Переменный электрический ток понятие: Переменный электрический ток

Содержание

Переменный электрический ток

Переменный ток – или AC (Alternating Current). Обозначение ( ~ ).

Электрический ток называется переменным, если он в течение времени меняет свое направление и непрерывно изменяется по величине.

Переменный ток, который используется для подключения бытовых или производственных электрических приборов, изменяется по синусоидальному закону:

 

 

График переменного тока

 

 

 

 

  • i – мгновенное значение тока
  • Im – амплитудное или наибольшее значение тока
  • f – значение частоты переменного тока
  • t – время

Широко используется переменный ток благодаря тому, что электроэнергия переменного тока технически просто и экономно может быть преобразована из энергии более низкого напряжения в энергию более высокого напряжения и наоборот.

Это свойство переменного тока позволяет передавать электроэнергию по проводам на большие расстояния.

Период переменного тока

 

 

 

Промышленный переменный электрический ток получают при помощи электрических генераторов, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Переменный однофазный электрический ток

имеет следующие основные характеристики:

f – частота переменного тока определяет количество циклов или периодов в единицу времени. За единицу измерения частоты переменного тока принят Герц ( Гц ):

1гц = 103кгц = 106мгц

Τ – период – время одного полного изменения переменной величины.

Если в 1 секунду происходит 1 период Τ, то частота f = 1 Гц ( Герц ).

1c = 103мс = 106мкс = 1012нс

В Российской Федерации период Τ переменного тока принят равным 0,02 секунды,следовательно по формуле f = 1/Τ можно определить частоту переменного тока:

f = 1/0,02 = 50 Гц

ω – угловая скорость

Помимо частоты f при изучении цепей переменного тока вводится понятие угловой скорости ω. Угловая скорость ω связана с частотой f следующим соотношением:

ω=2πf

При частоте 50 Гц угловая скорость равна 314 рад/с (2 × 3,14 × 50 = 314).

Мгновенное значение (

i,u,e,p) – значение величины в данный момент, мгновенное.

Максимальное или амплитудное значение (Im,Um,Em,Pm).

Эффективное значение тока – это величина переменного тока, равная такому току, который на сопротивлении R, создаёт тепловыделение равное данному переменному току, за тоже время t (I,U,E,P).

Получение синусоидальной кривой

В системе декартовых прямоугольных координат совмещены тригонометрический круг и кривая, отражающая изменение величины тригонометрической функции sinβ от величины угла β между осью

и радиусом-вектором r. Радиус-вектор r вращается против часовой стрелки. Повернем радиус-вектор на угол β и от конца вектора r проведем пунктиром прямую, параллельную оси . От окружности (точка а) по оси отложим в масштабе отрезок. Из конца отрезка построим перпендикуляр до пересечения с пунктирной прямой. Получим точку с в пересечении перпендикуляра и пунктирной прямой.

Синусоида переменного тока

Аналогичное построение проведем, увеличивая угол β, пока радиус-вектор повернется на угол β = 360°, и получим точки аналогично точке с. Соединим точки плавной кривой, которая и будет отражать синусоидальный закон изменения величины переменного тока.

Понятие о фазе

Если две переменные величины одновременно проходят свои нулевые и максимальные значения, то они совпадают по фазе.

Если две переменные величины не одновременно проходят свои нулевые и максимальные значения, то они не совпадают по фазе.

В радиотехнике используются понятия:

 

1. Активное сопротивление ( Ra )

2. Индуктивное сопротивление ( XL – реактивное сопротивление )

3. Ёмкостное сопротивление ( XC – реактивное сопротивление )

Понятие об активном сопротивлении

Если по проводнику протекает ток, то вследствие явления самоиндукции, электроны распространяются не равномерно по сечению проводника, вследствие чего растёт сопротивление проводника.

Явление неравномерного распространения зарядов по сечению проводника называется – поверхностный эффект. Чем больше частота, тем больше сопротивление.

Переменный электрический ток

Электрический ток, меняющий свою величину и направление с течением времени, называется переменным током.

Переменный ток, как и постоянный, также является упорядоченным движением заряженных частиц. Но постоянный ток всегда имеет одно направление, от «+» к «-». А переменный ток своё направление постоянно меняет, то есть течёт то в одну, то в другую сторону. Поэтому одно из его направлений условно принимают за положительное, а направление, противоположное ему, считают отрицательным. В зависимости от этого в конкретный момент времени алгебраическая величина тока будет иметь знак «плюс» или знак «минус».

Чтобы ток был переменным, он должен быть подключен к источнику переменной ЭДС. Такими источниками являются генераторы переменного тока – электрические машины, которые преобразуют механическую энергию в электрическую энергию тока.

Периодический переменный ток

Основные параметры переменного тока – период, частота и амплитуда.

Представим, что за какое-то время Т переменный ток пройдёт цикл изменений и вернётся к своему первоначальному значению. Следующий такой же цикл он также пройдёт за такое же время Т. Такой ток называется периодическим переменным током, а величина Тпериодом тока. Это наименьший промежуток времени, через который изменения силы тока и напряжения повторяются. Измеряется период в секундах.

Величина, обратная периоду, называется

частотой тока (f). Она отображает количество периодов (полных колебаний), которые ток проходит в единицу времени. Измеряется в герцах (Гц).

f = 1/T

Переменный ток изменяется с частотой в 1 Гц, если его период равен 1 с.

В России, как и в большинстве стран мира, стандартная частота переменного тока в электротехнике 50 Гц. В США и Канаде – 60 Гц. В Японии же используются оба варианта. В западной части применяется частота 60 Гц, а в восточной – 50 Гц. Так случилось, потому что в 1895 г. для Токио были закуплены генераторы немецкой компании AEG, а немного позже для Осаки — американские генераторы General Electric.

Так как приведение этих сетей к единому стандарту оказалось весьма дорогостоящим делом, то всё было оставлено как есть, а между сетями установили четыре преобразователя частоты.

Величину тока в данный момент времени называют мгновенным значением переменного тока. Его максимальное значение называется амплитудой и обозначается Im.

Синусоидальный ток

Наиболее распространён в электротехнике синусоидальный ток. Это периодический переменный ток, изменяющий по закону синуса:

i = Im

· sin (ωt + ψ),

где i – значение тока в любой момент времени t;

Im – мгновенное значение синусоидального тока;

ω = 2πf = 2πf/T, где ω – угловая частота; ψ – начальная фаза переменного синусоидального тока (фаза в момент времени t = 0).

Наибольшее положительное или отрицательное значение переменного тока называют амплитудой.

График переменного синусоидального тока представляет собой синусоиду.

Два синусоидальный тока совпадают по фазе, если они одновременно достигают максимальных и нулевых значений. Если же их фазы различны, то говорят, что токи сдвинуты по фазе.

Наиболее широко в электротехнике применяется трёхфазный ток. Трёхфазная система состоит из трёх однофазных электрических цепей. Электродвижущие силы, действующие в каждой из них, имеют одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе относительно друг друга на 1200.

В электротехнике однофазную электрическую цепь, входящую в состав многофазовой цепи называют фазой. Если все фазы электрически соединены между собой, то такую систему называют электрически связанной. Фазы в трёхфазной системе могут соединяться «треугольником», «звездой с нейтральным проводом» и «звездой без нейтрального провода».

Если мы сложим все мгновенные значения (положительные и отрицательные) переменного синусоидального тока за период, то получим алгебраическую сумму, равную нулю. Но в таком случае и среднее значение тока также равно нулю. Следовательно, это значение нельзя использовать для измерения синусоидального тока.

Как же определить величину переменного синусоидального тока?

Переменный синусоидальный ток, как и постоянный, обладает тепловым действием. Сравнив его тепловое действие с тепловым действием постоянного тока, можно судить о его величине.

Согласно закону Джоуля-Ленца количество теплоты Q, выделяемое на участке электрической цепи за время t при прохождении тока, определяется следующей формулой:

Q = I2Rt,

где I – величина тока; R – электрическое сопротивление.

Если два тока, постоянный и переменный, протекая через одинаковые по величине сопротивления, за одинаковое время выделяют одинаковое количество тепла, то они считаются эквивалентными по тепловому действию.

Величина постоянного тока, который произвёл такое же количество теплоты, что и переменный ток за такое же время, называется действующим значением переменного синусоидального тока.

Величина действующего значения синусоидального тока связана с его амплитудой соотношением:

 

Передача переменного тока

 

Промышленный переменный ток вырабатывается электростанциями. К потребителям он поступает по линиям электропередач (ЛЭП). Поскольку ЛЭП имеют большую протяжённость, то потери энергии при нагревании проводов довольно велики. Чтобы уменьшить тепловые потери, уменьшают силу тока. Для этого с помощью трансформатора повышают электрическое напряжение в сети до нескольких сот тысяч вольт. К примеру, самая высоковольтная в мире ЛЭП Экибастуз-Кокшетау рассчитана на напряжение 1150 кВ (1 миллион 450 тысяч вольт). Работает под напряжением 500 кВ. В конечной точке ЛЭП напряжение понижается до нужного потребителю значения.

«Война токов»

Томас Алва Эдисон

Никола Тесла

Какой ток лучше, постоянный или переменный? Споры на эту тему начались в 80-х годах XIX века и превратились в «войну токов», начало которой было положено двумя великими людьми – американским изобретателем Томасом Эдисоном и сербом по происхождению, инженером и физиком Никола Тесла.

