоту, при которой уличное освещение не мерцает заметно. Происхождение частоты 50 Гц, используемой в других частях света, открыто для обсуждения, но, вероятно, это округление 60 Гц до структуры 1-2-5-10, называемой набором предпочтительных чисел, популярным в метрической системе. стандарты.

Другие частоты были довольно распространены в первой половине 20-го века и используются в отдельных случаях сегодня, часто привязанные к системе 60 Гц через вращающийся преобразователь или статический преобразователь частоты инвертора.Электроэнергия 25 Гц использовалась в Онтарио, Квебеке, на севере США, а также для электрификации железных дорог. В 1950-х годах большая часть этой электрической системы, от генераторов до бытовых приборов, была преобразована и стандартизирована на 60 Гц. Около 25 Гц генераторы все еще существуют на электростанциях Beck 1 и Rankine около Ниагарского водопада для обеспечения энергией крупных промышленных потребителей, которые не хотели заменять существующее оборудование; и около 25 Гц двигателей в насосах для паводковых вод Нового Орлеана [3]. Низкая частота упрощает конструкцию низкоскоростных электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких применений, как железные дороги, но также вызывает заметное мерцание ламп накаливания и нежелательное мерцание люминесцентных ламп.Мощность 16,67 Гц (1/3 частоты сети) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, например, в Швеции и Швейцарии.

В оффшорной, текстильной, морской, компьютерной, авиационной и космической отраслях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя.

Приборы с питанием от переменного тока могут издавать характерный гул, кратный частотам используемого переменного тока. Большинство стран выбрали свой телевизионный стандарт, соответствующий (или, по крайней мере, приблизительно) частоте их электросети.Это помогает предотвратить появление нефильтрованного гула линии электропередач и магнитных помех, вызывающих видимые частоты биений на отображаемом изображении.

Математика напряжений переменного тока []

Синусоидальная волна, 360 градусов за один цикл

Переменные токи обычно связаны с переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

где

A — это амплитуда в вольтах (также называемая пиковым напряжением ),
ω — угловая частота в радианах в секунду, а
t — время в секундах.

Поскольку угловая частота представляет больший интерес для математиков, чем для инженеров, ее обычно переписывают так:

где

f — частота в герцах.

Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение sin ( x ) равно +1, а минимальное значение — -1, напряжение переменного тока колеблется от + A до — A .Размах напряжения, записанный как В P-P , поэтому составляет (+ A ) — (- A ) = 2 × A .

В распределительной сети напряжение переменного тока почти всегда задается как среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), записанное в виде В среднеквадратичное значение .

Для информации в Великобритании используется источник питания 240 В переменного тока (следует отметить, что в настоящее время в Великобритании официально составляет 230 В + 10% –6%, но на самом деле в большинстве случаев напряжения все еще ближе к 240 В, чем 230 В).Он так называется, потому что его действующее значение составляет (по крайней мере номинально) 240 В. Это означает, что он имеет такой же эффект нагрева, что и 240 В постоянного тока.

Европейский Союз (включая Великобританию) официально согласовал поставку 230 В, 50 Гц. Однако они сделали диапазоны допусков очень широкими — ± 10%. Некоторые страны фактически устанавливают более строгие стандарты, чем этот, например, Великобритания устанавливает 230 В + 10% -6%. Таким образом, большинство расходных материалов по старым стандартам соответствуют новым и не нуждаются в замене.

Внешние ссылки []

  • « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
  • « AC-DC: внутри генератора переменного тока «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
  • Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим цепям: Том II — AC «. 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
  • Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
  • « Переменный ток (AC) «. Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
  • « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
  • Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
  • « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
  • « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ».Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
  • Чан. Килин, « Инструменты для переменного тока «. JC Physics, 2002.
  • .
  • «Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
  • Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
  • « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
  • Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
  • 50/60 Гц, информация
  • Цепи переменного тока Анимации и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC

Война токов: AC vs.DC Power

Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, например, в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление определенное количество раз в секунду — 60 в U.S. — и может быть сравнительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока. Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка — также известная как Всемирная колумбийская выставка — проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести не только в действие Буффало, но и на всю восточную часть Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 года Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно переменным током, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе.Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Получается, что Война течений еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать ожесточенную битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И ничего из этого было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание: этот пост был первоначально опубликован как часть нашей серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

Базовая электроника: переменный ток (AC) против постоянного тока (DC)

Ток, поток носителей электрического заряда, является одной из основных базовых концепций, лежащих в основе электроники. В повседневной жизни мы замечаем, что существует два способа протекания тока: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Вы когда-нибудь задумывались, в чем разница между переменным током (AC) и постоянным током (DC)? Вы думаете, что это очень просто, не так ли? DC — прямая линия, а AC — периодическая линия? Конечно нет! Посмотрим, что такое переменный и постоянный ток.