Основанная Эдисоном в 1878 г. компания «Edison Electric Light» занималась строительством электростанций постоянного тока. На постоянном токе в то время работали лампочки накаливания, электродвигатели и счётчики электроэнергии. Других приборов, нуждавшихся в токе, на тот момент не существовало. Для передачи электроэнергии использовалась разработанная Эдисоном «технология трёх проводов». В 1887 г. в США по системе Эдисона работало более 100 электростанций постоянного тока. Но расстояние, на которое удавалось передавать электричество, не превышало 1,5 км.

Основным противником Эдисона в «войне токов» в то время был Джордж Вестингауз, изобретатель и промышленник, хорошо разбиравшийся в физике и считающий переменный ток более перспективным. В 1885 г. он приобрёл несколько трансформаторов, созданных в 1881 г. французом Люсьеном Голаром и англичанином Джоном Гиббсом, и генератор переменного тока фирмы «Siemens & Halske». И в 1886 г. в штате Массачусетс начала работу первая гидроэлектростанция переменного тока.

В 1882 г. Тесла изобрёл многофазный электродвигатель, а в 1888 г.  — счётчик переменного тока, отсутствие которого ранее было одним из препятствий в развитии технологий переменного тока.  В том же году Вестингауз приглашает его к себе на работу. Изобретённые Тесла трансформаторы давали возможность получать любое напряжение. А это позволяло передавать переменный ток на большие расстояния. Казалось бы, ничто уже не могло помешать созданию сетей переменного тока. Но Эдисон прибегнул к чёрному пиару, спонсировав разработку электрического стула для казни и предложив использовать переменный ток для этой цели. Журналисты красочно описали мучения, которые испытывал осуждённый в момент казни. Общество получило отрицательный сигнал, и переменный ток некоторое время не использовали.

И всё-таки Тесла оказался победителем. Компания Вестингауза выиграла тендер на строительство первой в США гидроэлектростанции переменного тока на Ниагаре.

До 1928 г. обе технологии существовали параллельно. Но постоянный ток постепенно уступал свои позиции переменному. В Европе это произошло быстрее. Последними перешли на переменный ток в 40-60-х годах XX века потребители скандинавских стран. В США окончательный перевод электрических сетей с постоянного тока на переменный произошёл в конце 2007 г. Так закончилась длившаяся более 100 лет «война токов».

Но это совершенно не означает, что в настоящее время постоянный ток не используется в электроэнергетике. Конечно, подавляющее большинство ЛЭП транспортируют переменный ток. Но наряду с линиями электропередач переменного тока существуют высоковольтные ЛЭП постоянного тока, спообные передавать ток на большие расстояния, например, ЛЭП Экибастуз — Центр, Южная Корея (материк) — остров Чеджудо и др.

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

Определение постоянного и переменного электрического тока

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

Электрический ток

Понятие о постоянном и переменном токе

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

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

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

Графики постоянного и переменного токов

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

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

История

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

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

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

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

Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов

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

Отличие постоянного тока от переменного:

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

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

Обозначение полярности на аккумуляторе

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

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

Различия при транспортировке

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

Достоинства и недостатки переменного тока

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

ЛЭП переменного тока

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

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

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

Достоинства переменного тока:

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

Недостатки переменного тока:

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

Достоинства и недостатки постоянного тока

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

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

Оборудование для высоковольтной ЛЭП постоянного тока

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

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

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

Преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

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

Недостатки высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

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

Другие варианты применения постоянного и переменного тока

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

Контактная сеть железных дорог

  1. Для измерения токов, напряжений и мощности существуют приборы. Есть работающие только на DC, как магнитоэлектрические амперметры, а также использующие только АС, как индукционные счетчики. Часто используют универсальную измерительную технику.

Оба вида тока востребованы и применяются в различных областях. Какой из них использовать, зависит от принципа работы электрооборудования и приборов.

Видео

Оцените статью:

Переменный электрический ток — Энциклопедия по машиностроению XXL

Во всех этих примерах речь идет об использовании переменного электрического тока. Переменный электрический ток в энергетических электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Эти вынужденные колебания создаются генераторами переменного тока, работающими на электростанциях.  [c.237]

Как известно, возникновение в каком-либо месте среды переменного электрического тока сопровождается появлением в окружающем пространстве переменного магнитного поля (электромагнетизм) это последнее ведет к образованию переменного электрического поля (электромагнитная индукция), обусловливающего переменные токи смещения в окружающем пространстве. Токи смещения обусловливают возникновение магнитного поля, так же как обычные токи проводимости в проводнике создают вокруг себя магнитное поле. Таким образом, все новые и новые области пространства становятся областью действия электромагнитных полей возникшее где-либо электрическое колебание не остается локализованным, а постепенно захватывает все новые и новые участки пространства, распространяясь в виде электромагнитной волны.  [c.27]


Переменный электрический ток в широком смысле—электрический ток, изменяющийся во времени. Переменный ток создается переменным напряжением. В технике обычно под переменным током понимают периодический ток, в котором среднее за период значение силы тока и напряжения равны нулю. Периодом Т переменного тока называется наименьший интервал времени, через который значения силы тока и напряжения повторяются [72].  [c.116]

В электромеханических излучателях ультразвук создается в результате преобразований колебаний переменного электрического тока соответствующей частоты в механические колебания излучателя. Устройство пьезоэлектрических излучателей основано на пьезоэлектрическом эффекте. Кристаллы целого ряда веществ (кварц, турмалин, титанат бария и т. д.) обладают замечательным свойством.  [c.242]

Описанные выше три преобразователя относятся к преобразователям генераторного типа в них выходной величиной является постоянная или переменная ЭДС, генерируемая под действием входного сигнала, для измерения которой не требуется постороннего электрического источника. Рассматриваемые ниже преобразователи относятся к преобразователям параметрического типа в них под действием входного сигнала изменяется один из параметров электрической цепи (например, сопротивление, индуктивность, емкость), для измерения которого необходимо пропустить постоянный или переменный электрический ток через эту цепь от постороннего источника.  [c.142]

В индукционных печах (рис. 3.30) нагрев происходит за счет выделения теплоты непосредственно в нагреваемом металле вихревыми токами, наводимыми в нем переменным магнитным полем, которое создается переменным электрическим током при прохождении его через катушку-индуктор /. В плавильных  [c.174]

Магнитное взаимодействие заключается во взаимном притяжении и отталкивании ферромагнитного материала и проводника (катушки) с переменным электрическим током. Например, под действием постоянного магнитного ноля изделие намагнитится. Катушка с переменным током будет притягиваться и отталкиваться от него в зависимости от направления образовавшегося в ней магнитного поля. Притяжение и отталкивание катушки будет оказывать обратное механическое действие на изделие, что приведет к возбуждению упругих колебаний на его поверхности. Возникающие при этом силы будут поверхностными, поскольку магнитный полюс образуется на поверхности изделия. Прием упругих колебаний будет происходить в результате того, что поверхность изделия будет приближаться и удаляться от катушки, изменяя в ней магнитное поле, что в свою очередь приведет к возникновению электрического тока в катушке.  [c.69]


Замечательным свойством р— -перехода, которое лежит в основе работы многих полупроводниковых приборов, является его способность выпрямлять переменный электрический ток.  [c.224]

Замена генераторов постоянного тока ртутными и особенно полупроводниковыми преобразователями существенно повысила экономические преимущества системы преобразования переменного электрического тока в постоянный (и обратно).  [c.28]

Толщину поверхностного слоя р, в котором генерируется около 90 /6 тепла, создаваемого переменным электрическим током, называют глубиной проникновения тока в металл и определяют из уравнения  [c.75]

Металлизация — процесс нанесения на поверхность распыленного сжатым Воздухом жидкого металла, или распыленного металла кислородно-ацетиленовым или водородным пламенем, или при помощи переменного электрического тока.  [c.321]

Для измерения температуры газового потока в первой установке использовался компенсационный пирометр с прососом газа. Потери от излучения горячего спая термопары пирометра на менее нагретые стенки рабочей камеры и холодную поверхность ограничителя слоя компенсировались обогревом переменным электрическим током участков термопары, прилегающих к горячему спаю.  [c.193]

Во всех случаях при изучении критических тепловых нагрузок исследователи используют для нагрева рабочей трубы постоянный или переменный электрический ток низкого напряжения. Чтобы проверить возможное влияние рода тока на мы провели опыты на одной и той же трубе, нагревая ее в одном случае постоянным, а в другом — переменным током. Как и можно было ожидать, род тока не влияет на критические тепловые нагрузки (рис. 4).  [c.40]

Электрофильтры. Электрофильтры нашли широкое применение для улавливания золы из дымовых газов. Принцип работы электрофильтров заключается в следующем в газоходе котла перед дымососом устанавливают осадительные электроды в виде пластин или труб и между пластинами или внутри труб натягивают хромоникелевую проволоку, называемую коронирующим электродом (фиг. 5-25). К электродам подводится выпрямленный переменный электрический ток, напряжением 50—80 тыс. в, при незначительной силе тока.  [c.71]

Электроимпульсное разрушение происходит под действием разрядов длительностью 10 и 10″ с при прохождении постоянного или переменного электрического тока. Напряжение пробоя при этом практически то же, что и при электроискровом процессе, но только в случае постоянного тока. Среднее напряжение процесса несколько меньше, 5-10 В. Интенсивность износа отрицательно заряженной детали (при протекании постоянного тока) больше, чем положительно заряженной. Следы эрозии неглубоки, могут иметь характер напыления (или распыления) поверхности, образовывать треки. Иногда каверны такого износа вытянуты по направлению относительного смещения деталей и образуют цепочки, создавая картину, внешне похожую на следы абразивного износа. Электроимпульсное разрушение в турбинах обычно связано с вибрационным состоянием агрегата, 236  [c.236]

А. Ф. Иоффе нашел еще одно применение термоэлектрического эффекта, высказав интересную мысль о возможности его использования для определения коэффициента температуропроводности полупроводникового образца. Нахождение указанной характеристики полупроводника мыслилось осуществить путем пропускания через цепь, содержащую контактирующиеся полупроводниковые образцы п и р-типа, переменного электрического тока и создания таким образом на их границах системы тепловых волн, анализ проникновения которых в глубь материала позволит найти искомое значение его коэффициента температуропроводности а.  [c.11]

Метод токовихревой дефектоскопии основан на использовании вихревых токов. Если к поверхности металлической детали поднести катушку, по которой протекает переменный электрический ток, то в металле наводятся вихревые токи. Характер их распространения изменяется при наличии в металле дефектов или неоднородностей, что фиксируется специальным прибором.  [c.374]


Основной тип современных высокочастотных или индукционных печей — это печи без сердечника. Такая печь состоит из индуктора-катушки, навитой из медной трубки с водяным охлаждением. Внутрь индуктора вставляется либо готовый огнеупорный тигель, либо тигель набивается порошкообразным огнеупорным материалом. При наложении на индуктор переменного электрического тока частотой от 50 до 400 кГц образуется переменное магнитное силовое поле, пронизывающее пространство внутри индуктора. Это магнитное поле наводит в металлической садке вихревые токи.  [c.192]

Особенность нагрева токами высокой частоты состоит в использовании явления поверхностного эффекта, связанного с неравномерностью распределения тока по сечению проводника. Сущность его можно представить следующим образом. При протекании переменного электрического тока по проводнику вокруг него возникает переменное магнитное поле. Под воздействием этого поля значительно возрастает индуктивное сопротивление центральной части проводника и происходит вытеснение тока в периферийную часть (рис. 5.37, а). С увеличением частоты тока неравномерность его распределения увеличивается и приводит к высокой плотности тока, а следовательно, и высокой (до 80. .. 95 %) концентрации тепловой энергии в поверхностном слое проводника, в данном случае — свариваемой детали.  [c.264]

В основе электродинамического способа возбуждения колебаний лежит явление образования переменной электродинамической силы при взаимодействии постоянного магнитного поля с проводником, но которому протекает переменный электрический ток.  [c.269]

Принцип индукционного нагрева. При индукционном иагреве металлическое тело помещается в зону концентрированного магнитного поля проводника или катушки с переменным электрическим током (рис. 2).  [c.244]

При индукционном нагреве металл, помещенный в магнитное поле контура, по которому протекает переменный электрический ток, нагревается индуцированными вихревыми токами Фуко.  [c.227]

На рис. 5-25 показан трубный пучок с одновременным нагреванием всех трубок путем пропускания через нх стенки переменного электрического тока. Трубки 1 закрепляются в трубных досках 2 и 5. Напряжение подводится с помощью шин 4. Тепловыделение пучка воспринимается охлаждающим воздухом. В случае варианта трубного пучка с охлаждением вместо пpoпy кa ия электрического тока через стенки трубок внутри труЗок пропускается вода, движущаяся навстречу воздуху. Для того чтобы паправления свободной и вынужденной конвекции совпадали как при нагревании, так и при охлаждении воздуха (при вертикальном расположении труб-лого пучка), в последнем случае подача воздуха осуществляется сверху через патрубок 6, а отвод — снизу через патрубок 5, а в первом — наоборот подача вог ду-ха — снизу, а отвод — сверху.  [c.264]

Выделяемое при первом же взрыве тепло вполне достаточно для того, чтобы образовался ионизированный слой раскаленного газа, или плазмы, которая распространяется по цилиндру вслед за ударной волной. В таком газе орбитальные электроны отделяются от своих исходных атомов, и присутствие этих свободных электронов делает ионизированный газ (то есть плазму) электропроводящим Ч Колеблясь вместе с ионизированным газом вдоль цилиндра, волна свободных электронов создает переменный электрический ток, и, таким образом, ядерная энергия в реакторе- бомбе непосредственно превращается в электрическую (без обременительного процесса кипячения воды, необходимого для получения пара и приведения в движение турбогенератора). Конечно, мы еще должны найти способ извлекать эуу электроэнергию из реактора- бомбы , прежде чем сможем использовать его на практике. В принципе для этого можно установить соответствующие катушки-токосниматели (как показано на рис. 21) переменный электрический ток, текущий внутри реактора, будет индуцировать электрический ток в таких катушках подобно тому, как первичная обмотка трансформатора индуцирует токи во вторичной обмотке. Однако на практике токоснимающие катушки очень сложно установить настолько близко к реактору, чтобы такая индуктивная связь была достаточно эффективной. Из этого затруднительного положения можно выйти, пропустив токоснимающие электроды сквозь стенки цилиндра, однако и в этом случае весьма трудно найти такой материал для электродов, который выдержал бы громадные рабочие температуры внутри реактора (около 3500° С у внутренней поверхности цилиндра и вдвое большая — в критической зоне).  [c.70]

Магнитно-мягкие стали и сплавы предназначены для изготовления деталей лагнитопроводов переменного магнитного поля, создаваемого переменным электрическим током, и поэтому должны обладать способностью намагничиваться до насыщения даже в слабых полях (высокая магнитная проницаемость) п пметь малые потери на перемагннчивание и гистерезис и вихревые  [c.71]

Магнитно-гидроабразивное полирование. Магнитногидроабразивная установка для полирования мелких деталей приведена на рис. 212. Обрабатываемые детали 3 загружают в сосуд 2, плотно прилегающий к статору / с трехфазной обмоткой. В сосуд заливают полирующую жидкость. При включении переменного электрического тока он, проходя, по обмотке статора, создает бегущее магнитное поле, которое приводит в движение засыпанные в сосуд детали, собирающиеся у стенок. В центральную часть сосуда, свободную от деталей, погружается лопастная мешалка 4, приводимая во вращение электродвигателем 5. Вращаясь в противоположную магнитному полю сторону, мешалка направляет полирующую жидкость навстречу взвешенным в ней деталям.  [c.372]


В работе [52] приведены опыты Роми по теплообмену в цилиндрическом канале с внутренним диаметром 25,4 мм, толщиной стенки 0,25 мм и длиной 685 мм при среднем значении числа Рейнольдса Reo = 5000, что соответствовало переходному режиму течения. В качестве теплоносителя использовался воздух. Обогрев экспериментального участка осуществлялся посредством переменного электрического тока, пропускаемого непосредственно по трубе. Возмущения колебания скорости теплоносителя генерировались посредством вращающегося золотника, установленного на входе в экспериментальный участок. Настройка экспериментальной установки на резонансные колебания осуществлялась изменением длины экспериментального участка и изменением объема воздушной емкости, включенной в систему подачи воздуха. Частота и относительная амплитуда колебания скорости воздуха соответственно изменялись в пределах 37—134 Гц, =  [c.137]

Механизм действия магнитного поля (создаваемого постоянным или электромагнитом) и переменного электрического тока, по-видимому, заключается в изменении степени гидратации ионов и деформации их электронной оболочки. Это вызывает резкое изменение структуры твердой фазы (СаСОз), которая при этом теряет способность кристаллизоваться на поверхностях нагрева и выпадает в виде мелкого шлама ( пудры ). Противокоррозионное действие этих способов водообработки пока остается неясным и недостаточно установлено.  [c.348]

Для получения больших тепловых потоков нагревание производится за счет непосредственного пропускания через поверхность нагрева постоянного электрического тока низкого напряжения. Можно использовать также и переменный электрический ток. Однако при этом ужно иметь в виду, что при малой толщине стенки тепловая инерция такого нагревателя может быть настолько малой, что нагревание постоянным и переменным током может привести к различным результатам [Л. 2].  [c.154]

Экспериментальный участок представлял собой трубу из нерхавею -щей стали с внутренним диаметром 21 нм и толщиной стенки 2 мм.Обогрев трубы осуществлялся переменным электрическим током на длине 1700 мм.Температура наружной поверхности трубы измерялась хромель-алвмелевыми термопараши,горячие спаи которых были приварены к трубе в 15-ти сечениях.  [c.81]

Главным корпусом АЭС обычно принято считать главное здание станции ил нескольких соединенных зданий, в помещениях которых размещены ядерная паропроизводящая установка (ЯППУ) (реактор, парогенераторы, первый контур циркуляции и т. п.) и оборудование паротурбинной электрогенерирующей установки (ПТЭГУ). Здесь энергия водяного пара, полученного от ЯППУ, в главных паровых турбинах превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины и соединенного с ней электрогенератора, в котором генерируется переменный электрический ток.  [c.420]