В этом блоге я рассмотрю следующие темы:

  • Основные концепции переменного и постоянного тока
  • Генерация переменного и постоянного тока
  • Инструменты для создания и анализа переменного и постоянного тока
  • Различия между переменным и постоянным током
  • Закон Ома для переменного и постоянного тока
  • Примеры применения переменного и постоянного тока

Что такое переменный ток (AC) против постоянного (DC)

Переменный ток (AC) :
Определение

Переменный ток означает, что поток электрического заряда периодически меняет направление.

Генерация переменного тока

переменного тока может генерироваться генератором, состоящим из магнитов и проволочной петли. Проволока вращается внутри магнитного поля и индуцирует ток вдоль провода. Затем, когда петля поворачивается на 180 градусов, сила меняется на противоположную, давая электрический ток в противоположном направлении вдоль провода.

Источники энергии: генераторы на электростанциях, ветряных турбинах и т. Д.

Формы сигналов переменного тока

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются.Существует три распространенных формы переменного тока, включая синусоидальную волну, прямоугольную волну и треугольную волну. Синусоидальный сигнал переменного тока является наиболее часто используемым.


Измерения сигнала переменного тока
  • Пиковое значение
  • Пиковое значение
  • Среднее значение
  • Среднеквадратичное значение (RMS)

В общем, мы говорим, что американские стандартные домашние цепи имеют эффективное напряжение около 120 В, однако пиковое значение к пиковому напряжению от -170В до +170В.Как это произошло? Поскольку напряжение переменного тока постоянно меняется, мы используем более простой метод, называемый среднеквадратичным (RMS), для его подсчета. Среднеквадратичное значение может значительно упростить расчет электрической мощности для сигнала переменного тока. Это квадратный корень из среднего по времени квадрата напряжения. Значение Vrms синусоидального сигнала равно V0 / √2, что эквивалентно 0,707 * V0. В этом примере V0 составляет 170 В, поэтому среднеквадратичное значение составляет 120 В.

Примеры применения AC
    Сигналы переменного тока
  • обычно используются для передачи на большие расстояния для подачи питания в дома и офисы.
  • Меньше потерь энергии при передаче электроэнергии для высоких напряжений (> 110 кВ).
  • Также используются силовые электродвигатели и генераторы.
  • Он обеспечивает источник питания для крупных бытовых приборов, таких как холодильник, посудомоечная машина и т. Д.
  • Переменный ток можно легко преобразовать с высокого напряжения в низкое и наоборот с помощью трансформаторов.

Постоянный ток (DC):
Определение

В отличие от течения в реке, течение может течь непрерывно без каких-либо изменений, это называется постоянным или постоянным током.Постоянный ток — это однонаправленный поток электрического заряда.

Генерация постоянного тока

постоянного тока можно получить разными способами:

  • Использование коммутатора с электрическим генератором может производить сигнал постоянного тока.
  • Выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный, в котором он преобразует входной переменный ток в выходной постоянный ток путем изменения направленного потока тока.
  • Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи.
Форма сигнала постоянного тока

В отличие от сигнала переменного тока, постоянный ток представляет собой однонаправленный поток электрического заряда, что означает, что ток течет только в одном направлении. Для сигнала постоянного тока, пока направление потока остается неизменным, значения напряжения и тока могут изменяться. Чтобы упростить задачу, мы предполагаем, что уровень напряжения фиксированный. Следовательно, напряжение постоянного тока может быть указано как:

В (t) = x Вольт

где,

х — амплитуда напряжения, эл.грамм. 9


Примечание , на самом деле, если мы используем батареи в качестве источника постоянного тока, уровень напряжения будет уменьшаться по мере использования.