Непрерывно изменяющееся сильное магнитное поле получается при помещении металлической шихты в центре индуктора (соленоида), через который протекает переменный электрический ток. Индуктор обычно изготовляется из полой медной трубки, охлаждаемой водой. Введение изолятора между катушкой и нагреваемым металлом мало влияет на магнитное поле и, следовательно, на нагрев. Благодаря этому можно обеспечить термическую изоляцию, что позволяет получать в печи высокие температуры. Кроме того, металлическая шихта и термическая изоляция могут быть отделены от атмосферы кварцевой трубой так как эта труба всегда находится при более низкой температуре, чем непосредственно нагреваемая шихта, можно без особых трудностей, связанных с действием очень высоких температур на огнеупор, применить вакуум ил1и контролируемую атмосферу.  [c.59]

Зазор между якорем и сердечником может регулироваться при помощи шестерни 6. Якорь подвешен на двух плоских пружинах 7 и при питании обмотки 3 переменным или пульсирующим током может вибрировать. Индикатор помещается в средней части прибора и состоит из телефонного магнита 5 с полюсными наконечниками 9, надетыми на них катушками 10 и якоря II. Якорь индуктора жестко скреплен с вибратором и может вибрировать. При вибрации зазор между якорем II и полюсными наконечниками 9 изменяется, и в катушке 10 индуктируется переменный электрический ток. Этот ток направляется в измерительную часть прибора, где выпрямляется сухим меднозакисным выпрямителем 12 и измеряется магнитно-электрическим милливольтметром 13, имеющим 100 делений. Обмотка вибратора питается переменным током напряжением 36 в нлй постоянным ГОКОМ с напряжением 24 в, причем постоянный ток преобразуется в пульсирующий. При питании прибора постоянным током в цепь включается для преобразования постоянного тока в пульсирувдий  [c.172]


Как называется устройство вырабатывающее переменный электрический ток. Получение переменного электрического тока. Что такое переменный ток

Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток. Поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В рамке возникнет э.д.с. индукции.

В широком смысле, электрический ток, который изменяется со временем. В технике под переменным током понимается периодический ток. Для такого тока средние значения тока и напряжения в течение периода равны нулю. Переменные токи с сильно различающимися частотами, а также импульсные токи используются для специальных целей в промышленности, медицине и других областях науки и техники.

Переменный ток может быть выпрямлен, например, полупроводниковыми выпрямителями, а затем преобразован полупроводниковыми инверторами в переменный ток другой управляемой частоты. Переменный ток широко используется в системах связи, например, радио, телевидении и междугородной проводной телефонии.

Для того чтобы определить, изменяется ли магнитный поток, проходящий по поверхности рамки, нужно всего лишь сравнить положение рамки в определенные периоды времени. Для этого нужно внимательно посмотреть на рис. 3.3.

Рисунок 3.3. Изменения положения рамки в разные периоды времени

Точкой отсчета будет положение рамки, показанное на рис. 3.3, а. В этот момент плоскость рамки перпендикулярна к магнитным линиям, и магнитный поток будет иметь максимальное значение. Параллельно магнитным линиям рамка встанет через четверть периода. Магнитный поток при этом станет равным нулю, потому что ни одна магнитная линия не проходит через поверхность рамки. Чтобы определить э.д.с. индукции, нужно знать не величину потока, а скорость его изменения. В точке отсчета э.д.с. индукции равна нулю, а в третьем (рис. 3.3, в ) — максимальному значению. Исходя из положений рамки, можно увидеть, что э.д.с. индукции меняет и значение, и знак. Таким образом, она является переменной (см. график на рис. 3.3).

Переменный ток генерируется переменным напряжением. В пространстве, окружающем токопроводящий проводник, создается переменное электромагнитное поле. Эта энергия периодически либо хранится в магнитном, либо в электрическом поле или возвращается в источник электроэнергии.

Величина переменного тока в основном определяется сравнением среднего теплового эффекта переменного тока с тепловым эффектом постоянного тока соответствующей величины. Таким образом, полученное таким образом значение тока называется эффективным значением. Математически это среднеквадратичное значение тока в течение одного периода.

В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток , который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными э.д.с. с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.

В цепи без индуктивности или емкости ток находится в фазе с напряжением. В такой схеме частота ω вынужденных колебаний, генерируемых источником переменного тока, может совпадать с резонансной частотой. В этом случае индуктивное реактивное сопротивление и емкостное сопротивление равны и полностью уравновешивают друг друга, величина тока достигает максимального значения, и возникает явление резонанса. В условиях резонанса напряжение на индуктивности и емкостях может значительно превышать напряжение на клеммах цепи и часто может быть во много раз больше.

Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на рис. 3.4, б .

Обычно обозначать векторы синусоидальных токов и напряжений точкой, расположенной над буквой. Тогда алгебраическое добавление мгновенных значений любой синусоидальной величины соответствует геометрическому добавлению векторов этих величин. При построении диаграмма, вектор вектора принимается за опорный вектор, так как для неветвящейся схемы ток одинаковый во всех сечениях схемы. Векторные диаграммы визуально иллюстрируют ход вычислений и служат в качестве контроля по результатам вычислений.

Расчеты для ветвящихся схем с квазистационарными переменными токами основаны на законах Кирхгофа. В этих расчетах обычно используется метод комплексных величин. В системах электроснабжения несинусоидальная операция обычно нежелательна, и принимаются специальные меры, чтобы избежать такого режима работы. Однако несинусоидальные условия присущи работе электрических цепей связи, полупроводниковых и электронных устройств. Если среднее значение тока по циклу не равно нулю, ток должен содержать постоянный компонент.

Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что э.д.с., возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с э.д.с. первого генератора, т.е. она будет опаздывать на 120°. Э.д.с. третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.

Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока (рис. 3.4, а ). Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает изменяющаяся э.д.с. индукции. Из-за того, что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.

Для облегчения анализа схем, работающих с несинусоидальными токами, ток представлен в виде суммы простых гармонических составляющих. Вычисления, используемые для несинусоидальных токов в линейных цепях, основаны на принципе суперпозиции. Алгебраическое добавление результатов таких расчетов дает мгновенное значение тока или напряжения для несинусоидального тока. Электрический ток, который периодически меняет направление, обычно много раз в секунду.

Электрическая энергия обычно генерируется общественной или частной коммунальной организацией и предоставляется клиенту, будь то промышленному или внутреннему, в качестве переменного тока. Один полный период, с потоком тока сначала в одном направлении, а затем в другом, называется циклом, а 60 циклов в секунду — обычная частота чередования в Соединенных Штатах и ​​во всей Северной Америке. В Европе и во многих других частях мира 50 Гц является стандартной частотой. На самолетах более высокая частота, часто 400 Гц, используется для создания более легких электрических машин.

Рис. 3.4. Пример трехфазной системы переменного тока а) генератор трёхфазного тока; б) с тремя генераторами

Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь шесть проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку

Напряжение переменного тока может быть изменено трансформатором. Это простое, недорогое статическое устройство позволяет генерировать электроэнергию при умеренном напряжении, эффективную передачу для многих миль при высоком напряжении, а также распределение и потребление при сравнительно низком напряжении. При постоянном токе невозможно использовать трансформатор для изменения напряжения. На нескольких линиях электропередачи электрическая энергия передается на большие расстояния в виде постоянного тока, но электрическая энергия генерируется как переменный ток, преобразуется в высокое напряжение, затем выпрямляется до постоянного тока и передается, а затем возвращается обратно к переменному току инвертором, который должен быть преобразован до более низкого напряжения для распределения и использования.

Соединение звездой

Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С , а концы — X, Y, Z . В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 3.5 слева).

В дополнение к разрешению эффективной передачи энергии переменный ток обеспечивает преимущества при проектировании генераторов и двигателей, а для некоторых целей дает лучшие эксплуатационные характеристики. Некоторые устройства с дросселями и трансформаторами могут работать только с трудом, если вообще, от постоянного тока. Кроме того, облегчается работа больших переключателей, поскольку мгновенное значение переменного тока автоматически становится равным нулю в два раза в каждом цикле, а прерыватель цепи отключения не должен прерывать ток, а только предотвращает запуск тока после момента его нулевого значения.

Точно так же можно соединять и приемники (рис. 3.5, справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (U ф ). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т.е.: U Л = v3U Ф.

Переменный ток схематически изображен на рисунке. Синусоидальная форма тока или напряжения обычно приближается к практическим силовым системам, поскольку синусоидальная форма приводит к менее дорогостоящей конструкции и большей эффективности работы электрических генераторов, трансформаторов, двигателей и других машин.

Полезная мера переменного тока обнаружена в способности тока выполнять работу, а величина тока соответственно определяется как квадратный корень из среднего квадрата мгновенного тока, причем среднее значение принимается за целое число циклов, Это значение известно как среднеквадратичный или эффективный ток. Это полезная мера для тока любой частоты. Среднеквадратичное значение постоянного тока идентично значению постоянного тока.

Соединение треугольником.

При использовании данного способа соединения конец X первой обмотки генератора подключают к началу В второй его обмотки, конец Y второй обмотки — к началу С третьей обмотки, конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки. Пример соединения показан на рис. 3.6. При данном способе соединения фазных обмоток и подключении трехфазного генератора к трехпроводной линии линейное напряжение по своему значению сравнивается с фазным: U Ф = U Л.

Контрольные вопросы

Диаграмма синусоидального переменного тока. Фазовый угол и коэффициент мощности напряжения и тока в цепи, которая обеспечивает нагрузку, определяются нагрузкой. Таким образом, нагрузка чистого сопротивления, такого как электрический нагреватель, имеет единичный коэффициент мощности. Индуктивная нагрузка, такая как асинхронный двигатель, имеет коэффициент мощности менее 1, а ток отстает от приложенного напряжения.

Трехфазные системы обычно используются для генерации, передачи и распределения электроэнергии. Заказчик может поставляться с трехфазной мощностью, особенно если используется большая мощность или требуется использование трехфазных нагрузок. Маленькие отечественные потребители обычно поставляются с однофазным питанием. В некоторых системах земля используется как общий или нейтральный проводник. Напряжения сбалансированной трехфазной системы.

1. Перечислите основные параметры, характеризующие переменный ток.

2. Дайте определение частоты и назовите единицы её измерения.

3. Дайте определение амплитуды и назовите единицы её измерения.

4. Дайте определение периода и назовите единицы его измерения.

5. Отличие простейшего генератора трёхфазного тока от генератора однофазного тока.

Ерюткин Евгений Сергеевич

Соединения простой трехфазной системы. Каждая фаза трехфазной системы несет ток и передает энергию и энергию. Если три нагрузки на трех фазах трехфазной системы равны, а напряжения сбалансированы, то также сбалансированы токи. Сумма трех токов равна нулю в каждый момент времени. Это означает, что ток в общем проводнике всегда равен нулю и что проводник теоретически может быть полностью исключен. На практике три тока обычно не являются точно сбалансированными, и получается одна из двух ситуаций.

Как получить переменный ток

Полная мгновенная мощность от генератора до нагрузки постоянна в сбалансированной синусоидальной трехфазной системе. Это приводит к более плавной работе и уменьшению вибрации двигателей и других устройств переменного тока. Кроме того, трехфазные двигатели и генераторы более экономичны, чем однофазные машины.

6. Что такое фаза?

7. Что представляет собой ротор генератора трёхфазного тока?

8. Почему сдвинуты по фазе обмотки статора генератора трёхфазного тока?

9. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «звезда».

10. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «треугольник».

Информационная схема, такая как телефон, радио или управление, использует различное напряжение, ток, форму волны, частоту и фазу. Эффективность часто низкая, главным требованием является передача точной информации, даже если мало передаваемой мощности достигает принимающей стороны. Радио, Телефон. Идеальная силовая цепь должна обеспечивать потребителя электрической энергией, всегда доступной при неизменном напряжении постоянной формы волны и частоты, причем величина тока определяется нагрузкой клиента.

Тема: Электромагнитное поле

Высокая эффективность является очень желательной. Электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению, сначала течет в одном направлении в цепи и затем течет в противоположном направлении; каждое полное повторение называется циклом, а число повторений в секунду называется частотой; обычно выражается в Герце.

Рассмотрим ещё раз получение индукционного тока в катушке с помощью перемещения относительно неё постоянного магнита (см. рис. 119, а). Но теперь будем периодически двигать магнит вверх и вниз в течение нескольких секунд. Мы увидим, что при этом стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деления то в одну, то в другую сторону. Это говорит о том, что модуль силы индукционного тока в катушке и направление этого тока периодически меняются.

Генераторы переменного тока

Непрерывный электрический ток, который периодически меняет направление, обычно синусоидально. В настоящее время использование генераторов и двигателей с такими целями стало обычным явлением в большинстве устройств, используемых в научных, промышленных и внутренних масштабах.

Электродвигательная и противоэлектродвижущая сила

Электрическая мощность может использоваться как источник и место назначения для многочисленных применений. Для его производства и использования используются два общих класса устройств. Двигатели, которые выполняют обратную трансформацию и используют эту электрическую энергию для генерации движения. Генераторы, которые преобразуют некоторый тип энергии в электрическую. . Действие токовых генераторов определяется величиной, называемой электродвижущей силой, обычно обозначаемой символом. Ф. он определяется как электрическая энергия, которую генератор передает на каждую единицу заряда, которая протекает через нее.

  • Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током

В осветительной сети наших домов и во многих отраслях промышленности используется именно переменный ток.

В настоящее время для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генераторы, т. е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Индукционными они называются потому, что их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

В двигателях электрические заряды, которые проходят через них, теряют электрическую энергию, которая становится механической. Его основной характеристикой является противоэлектродвижущая сила или электрическая энергия, передаваемая двигателем в блок электрического заряда.

Производство электроэнергии

Генераторы переменного тока являются наиболее распространенными промышленными средствами производства электроэнергии. Эти устройства основаны на использовании явлений электромагнитной индукции. Согласно закону Фарадея, индуцированная электродвижущая сила в петле будет.

Генератор переменного тока: а — внешний вид; б — общий вид на электростанции вместе с паровой турбиной, приводящей ротор генератора во вращение

В § 39 рассматривался пример получения индукционного тока в плоском контуре при вращении внутри него магнита (см. рис. 121, б). На этом принципе и работает электромеханический генератор переменного тока. Неподвижная часть генератора, аналогичная контуру, называется статором, а вращающаяся, т. е. магнит, -ротором. В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Статор промышленного генератора представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и пр.). Во внутренней его части прорезаются пазы, в которые витками укладывается толстый медный провод. В витках и индуцируется переменный электрический ток при изменении пронизывающего их магнитного потока.

Магнитное поле создаётся ротором (рис. 131, а). Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Ток к этой обмотке подводится через щётки и кольца от постороннего источника постоянного тока.

Рис. 131. Схема генератора переменного тока

На рисунке 131, б приведена схема генератора переменного тока. Штрихами показано примерное расположение линий индукции магнитного поля ротора. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки обмотки статора, периодически меняется, в результате чего в них индуцируется переменный ток.

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.

На рисунке 132, а изображён внешний вид мощного гидрогенератора, а на рисунке 132, б схематично показано его устройство, где цифрой 1 обозначен статор, цифрой 2 — ротор, а цифрой 3 — водяная турбина.


Рис. 132. Внешний вид и устройство мощного гидрогенератора

Ротор гидрогенератора имеет не одну, а несколько пар магнитных полюсов. Чем больше пар полюсов, тем больше частота переменного электрического тока, вырабатываемого генератором при данной скорости вращения ротора. Поскольку скорость вращения водяных турбин обычно невелика, то для создания тока стандартной частоты используют многополюсные роторы.

Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз течёт в одну сторону и 50 раз в другую. В некоторых странах (например, США) стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.

Сила тока, вырабатываемого генераторами переменного тока, меняется со временем по гармоническому закону (т. е. по закону синуса или косинуса). На рисунке 133 показан график изменения силы тока i со временем t.

Рис. 133. График зависимости силы переменного тока от времени

Для передачи электроэнергии от электростанций в места её потребления служат линии электропередачи (ЛЭП). Чем дальше от электростанции находится потребитель тока, тем больше энергии Q тратится на нагревание проводов и тем меньше доходит до потребителя:

E потребляемая = E генерируемая — Q

Уменьшение потерь электроэнергии при её передаче от электростанций к потребителям является важной задачей экономики.

Из закона Джоуля-Ленца (Q = I 2 Rt) следует, что уменьшить потери можно за счёт уменьшения сопротивления R проводов и силы тока I в них (что более эффективно, поскольку при уменьшении I в n раз Q уменьшается в n 2 раз).

Сопротивление проводов будет тем меньше, чем больше площадь S их поперечного сечения и чем меньше удельное сопротивление ρ металла, из которого они изготовлены (так как R = ρl/S). Провода делают из меди или алюминия, так как среди относительно недорогих металлов они обладают наименьшим удельным сопротивлением. Увеличивать толщину проводов экономически невыгодно (ввиду увеличения расхода металла) и неудобно (из-за трудностей при их подвеске).

Поэтому существенного снижения потерь Q можно добиться только за счёт уменьшения силы тока I. Но при этом необходимо во столько же раз увеличить получаемое от генератора напряжение U, чтобы не снижать мощность тока Р (так как Р = UI 1). Без такого преобразования силы тока и напряжения передача электроэнергии на большие расстояния становится невыгодной из-за существенных потерь.

Решение этой важнейшей технической задачи стало возможным только после изобретения трансформатора — устройства, предназначенного для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока.

Павел Николаевич Яблочков (1847-1894)
Русский электротехник и изобретатель. Изобрёл дуговую лампу («свеча Яблочкова»), сконструировал первый генератор переменного тока, трансформатор, сделал изобретения в области электрических машин и химических источников тока

Трансформатор был изобретён в 1876 г. русским учёным Павлом Николаевичем Яблочковым. В основе его работы лежит явление электромагнитной индукции. На рисунке 134, а показан внешний вид трансформатора, а на рисунке 134, б схематично изображены его основные части. Обратите внимание на то, что число витков в обмотках различно: в данном случае N 2 > N 1 . Протекающий в первичной обмотке переменный ток создаёт (главным образом в сердечнике) переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле. В результате действия этого поля на концах вторичной обмотки возникает переменное напряжение U 2 .