Примеры применения DC

Большинство электронных датчиков, исполнительных механизмов и вычислительных устройств, которые мы находим на веб-сайте Seeed, используют постоянный ток в качестве источника питания. Например, Seeeduino Xiao и его аксессуары. Чтобы было понятнее, все устройства, работающие от батарей или USB-кабелей, полагаются на питание постоянного тока, в том числе:

Сравнение переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

Переменный ток (AC) Постоянный ток (DC)
Направление Двунаправленное Однонаправленное
Вращение магнита по направлению потоков электронов провод устойчивый магнетизм вдоль провода
Ток Зависит от времени постоянный
Передача энергии на большие расстояния Да, потери при передаче небольшие & Нет, потери при передаче велики трудно создать сигнал высокого напряжения
Пассивные параметры Импеданс Только сопротивление
Частота варьируется 0
Элемент или батарея, переменный ток -Преобразователь постоянного тока
Типы Варьируется
e.грамм. Синусоидальная, прямоугольная и треугольная волна
Чистая и пульсирующая
Простота Легче усилить Легче измерить

Закон Ома

Закон Ома — важнейший закон электричества. Он устанавливает взаимосвязь между тремя фундаментальными электронными величинами: током, напряжением и сопротивлением.

Закон Ома определяется как:

I = V / R

где:
I = электрический ток (амперы, A)
V = напряжение (вольт, В)
R = сопротивление (ом)

Как определено в Законе Ома, электрический ток (I) пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционально сопротивлению (R) .Следовательно, если напряжение увеличивается, ток будет увеличиваться при неизменном сопротивлении цепи.

Закон Ома действителен как для цепей постоянного, так и для переменного тока, но обычно применяется в цепях постоянного тока. Обратите внимание, что в цепи переменного тока, состоящей исключительно из резистивных элементов, ток и напряжение всегда совпадают по фазе друг с другом.

Инструменты для генерации и анализа переменного и постоянного тока

Осциллограф

Осциллограф — один из самых важных инструментов, которые вы будете использовать в электронных лабораториях.Осциллографы позволяют вам проверять напряжения в цепях по мере их изменения во времени и измерять все, что вы хотите знать о них, включая частоту, пиковое напряжение, среднее напряжение, форму сигнала и т. Д. DSO Nano v3 — это карманный совместимый 32-битный цифровой запоминающий осциллограф. со встроенным генератором сигналов. Другой вариант — MiniDSO DS213 Nano 4 Channel 100MSa / s, 5-канальный 4-проводной универсальный цифровой запоминающий осциллограф для электронных инженерных задач, основанный на ядре ARM Cortex M3.

Блок питания

Источник питания предназначен для подачи электроэнергии на нагрузку.Otii Standard Power Supply and Measure — это небольшой портативный блок питания, блок измерения тока и напряжения и модуль сбора данных. Созданный специально для разработчиков, Otii решает основную проблему оптимизации для низкого энергопотребления в дизайне устройств и приложений.

Сводка

Это руководство знакомит с одной из основных концепций электроники — переменным и постоянным током. У каждого из этих двух токов есть свои преимущества. Чтобы добиться лучших результатов, вы должны учитывать цель и требования вашего проекта при выборе между использованием постоянного или переменного тока.

У вас есть какие-либо другие базовые знания в области электроники, которые вас интересуют, пожалуйста, дайте нам знать в разделе комментариев ниже!

Рекомендуемая литература

Следите за нами и ставьте лайки:

Продолжить чтение

20,5 Зависимость переменного тока от постоянного — College Physics

Переменный ток

Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей.На рисунке 20.16 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 20.16 (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Рисунок 20.17 Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для VV задается следующим образом: V = V0sin 2 πftV = V0sin 2 πft размер 12 {V = V rSub {размер 8 {0}} «sin» «2» π ital «ft»} {}.