Рис. 134. Внешний вид и схема устройства повышающего трансформатора

Величина U 2 определяется из соотношения:

Значит, при N 2 > N 1 трансформатор будет повышающим (так как U 2 > U 1), а при N 2

Теперь вернёмся к вопросу о передаче электроэнергии от электростанции к месту её потребления. Напряжение, вырабатываемое генератором, обычно не превышает 25 кВ. А для оптимальной передачи электроэнергии на большие расстояния требуется напряжение порядка сотен киловольт. Поэтому ток с электростанции сначала подаётся на расположенную неподалёку повышающую трансформаторную подстанцию, где напряжение повышается до нескольких сотен киловольт (в большинстве случаев оно не превышает 750 кВ), и под таким напряжением подаётся в ЛЭП. Поскольку такое высокое напряжение не может быть предложено потребителю, то в конце линии его подают поочерёдно на несколько трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до 380 или 220 В, а затем — на предприятия или в жилые дома.


Трансформаторы нашли широкое применение в быту. Например, при подзарядке сотового телефона имеющийся в зарядном устройстве трансформатор понижает напряжение, полученное из осветительной сети и равное 220 В, до 5,5 В, пригодного для телефона. В телевизоре имеется несколько трансформаторов (как понижающих, так и повышающих), поскольку для питания различных его узлов требуется напряжение от 1,5 В до 25 кВ.

Вопросы

  1. Какой электрический ток называется переменным? С помощью какого простого опыта его можно получить?
  2. Где используют переменный электрический ток?
  3. Расскажите об устройстве и принципе действия промышленного генератора.
  4. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловой электростанции; на гидроэлектростанции?
  5. Почему в гидрогенераторах используют многополюсные роторы?
  6. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП и за счёт чего их можно уменьшить?
  7. Для чего при уменьшении силы тока во столько же раз повышают его напряжение перед подачей в ЛЭП?
  8. Расскажите об устройстве, принципе действия и применении трансформатора.

Упражнение 39

  1. Электростанции России вырабатывают переменный ток частотой 50 Гц. Определите период этого тока.
  2. По графику (см. рис. 133) определите период, частоту и амплитуду колебаний силы тока i.

1 V, I — так называемые действующие значения напряжения и силы переменного тока. Они равны соответственно напряжению и силе постоянного тока, выделяющего в проводнике ежесекундно столько же тепла, что и переменный ток. Действующие значения напряжения и силы переменного тока в √2 раз меньше амплитудных.

«Переменный электрический ток» — физика, уроки

Тема урока:                           «Переменный электрический ток»

Класс: 11

Тип урока: изучение нового материала

 

Цели урока:

 

Образовательная: сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая: развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, вы­делять главное.

Воспитательная: привить уважение к науке. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

 

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

— каким образом можно получить переменную ЭДС;

— какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока;

— в чём разница между действующими и амплитудными значениями силы тока и напряжения.

 

2.Актуализация опорных знаний

    1) Вопросы для фронтального опроса:

  • Какие колебания называются электромагнитными?
  • В каком устройстве создаются электромагнитные колебания?
  • Из каких частей состоит колебательный контур?
  • От каких величин зависит частота и период колебаний в контуре?
  • Как будут меняться колебания в реальном контуре с течением времени?
  • Что приводит к затуханию колебаний?

2) Тест:

 

Вариант 1

А1.   Если сопротивлением колебательного контура можно пренебречь, то при увеличении ёмкости конденсатора в 4 раза период свободных колебаний…

             1) увеличится в 2 раза                              3)  увеличится в 4 раза

             2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А2.  Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 4 раза?

            1) увеличится в 2 раза                            3)  увеличится в 4 раза

            2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А3. Заряд  q  на пластинах конденсатора колебательного контура с течением времени меняется  в соответствии с уравнением  q = 10-5cos104πt. Какое из уравнений выражает зависимость силы тока от времени?

    1)  I = 0,1π∙ sin 104πt                  2)   I = 0,1∙ cos(104πt + )              3) I = 0,1∙ sin(104πt + )

А4.   Согласно предыдущего условия задачи определить собственную частоту колебаний ω.

         1)  0,5·10Гц                      2)   0,5·10π  рад/с                  3)  10π  рад/с              4) 10-5 рад/с

 

А5.    Последовательно соединены конденсатор, катушка индуктивности и резистор. Если при неизменной частоте и амплитуде напряжения на концах цепи увеличивать емкость конденсатора от 0 до ∞, то амплитуда тока в цепи будет

         1) монотонно убывать                                     3) монотонно возрастать

         2) сначала возрастать, затем убывать            4) сначала убывать, затем возрастать

 

Вариант 2

А1.   Если сопротивлением колебательного контура можно пренебречь, то при уменьшении ёмкости конденсатора в 4 раза период свободных колебаний…

             1) увеличится в 2 раза                              3)  увеличится в 4 раза

             2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А2.  Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 4 раза?

            1) увеличится в 2 раза                             3)  увеличится в 4 раза

            2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А3. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L. Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если емкость конденсатора уменьшить в 3 раза, а индуктивность в 3 раза увеличить?

             1) уменьшится в 3 раза                              3) увеличится в 3 раза

             2) уменьшится в 9 раз                                4) не изменится

А4.   Сила тока   колебательного  контура  с  течением времени меняется  в соответствии с уравнением     i = 10-5cos 104t. Чему равна амплитуда колебаний заряда на конденсаторе?

          1) 1 нКл                      2) 0,1 Кл                         3) 10-5 Кл                        4) 104 Кл

А5.    Чему равен сдвиг фаз между колебаниями заряда и силы тока в колебательном контуре?

          1) π                                  2)                                     3)                          4) 2 π          

 

3.Объяснение нового материала

1) Переменный ток

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. На практике можно увидеть множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка… (слайд 4)

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток. 

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления  электромагнитной индукции.

   Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток? (слайд 5)

Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным.

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции:    Ф = BS cos α

       При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени:  α = ωt,

где — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:            Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.

         Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

Ф = BScos α = BScos ωt

e = – Ф = – BS∙(cos ωt) = BS∙ω∙sin ωt = εmsin ωt,

где  εm = BS∙ω – амплитуда ЭДС индукции.

        Если к рамке подключить колебательный контур,  то угловая скорость ω вращения рамки определит  частоту ω колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока.

      Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u =  Um  sin ωt            или           u =  Um cos ωt

где Um— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

i= Im∙sin (ωt + φc)

Здесь Im — амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φc — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой     v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока. Конструкция и действие реального генератора, используемого в промышленности, значительно сложнее.

 

 

 

2) Активное сопротивление

Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением.

Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от  генератора.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они  нагреваются.   Будем  считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:      u =  Um sin ωt

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома:

Из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем.

Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой  

P = I2R.

На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным.  Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой           P = i2R

 

Среднее значение мощности за период

 

График зависимости мгновенной мощности от времени изображен на рисунке

 

График изменения мгновенной мощности с течением времени

 

 

 

 

         Несмотря на то что мощность переменного тока непрерывно меняется, ее среднее значение за любой период одинаково.

Приравниваем выражения для средней мощности переменного тока и мощности постоянного тока:

 

Выразим силу тока I:    Эту величину называют действующим значением силы переменного тока.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который выделяет в проводнике ту же мощность, что и переменный ток за то же время.

 

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: — эту величину называют действующим значением напряжения переменного тока.

Действующее значение напряжения в осветительной сети равно 220 В, а амплитудное значение напряжения при этом составляет  

С учетом предыдущих формул можно выразить среднюю мощность переменного тока:  Рср = IU

Амперметры и вольтметры переменного тока обычно градуируют по действующим значениям силы тока и напряжения.

 

4.Закрепление и обобщение нового материала.

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

— что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

— на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

— чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

— как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

— как определяется мощность в цепи переменного тока?

Решение задачи:

 

5.Подведение итогов урока.             (Выставление оценок и их комментарий)

6.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «Физика – 11», упр.4(№5)

 

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?

Электрическое обучение | BrightRidge

Что такое электричество?
Электричество — это форма энергии, которая производит тепло и свет.Электричество также может называться «электрическая энергия».

Где начинается электричество?
Электричество начинается с атома. Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Электричество создается, когда внешняя сила заставляет электроны перемещаться от атома к атому. Поток электронов называется «электрическим током».

Что заставляет электроны двигаться?
Напряжение — это «внешняя сила», которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это потенциальная энергия.Потенциальная энергия обладает способностью выполнять работу. Пример потенциальной энергии — топор, который держат над деревом. Если топор упадет на кусок дерева, оно расколется. Обратите внимание на слово «если». Потенциальная энергия работает ТОЛЬКО, если это разрешено.

Что такое напряжение?

Напряжение — это «внешняя сила», которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это потенциальная энергия. Некоторые характеристики напряжения:

  • Напряжение не видно и не слышно.
  • Напряжение — это толчок или сила.
  • Voltage само по себе ничего не делает.
  • Voltage может работать.
  • Напряжение появляется между двумя точками.
  • Напряжение всегда есть.

Какие два вида электричества?

Статическое электричество возникает при дисбалансе положительно и отрицательно заряженных атомов. Затем электроны прыгают от атома к атому, высвобождая энергию.Два примера статического электричества: молния и трение ногами о ковер, а затем прикосновение к дверной ручке.

Текущее электричество — это постоянный поток электронов. Существует два вида текущего электричества: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). При постоянном токе электроны движутся в одном направлении. Батареи вырабатывают постоянный ток. В переменном токе электроны текут в обоих направлениях. Электростанции вырабатывают переменный ток. Переменный ток (AC) — это тип электричества, который BrightRidge передает вам для использования.

Что такое проводники и изоляторы?

Проводники — это все, через что легко проходит электричество. Примеры электрических проводников — медь, алюминий и вода.

Изоляторы — это материалы, которые не позволяют электричеству легко проходить через них. Некоторые примеры изоляторов — резина, стекло и пластик.

Переменный и постоянный ток | Электричество переменного и постоянного тока

Переменный ток, переменный ток и постоянный ток, постоянный ток — это две формы электрического тока, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.Выбор переменного или постоянного тока зависит от применения и свойств переменного и постоянного тока.


Учебное пособие по электрическому току Включает:
Что такое электрический ток Текущая единица — Ампер ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК


Одно из основных различий в типе тока, протекающего в цепи, заключается в том, является ли ток переменным током, переменным током или постоянным током, постоянным током.

Электричество переменного и постоянного тока широко используются в электрических и электронных схемах, каждая из которых используется для разных целей.

И переменный, и постоянный ток имеют свои особенности и дают разные преимущества, которые можно использовать в разных ситуациях.

Что такое постоянный ток, DC

Поскольку название подразумевает постоянный ток, постоянный ток — это форма электричества, которое течет в одном направлении — оно прямое, и это дало ему название.

Постоянный ток в базовой схеме

Характеристика постоянного тока, DC может быть отображена на графике. Здесь видно, что ток может быть либо положительным, либо отрицательным.

График, показывающий атрибуты постоянного тока

Применения постоянный ток, постоянный ток

Постоянный ток, DC используется во многих областях:

  • Батареи: Батареи, как неперезаряжаемые, так и перезаряжаемые, могут питать только постоянный ток. Аккумуляторы также нуждаются в подзарядке постоянным током.
  • Электронное оборудование: Все оборудование, такое как компьютеры, радио, мобильные телефоны, и фактически все электронное оборудование использует постоянный ток для питания электронных схем.Биполярные транзисторы, полевые транзисторы и интегральные схемы, в которых используются эти компоненты, нуждаются в постоянном токе для питания их и будут повреждены при обратной полярности. Хотя многие из этих элементов питаются от сети переменного тока, внутри устройства есть блок, называемый источником питания, который преобразует входящий переменный ток в постоянный ток с правильным напряжением (-ями) внутри электронного элемента.
  • Некоторое электрическое оборудование: Хотя во многих электрооборудовании используется переменный ток, в некоторых используется постоянный ток.
  • Панели солнечных батарей: Панели солнечных батарей, используемые для выработки электроэнергии, вырабатывают постоянный ток непосредственно от самих солнечных панелей. При использовании с сетью переменного тока для подачи в сеть или подачи местного питания переменного тока для источников переменного тока требуется блок, известный как инвертор, для обеспечения постоянного тока, постоянного тока от солнечных панелей для преобразования в переменный ток.

Что такое переменный ток, AC

Переменный ток, переменный ток отличается от постоянного тока.Как следует из названия, он течет сначала в одном направлении, а затем в другом.

График, поясняющий переменный ток

На приведенном выше графике показана форма волны тока, изменяющаяся как синусоида, при этом ток сначала движется в одном направлении, а затем в другом.

Чаще всего наблюдаются колебания напряжения. Опять же, для переменного сигнала напряжение будет изменяться в положительную и отрицательную сторону.

Как для тока, так и для напряжения видно, что форма волны меняется, становясь в этом примере сначала положительной, а затем отрицательной.

Напряжение для синусоидальной волны переменного тока

Синусоидальную волну легко представить и понять, но большое количество других форм волны также могут составлять переменную форму волны с переменным током.

Есть несколько важных моментов в отношении чередующихся сигналов. Первый — это период времени для сигнала. Это время от точки в одном цикле формы волны до идентичной пинты в следующем цикле. Часто пик легче всего увидеть, как показано, но можно взять любую точку — например, когда определенное напряжение достигается в заданном направлении — это может быть точка срабатывания напряжения и т. Д.Нулевые переходы — еще одна возможность, которую легко идентифицировать.

Еще одна особенность переменного сигнала — его частота. Это количество раз, когда заданная точка формы сигнала видна в течение секунды, и измеряется в герцах, Гц, где 1 Гц — это один цикл в секунду. Показанный пример имеет частоту 3 Гц, так как в течение секунды наблюдаются три цикла.

В качестве других примеров частота электросети составляет 50 или 60 Гц в зависимости от страны. В Европе и многих других странах используется 50 Гц, тогда как в Северной Америке, странах Карибского бассейна и некоторых странах Южной Америки используется 60 Гц.

Приложения переменного тока

Переменный ток обычно используется для распределения энергии. Его преимущество состоит в том, что его можно легко преобразовать в другие напряжения с помощью простого трансформатора — трансформаторы не работают с постоянным током.

Если мощность распределяется при высоком напряжении, потери намного ниже. Возьмем, к примеру, источник питания 250 В с током 4 А и сопротивлением провода 1 Ом. В качестве мощности, Вт = вольт x ампер, передаваемая мощность составляет 1000 Вт.Потери мощности составляют I 2 x R = 16 Вт.

При передаче электроэнергии высокого напряжения используется переменный ток

Если линия напряжения передает 4 А, но имеет напряжение 250 000 вольт, то есть 250 кВ, и линия передает 4 А, тогда потери мощности остаются такими же, но в целом Система передачи несет 1 МВт, а 16 Вт — это почти незначительные потери.

Именно по этой причине для передачи электроэнергии используются высокие напряжения, которые затем снижаются до относительно безопасного уровня для использования в жилых и коммерческих помещениях.

Ввиду того, что в системе питания используется переменный ток, он также используется в двигателях, для отопления и во многих других изделиях без необходимости его преобразования в постоянный ток.

переменного тока и постоянного тока

Во многих областях может быть принято решение о выборе переменного или постоянного тока и о том, какая форма питания лучше всего подходит для данного приложения.

Переменный ток, переменный ток и постоянный ток, постоянный ток имеют свои преимущества и недостатки, но это означает, что есть возможность выбрать лучший вариант для любого конкретного использования или применения.Переменный ток, переменный ток, как правило, используется для распределения электроэнергии, поэтому сетевые розетки в наших домах и на работе обеспечивают переменный ток для питания всего, что необходимо, но постоянный ток более широко используется для самих плат электроники и для многих другие приложения.

Источники переменного и постоянного тока широко используются в электротехнической и электронной промышленности, причем каждый в своей области.

И переменный, и постоянный ток могут обеспечивать передачу электроэнергии, но с немного разными преимуществами.

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Voltage Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность РЧ шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .

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.

Так как 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 основано 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 электропередач 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 синусоида, 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.

Этот 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 стоимость. 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 закончили изучать над содержанием курса, вам нужно 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 любая и вся вытекающая из этого ответственность.


Что такое электрический ток?

Когда вы подключаете провода к клеммам аккумулятора, заряд может течь, и образуется полный путь, называемый цепью.Этот поток заряда называется током . Символом тока является буква I, а единицей измерения является ампер. Чем выше ток, протекающий по проводу, тем больше заряда проходит.

Как заряд проходит через контур?

Когда к клеммам аккумуляторной батареи прикреплен медный провод, идет заряд. Если надеть на клеммы резинку, заряд не сдвинется. Почему это? Причина кроется в свойствах меди, которая является хорошим проводником заряда.Материал, который является хорошими проводниками, имеет слабо удерживаемые электроны. Движение электронов происходит очень быстро, переходя от атома к атому по проводу. Для перемещения заряда между двумя точками должна быть разность потенциалов .

Существует взаимосвязь между электрическим потенциалом и электрическим током. Эта взаимосвязь была впервые экспериментально продемонстрирована ученым по имени Джордж Саймон Ом.

В чем разница между электрическим током и потоком электронов? Почему они разошлись?

По этому поводу до сих пор существует большая путаница.Это происходит из-за того, что Бенджамин Франклин впервые открыл электричество, он думал, что это положительные заряды, движущиеся по проводу. Таким образом, ток был определен как поток положительного заряда , который двигался в металлических проводах, с которыми он играл (это часто называют током по конвенции). Теперь мы знаем, что Франклин ошибался — отрицательные (электроны) заряды двигались в направлении , противоположном направлению его положительного заряда в проводе.Важно отметить, что положительные заряды не движутся в медной проволоке, но в других случаях, например, в растворах, перемещаются как отрицательные, так и положительные заряды.

Что такое закон Ома?

Закон

Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через резистор между двумя точками, связан с разностью напряжений между двумя точками и обратно пропорционален электрическому сопротивлению между двумя точками. Эта связь показана в следующем письме

.

Где I — ток в амперах, V — разность потенциалов в вольтах, а R — постоянная, измеряемая в омах, называемая сопротивлением.

Ток прямо пропорционален потере напряжения через резистор. То есть, если удваивается ток, то увеличивается и напряжение. Чтобы ток протекал через сопротивление, на этом сопротивлении должно быть напряжение. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R). Это можно записать тремя способами:

Направление тока

Электроны, движущиеся по проволоке, могут непрерывно перемещаться по проволоке в одном и том же направлении.Это называется постоянным током. Электричество от сухих элементов или батарей является примером постоянного тока. Электроны также могут регулярно менять или менять свое направление. Это называется переменным током. Электроэнергия в вашем доме — переменный ток. В Соединенных Штатах ток меняет направление 120 раз в секунду.

В чем разница между преимуществами и недостатками постоянного и переменного тока?

Постоянный ток

Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа.Постоянный ток может течь не только по проводам, но и по полупроводникам. Постоянный ток можно получить из переменного тока с помощью выпрямителя .

В первой коммерческой передаче электроэнергии, разработанной Томасом Эдисоном, использовался постоянный ток.

DC обычно используется во многих низковольтных устройствах, особенно там, где они питаются от батарей. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока является устройством переменного тока, которое используется для выработки постоянного тока.Большинству электронных устройств требуется постоянный ток.

Переменный ток

Переменный ток — это способ подачи электроэнергии в дома и на предприятия. Первое зарегистрированное применение переменного тока было сделано Гийомом Дюшенном, который изобрел электротерапию. Он пришел к выводу, что переменный ток превосходит постоянный ток для электротеплового запуска мышечных сокращений. Силовой трансформатор был впервые продемонстрирован в Лондоне в 1881 году Люсьеном Гауляром и вызвал интерес у Вестингауза.Хотя они подали заявку на патенты на свои технологии, они были отменены, потому что Никола Тесла смог продемонстрировать предыдущие работы в этой области. Никола Тесла наиболее известен разработкой современной системы электроснабжения переменного тока.

Напряжение переменного тока может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформатора. Использование высокого напряжения приводит к значительно большей эффективности передачи энергии. Недостатком высокого напряжения является необходимость большей изоляции.

Как измерить электрический ток?

Амперметр — это прибор для измерения тока.(IMGE НЕОБХОДИМО (. Амперметр

Амперметр измеряет количество электронов, проходящих через измеритель каждую секунду. Ток измеряется в единицах, называемых амперами. Чтобы использовать амперметр, вы подключаете его последовательно к нагрузке, которую вы используете. (См. Изображение выше.)

Для измерения напряжения или электрического потенциала вы включаете вольтметр в цепь параллельно. Вольтметр должен быть подключен параллельно, чтобы измерить напряжение устройства, потому что объекты, подключенные параллельно, испытывают одинаковую разность потенциалов.См. Изображение ниже.

Связь между электрическим током и магнитными полями

Связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами была впервые обнаружена Гансом Кристианом Орстедом в 1820 году. Он наблюдал, как стрелка компаса отклонялась от направления на север, когда по соседнему проводу протекал ток. Это было известно как касательный гальванометр. Тангенциальный гальванометр использовался для измерения токов с использованием этого эффекта.Возвращающей силой к обнулению счетчика в этой системе была сила магнитного поля Земли. Таким образом, измеритель можно было использовать только тогда, когда он был привязан к магнитному полю Земли. Чувствительность прибора стала возможной за счет увеличения числа витков используемого провода.


Проверьте свой Понимание:

Электрический ток

Единица электрического заряда — кулон (сокращенно C).Обычная материя состоит из атомов, которые имеют положительно заряженные ядра и окружающие их отрицательно заряженные электроны. Заряд квантуется как кратное заряду электрона или протона:


Влияние зарядов характеризуется силами между ними (закон Кулона) и создаваемым ими электрическим полем и напряжением. Один кулон заряда — это заряд, который будет проходить через лампочку мощностью 120 ватт (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона каждый, разделенный метром, будет отталкивать друг друга с силой около миллиона тонн!

Скорость прохождения электрического заряда называется электрическим током и измеряется в амперах.

Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно указать, что мы используем упрощенные наброски и конструкции, чтобы представить концепции, и в истории неизбежно гораздо больше. Не имеет значения следует прикрепить к кружкам, представляющим протон и электрон, в чувство подразумевая относительный размер, или даже то, что они являются твердой сферой объекты, хотя это полезная первая конструкция. Самое важное начальная идея, электрически, состоит в том, что они обладают свойством, называемым «заряд», который одинаковый размер, но противоположные по полярности для протона и электрона.В протон имеет 1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера стоимость только скорее положительный, чем отрицательный. Даже термины «положительный» и «отрицательные» произвольные, но хорошо укоренившиеся исторические ярлыки. Самое важное значение в том, что протон и электрон будут сильно притягивать друг друга. другое — исторический архетип клише «противоположности притягиваются». Два протоны или два электрона сильно отталкиваются друг от друга. Однажды ты имеют установил эти основные представления об электричестве, «как заряды отталкивать и в отличие от обвинений привлекают «, то у вас есть основание для электричество и можно строить оттуда.

Из точной электрической нейтральности объемного вещества, а также из подробных микроскопических экспериментов мы знаем, что протон и электрон имеют одинаковую величину заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, кратны этим фундаментальным зарядам. Хотя стандартная модель протона изображает его состоящим из дробно заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются изолированно — всегда в комбинациях, которые производят +/- заряд электрона.

Изолированный одиночный заряд можно назвать «электрическим монополем». Равные положительный и отрицательный заряды, помещенные близко друг к другу, составляют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс для любого числа полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят важное применение в физических явлениях.

Одна из фундаментальных симметрий природы — сохранение электрического заряда.Ни один из известных физических процессов не приводит к чистому изменению электрического заряда.

Переменный ток и постоянный ток и его применение

Как переменный ток, так и постоянный ток описывает два типа тока, протекающего в цепи. В постоянном токе электрический заряд или ток течет в одном направлении. В переменном токе электрический заряд периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также иногда меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.Большая часть цифровой электроники, которую вы создаете, используя постоянный ток. Тем не менее, некоторые концепции переменного тока легко понять. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы хотите подключить свой проект мелодии Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. У переменного тока также есть некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента, например, трансформатора, поэтому изначально мы должны выбрать средства переменного тока для передачи электроэнергии на большие расстояния.


Что такое переменный ток (AC)

Переменный ток означает поток заряда, который периодически меняет направление.В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. AC используется для электроснабжения домов, зданий, офисов и т. Д.

Генерация переменного тока

переменного тока может быть произведен с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.

Генерация переменного тока

Проволочная петля вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода происходит от различных ресурсов, таких как паровая турбина, ветряная турбина, проточная вода и так далее.Поскольку провод периодически поворачивается и меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот небольшая анимация, демонстрирующая этот принцип:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы подключаем механические характеристики поршня, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток).

Формы сигналов

AC может иметь несколько форм сигналов, если ток и напряжение чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения, в течение длительного времени мы можем увидеть несколько различных форм сигналов.Синусоидальная волна — наиболее распространенный тип переменного тока. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Синусоидальная волна

Другие формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну. Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике, а также используются для тестирования их работы.


Прямоугольная волна

Треугольная волна полезна для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Треугольная волна
, описывающая синусоидальную волну

Нам часто нужно описать форму волны переменного тока в математических терминах.В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоидальная волна состоит из трех частей: частоты, амплитуды и фазы.

Рассматривая только напряжение, мы можем описать математическое уравнение синусоиды:

В (t) = Vp sin (2πft + Ø)

В (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.

ВП — амплитуда. Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, означает, что наше напряжение может быть + VP вольт, -VP вольт.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов или в герцах в угловую частоту (радиан в секунду).

f указывает частоту синусоидальной волны. Это указывается в герцах или единицах в секунду.

t — наша зависимая переменная: время (измеряется в секундах). По мере того, как меняется время, наша форма волны меняется.

φ описывает фазу синусоидальной волны.Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360, которое измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота).Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение

В (t) = 170 sin (2π60t)

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos.

Приложения

Розетки для дома и офиса почти всегда используются в сети переменного тока. Это связано с тем, что создание и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. При высоком напряжении, например, более 110 кВ, при передаче электроэнергии теряется меньше энергии.Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовать из высокого напряжения с помощью трансформаторов.

AC также может приводить в действие электродвигатели. Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

Что такое постоянный ток (DC)

Постоянный ток означает однонаправленный поток электрического заряда.Он производится из таких источников, как батареи, источники питания, солнечные элементы, термопары или динамо-машины. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через изоляторы, полупроводники или вакуум, как в электронных или ионных пучках.

Генерация постоянного тока

DC можно создать несколькими способами

  • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
  • Преобразование переменного тока в постоянный с помощью устройства, называемого «выпрямитель»
  • Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Генерация DC

. Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; и ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться в течение длительного времени, поэтому направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, батарея обеспечивает 1.5 В, которое можно описать математическим уравнением как:

В (t) = 1,5 В

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение

График DC

Приведенный выше график означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

  • Сотовые телефоны
  • Фонари \
  • D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
  • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который преобразуется в постоянный ток)
  • Гибридные и электромобили

Таким образом, речь идет о переменном токе, постоянном токе и их применениях.Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или любых электрических и электронных проектов, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, в чем разница между переменным током и постоянным током ?

Фото:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.