На рисунке 20.17 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным параметром

. V = V0sin 2πft, V = V0sin 2πft, размер 12 {V = V rSub {size 8 {0}} «sin» «2» π ital «ft»} {}

20.38

, где VV размером 12 {V} {} — это напряжение в момент времени tt, размер 12 {t} {} , V0V0, размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} — пиковое напряжение, и Размер ff 12 {f} {} — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I = V / RI = V / R размер 12 {I = курсив «V / R»} {}, и поэтому переменный ток равен

. I = I0 sin 2πft, I = I0 sin 2πft, размер 12 {I = I rSub {size 8 {0}} «sin 2» π ital «ft»} {}

20,39

, где размер II 12 {I} { } — это текущий в момент времени tt размер 12 {t} {}, а I0 = V0 / RI0 = V0 / R размер 12 {I rSub {size 8 {0}} = V rSub {size 8 {0}} ital «/ R «} {} — пиковый ток.В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на рисунке 20.16 (b).

Ток в резисторе меняется взад и вперед, как управляющее напряжение, так как I = V / RI = V / R размер 12 {I = курсив «V / R»} {}. Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между вашим лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе.Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется. Поставляемая мощность P = IVP = IV размер 12 {P = курс «IV»} {}. Используя приведенные выше выражения для II размера 12 {I} {} и размера VV 12 {V} {}, мы видим, что зависимость мощности от времени составляет P = I0V0sin2 2πftP = I0V0sin2 2πft размер 12 {P = I rSub {size 8 { 0}} V rSub {size 8 {0}} «sin» rSup {size 8 {2}} «2» π ital «ft»} {}, как показано на рисунке 20.18.

Установление соединений: домашний эксперимент — лампы переменного / постоянного тока

Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой.Вы наблюдаете то же самое с фарами на своей машине? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 20.18 Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0 размером 12 {I rSub {размер 8 {0}} В rSub {размер 8 {0}}} {}. Средняя мощность (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}}} {} .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на Рис. 20.18, средняя мощность PavePave размером 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {} составляет

Паве = 12I0V0. Паве = 12I0V0. размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}}} {}

20,40

Это видно из графика, поскольку области выше и ниже (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 { 0}}} {} равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Аналогичным образом мы определяем средний или среднеквадратичный ток IrmsIrms размером 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} быть, соответственно,

Irms = I02Irms = I02 размер 12 {I rSub {размер 8 {«rms»}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}}} {}

20,41

и

Vrms = V02.Vrms = V02. размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {}

20,42

, где rms означает среднеквадратичное значение, особый вид среднего.Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее значение (или среднее значение) и извлекается квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь

Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} V rSub {size 8 {«rms»}}} { }

20,43

, что дает

Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}) } cdot {{V rSub {размер 8 {0}}} больше {sqrt {2}}} = {{1} больше {2}} I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} } {}

20.44

, как указано выше. Стандартной практикой является указание IrmsIrms размера 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {}, VrmsVrms размера 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} и размера PavePave 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {}, а не пиковые значения. Например, большая часть бытовой электроэнергии составляет 120 В переменного тока, что означает, что VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} составляет 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет устойчивое IrmsIrms. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} больше 10 А.Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave = 1,0 кВт, Pave = 1,0 кВт, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = 1 «.» 0` «кВт»} {} и так далее. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи.

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

Irms = VrmsR.Irms = VrmsR. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {«rms»}}} больше {R}}} {}

20.45

Различные выражения для мощности переменного тока PavePave размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {}:

Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»} } = I rSub {размер 8 {«rms»}} V rSub {размер 8 {«rms»}}} {}

20,46

Pave = Vrms2R, Pave = Vrms2R, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave» }} = {{V rSub {размер 8 {«rms»}} rSup {размер 8 {2}}} больше {R}}} {}

20,47

и

Проложить = Irms2R. Проложить = Irms2R. size 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} rSup {size 8 {2}} R} {}

20.48

Пример 20.9

Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

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

Стратегия

Нам сообщили, что размер 12 VrmsVrms {V rSub {размер 8 {«rms»}}} {} составляет 120 В, а размер PavePave 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {} — 60,0 Вт. можно использовать Vrms = V02Vrms = V02, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} над {sqrt {2}}}} {}, чтобы найти пиковое напряжение , и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (а)

Решение уравнения Vrms = V02Vrms = V02 size 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {} для пика напряжение V0V0 размер 12 {V rSub {размер 8 {0}}} {} и замена известного значения на VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} дает

V0 = 2Vrms = 1,414 (120 В) = 170 В. V0 = 2Vrms = 1,414 (120 В) = 170 В. Размер 12 {V rSub {размер 8 {0}} = sqrt {2} V rSub {размер 8 {» rms «}} =» 1 «». » «414» \ («120» «V» \) = «170 В»} {}

20.49

Обсуждение для (а)

Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –170 В – 170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

Решение для (b)

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

P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave.P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave. размер 12 {P rSub {размер 8 {0}} = I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} = «2» осталось ({{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}} right) = «2» P rSub {size 8 {«ave»}}} {}

20.50

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

P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. Размер 12 {P rSub {size 8 {0}} = «2» \ («60» «.» «0 Вт» \) = «120 Вт»} {}

20,51

Обсуждение

Таким образом, мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Большинство крупных систем распределения электроэнергии — это переменный ток. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоком напряжении, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве частей мира), которые мы используем дома и на работе.Благодаря эффекту масштаба строительство нескольких очень крупных электростанций обходится дешевле, чем строительство множества небольших. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно минимизировать потери энергии в пути. Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. Рис. 20.19.) В целях безопасности напряжение у пользователя снижено до знакомых значений. Решающим фактором является то, что намного легче увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 20.19 Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении, чтобы уменьшить потери мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое на электростанции, повышается 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 использования в жилых и коммерческих помещениях. (Предоставлено: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 20.10

При передаче высокого напряжения потери мощности меньше

(a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при 200 кВ? (b) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если их сопротивление равно 1.00Ω1.00Ω размер 12 {1 «.» «00»% OMEGA} {}? (c) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Нам дано Pave = 100 MWPave = 100 MW, мощность 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = «100» `» MW «} {}, Vrms = 200 kVVrms = 200 kV, мощность 12 {V rSub { размер 8 {«rms»}} = «200» `» kV «} {}, а сопротивление линий R = 1,00ΩR = 1,00Ω размер 12 {R = 1″. » «00» `% OMEGA} {}. Используя эти данные, мы можем найти текущий ток (из P = IVP = IV размер 12 {P = ital «IV»} {}), а затем мощность, рассеиваемую в линиях (P = I2RP = I2R размер 12 {P = I rSup {size 8 {2}} R} {}), и мы берем отношение к общей передаваемой мощности.

Решение

Чтобы найти ток, мы изменим соотношение Pave = IrmsVrmsPave = IrmsVrms размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} V rSub {size 8 {«rms» }}} {} и подставьте известные значения. Это дает

Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 V = 500 A. Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 V = 500 A. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{P rSub { размер 8 {«ave»}}} больше {V rSub {size 8 {«rms»}}}} = {{«100» умножить на «10» rSup {размер 8 {6}} «W»} больше {«200 «times» 10 «rSup {size 8 {3}}» V «}} =» 500 A «} {}

20.52

Решение

Зная ток и учитывая сопротивление линий, мощность, рассеиваемая в них, определяется по формуле Pave = Irms2RPave = Irms2R размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}} = I rSub {размер 8 {«rms»} } rSup {размер 8 {2}} R} {}. Подстановка известных значений дает

Pave = Irms2R = (500 A) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт. Pave = Irms2R = (500 A) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт. размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}} = I rSub {размер 8 {«среднеквадратичное значение»}} rSup {размер 8 {2}} R = \ («500 A» \) rSup {размер 8 {2 }} \ (1 «.»» 00 «% OMEGA \) =» 250 кВт «} {}

20,53

Решение

Процент потерь — это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

. % потерь = 250 кВт 100 МВт × 100 = 0,250%.% потерь = 250 кВт 100 МВт × 100 = 0,250%. размер 12 {% «loss =» {{«250» «кВт»} больше {«100» «МВт»}} ´ «100» = 0 «.» «250%»} {}

20,54

Обсуждение

Четверть процента — приемлемая потеря. Обратите внимание, что если бы мощность 100 МВт была передана при 25 кВ, то потребовался бы ток 4000 А.Это приведет к потере мощности в линиях на 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 потребуются более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было бы экономично производить, в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в следующей главе, в сверхпроводниках тоже есть предел.Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи энергии, а напряжение переменного тока намного легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Таким образом, опасность определяется не только напряжением. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока.Томас Эдисон считал, что электрические разряды более опасны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные бои, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Тесла, которые выступали за использование переменного тока в ранних системах распределения энергии.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *