Определение постоянного и переменного тока: переменный и постоянный ток — это НЕ сложно

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

Что такое постоянный и переменный ток определение. Постоянный и переменный ток. Получение электрического тока

Переменный электрический ток
(AC, аббревиатрура от англ. alternating current) — это меняющийся по своей величине и направлению с определенной периодичностью электрический ток. В электротехнике в качестве буквенного обозначения электрического тока принято использовать знак тильда (~).

Источниками переменного электрического тока служат генераторы переменного тока, создающие переменную электродвижущую силу, изменение величины и направления которой происходит через определенные промежутки времени.

Основные параметры переменного тока

Для его описания используют следующие параметры (см. график):

• Период (T)
  
  — длительность времени в течение которого электрический ток совершает один полный цикл изменений, возвращаясь к своей начальной величине;
• Частота (f)
  
  — параметр, определяющий количество полных колебаний электрического тока за одну секунду, единица измерения — 1 Герц (Гц). Так, напр. стандарт частоты тока, принятый в отечественных энергосистемах составляет 50 Гц или 50 колебаний в секунду.
• Амплитуда тока (Im)
  
  — максимальное достигаемое мгновенное значение величины тока за период, как видно из представленного графика — высота синусоиды;
• Фаза
  
  — состояние переменного синусоидального электрического тока: мгновенное значение, изменение направления, возрастание (убывание) в цепи. Переменный ток может быть как однофазным, так и многофазным.

Наибольшее распространение получили трехфазные системы, представляющие собой три отдельных эл. цепей с одинаковой частотой и ЭДС, с углом сдвига φ=120°. Более подробно с понятием можно ознакомиться в статье Принцип создания трехфазной цепи переменного тока.

Применение переменного тока

Переменный синусоидальный электрический ток используется практически во всех отраслях хозяйства. Широкое применение переменного тока обусловлено во многом экономической эффективностью его использования в системах электроснабжения, простотой в преобразовании из энергии низкого напряжения в энергию более высокого напряжения и наоборот.

Эта возможность позволяет уменьшить потери электроэнергии при ее передаче на большие расстояние по проводам, существенно снизив площадь их поперечного сечения.

Электроэнергия в современном мире существует в двух видах. Одна её ипостась – постоянный ток, а вторая – переменный. Разница между ними принципиальная и то, что доступно одному виду электричества, недоступно другому. Так, постоянный ток известен людям очень давно, а переменный был поставлен человеком на службу цивилизации буквально сегодня по историческим меркам. Данная статья посвящена рассмотрению различий и мест применения электроэнергии с постоянной и переменной составляющей.

Постоянный ток, его происхождение и применение

С источниками постоянного тока мы сталкиваемся ежесекундно. Когда вы читаете эту статью с экрана своего монитора, в том, что вы различаете буквы, есть заслуга постоянного тока. Именно от источников постоянного тока запитан компьютер и все его микросхемы. Именно перепадами между уровнями сигнала, соответствующим нулю и единице, мы обязаны существованию цифровой вселенной. Постоянный ток протекает в фонарике и мобильном телефоне, в автомобиле и множестве других устройств бытового и специального назначения, где есть хоть один транзистор или диод.

Вместе с тем, способы получения и применение постоянного тока были известны еще во времена Древнего Мира. Археологами, производящими раскопки в долине Евфрата, были найдены странные керамические сосуды в жилище некоторых ювелиров. Сосуды имели устройство, схожее с гальванической батареей и соединялись между собой медной проволокой. Каково же было удивление археологов, когда они ради эксперимента заполнили один из сосудов кислотой и получили на его полюсах потенциал, равный полутора вольтам! Оказалось, что блоки батарей древние ювелиры применяли для гальванического покрытия ювелирных изделий различными металлами, что и подтвердили готовые образцы изделий, которые часто попадались ученым ранее.

Есть гипотезы, говорящие в пользу того, что при строительстве пирамид в Египте использовали электричество для освещения залов и коридоров в тех местах, где наносили росписи барельефы. Ученые спорят до сих пор по этому поводу, так как есть предположение о том, что свет подавали при помощи системы зеркал с поверхности. Как бы то ни было, но следов копоти на стенах древних залов с росписями не обнаружено и это факт, который остается необъяснимым до сих пор. Ясно одно, что шумеры умели пользоваться электричеством, а жили они раньше египетской цивилизации.

В современном понимании постоянный ток возникает в замкнутой цепи, состоящей из источника постоянного тока, например, аккумуляторной или химической батареи, проводников и нагрузки. В качестве нагрузки может выступать материал с электрическим сопротивлением, гораздо большим, нежели сопротивление проводников, замыкающих электрическую цепь. Это может быть лампочка с вольфрамовой спиралью или реостат из нихромовой проволоки или любая другая нагрузка, сопротивление которой имеет значение, отличное от нуля.

Получают постоянный ток различными способами. Самый древний из них – химический, основанный на возникновении разницы потенциалов между проводниками из разных материалов, помещенных в кислотную или щелочную среду. Химические батареи и аккумуляторы используются людьми не одно тысячелетие и сегодня они в ходу, только в очень усовершенствованном виде по сравнению со своими древними предками. Более современные источники постоянного тока – фотоэлементы, позволяющие получать разницу потенциалов при облучении их Солнцем и генераторы постоянного тока, которые приводят в действие при помощи механической энергии, прилагаемой снаружи. Сегодня генераторы постоянного тока наиболее распространены в ветроустановках с преобразователем напряжения.

Постоянный ток движет поезда на железной дороге. Электрифицированные участки сегодня составляют значительную величину по протяженности в нашей стране. Постоянный ток применяют и для передачи на большие расстояния значительных мощностей электрической энергии при сверхвысоких потенциалах.

При всей широте применения постоянного тока имеются значительные ограничения, которые препятствуют использованию его в повседневной деятельности для питания бытовых приборов и промышленных установок. Связано это с большими потерями на омическое сопротивление в проводниках, что сказывается самым негативным образом на работе осветительного и прочего оборудования. Для того чтобы снизить потери, необходимо применять проводники большего сечения, причем, альтернативы меди здесь практически нет. А медные провода весьма дороги.

Это препятствие заставило ученых искать иные способы получения и передачи электроэнергии на любые расстояния практически без потерь. Ныне в этой области человеческой деятельности главную роль играет переменный ток.

Переменный ток — происхождение и применение

Появление генераторов и систем передачи энергии переменного тока стало одним из важнейших достижений девятнадцатого века. При этом научные изыскания в этой сфере велись с самого начала столетия. В основу исследований были положены теоретические расчеты, которые показывали, что переменное магнитное поле должно вызывать переменное электрическое поле, которое в свою очередь вызывает снова переменное магнитное поле и процесс этот может протекать до бесконечности. При значительной частоте колебаний образуются электромагнитные волны, способные свободно распространяться в пространстве, а при незначительной частоте почти вся энергия остается в проводнике, по которому происходит её передача.

Самый простой способ возбудить электрические колебания с переменной амплитудой напряжения – перемещать постоянный магнит внутри рамки с изолированным проводом. При этом, чем больше количество витков в рамке и чем мощнее магнит, тем выше максимальное значение амплитуды напряжения, которое может зарегистрировать вольтметр на зажимах обмотки рамки.

Важной особенностью переменного напряжения является смена полярности при прохождении магнита в обратную сторону. А так же прохождение нулевой отметки значения амплитуды напряжения при смене полярности. Такое поведение напряжения, а значит и тока при подключении нагрузки, позволяет очень легко преобразовывать переменное напряжение в другие величины при помощи трансформаторов, что открывает отличные перспективы для передачи практически без потерь значительных мощностей на любые расстояния, что недостижимо для установок постоянного тока, кроме работающих на сверхвысоких напряжениях.

Первые генераторы переменного тока были разработаны Теслой и Эдисоном. Тесла разработал трехфазную схему производства и передачи электроэнергии на большие расстояния. Он же предложил принцип трансформации напряжения в зависимости от решаемых задач. Так, для потребления электроэнергии конечными установками он предложил ввести переменное напряжение частотой 50 или 60 Гц с амплитудой 110, 127 или 220 вольт, а для передачи на большие расстояния рекомендовал повышать напряжение до 10 тысяч вольт и выше. При высоких напряжениях для передачи по проводнику одинаковой мощности требуется меньший ток, а чем он меньше, тем меньше потери в проводнике. Поэтому сегодня в линии электропередач подают переменное напряжение с амплитудой до 330 кВ.

Простое преобразование напряжений открывает очень широкие возможности для прямого использования переменного тока. Так, существующие асинхронные трехфазные и однофазные двигатели, осветительные приборы, обогреватели и многие другие бытовые приборы могут работать непосредственно от сети, а более сложная радиотехника и устройства с автоматикой, требующие для работы наличие постоянного напряжения, приспособлены для получения его прямо на месте из переменного сетевого напряжения. Так сводят к минимуму потери постоянного тока в проводниках.

Перспективы совместного существования переменного и постоянного тока

Ученых и практиков от электротехники давно занимает вопрос соединения воедино положительных качеств переменного и постоянного тока. Подобные решения стали возможны, благодаря появлению мощных импульсных полупроводниковых вентилей. Сегодня ни у кого не вызывают удивления инверторные устройства, преобразующие постоянное напряжение в переменное, промышленной частоты, и наоборот. Импульсные источники питания в радиоэлектронной аппаратуре и компьютерной технике стали компактными и мощными, в десятки раз более эффективными по сравнению с источниками питания на обычных трансформаторах.

Сегодня можно утверждать о настоящей революции в сварочном деле, которая произошла благодаря появлению инверторов, значительно облегчивших в прямом и переносном смыслах сварочные аппараты и процессы. Теперь даже те виды сварки, которые считались прерогативой закрытых оборонных предприятий стали доступны любому сварщику, а стоимость производства таких работ, как аргонно-дуговая сварка и полуавтоматическая сварка значительно снизилась. Доступные по цене, легкие переносные сварочные аппараты, которые можно запитывать от обычной розетки в любой квартире, дали возможность проявить свой творческий потенциал многим любителям и профессионалам работы с металлом.

Не менее впечатляющими достижениями импульсной техники могут похвастаться производители источников бесперебойного питания, сетевых импульсных стабилизаторов напряжения, систем получения электроэнергии от альтернативных источников с возможностью аккумулирования и последующего преобразования запасенной энергии при возникновении потребности. Возможности импульсной техники изучены и использованы далеко не полностью. Мы в самом начале этого пути единения постоянного и переменного тока. Совсем не за горами автомобили на электричестве и прочие чудеса, которые станут явью с внедрением новых открытий и разработок в области импульсных источников электроэнергии.

Нажать Класс

Рассказать ВК

Уважаемые посетители сайта!!!

Все изложенное в рубрике «электротехника», — дается для Вас в более простой, доступной форме обучения. Если вникать в теоретические основы электротехники
, то переходить на такое обучение нужно не спонтанно, а постепенно.

Допустим, читаем формулировку правила: «Магнитный поток сквозь поверхность S равен линейному интегралу векторного потенциала по замкнутому контуру, ограничивающему эту поверхность». Данное правило дает понятие об углубленном познании магнитного поля постоянных токов
, такой курс обучения проходят в высших технических учебных заведениях. Конечно-же, нужно стремиться к высшему познанию таких вещей, но для человека, которому допустим нужно починить электроплиту либо какой нибудь электроприбор, такие познания в общем-то просто ни к чему.

Полагаю, что если человек зашел на сайт, — ему нужно получить конечный результат такого продукта — полезной информации. В частности, для данной темы речь пойдет о способах получения электрического
тока
.

Получение переменного тока

Переменный ток вырабатывают генераторы, электрические машины
, — как их принято называть в электротехнике. Следует не забывать и о том, что в зависимости от их применения генераторы бывают как переменного так и постоянного тока. В зависимости от их устройства, генераторы вырабатывают:

• трехфазный ток с выходным напряжением 380 Вольт;
• однофазный ток с выходным напряжением 220 Вольт.

Где именно могут применяться трехфазные генераторы? Да допустим для питания трехфазной тепловой пушки на 6 кВт 380 В для обогрева складского помещения.

Тогда где-же могут применяться однофазные генераторы? Однофазные генераторы как и трехфазные, применяются допустим в больнице — при аварийном отключении электроэнергии.

Генератору, как нам известно, необходимо придать механическое вращение якоря. Каким образом можно придать якорю генератора механическое вращение? Такими источниками служат двигатели внутреннего сгорания:

• газовые;
• бензиновые;
• дизельные

и другие источники, чтобы привести якорь генератора в движение. Другими источниками получения электрической энергии являются:

• ветряные электростанции;
• водяные электростанции;
• турбинные электростанции.

На рисунке показано схематическое изображение устройства генератора переменного тока \рис.1\. Рамку в этом примере можно представить как якорь, состоящий из одного витка провода. Рамка обозначена сторонами А, Б, В, Г. Два проводника \А и Б\ при вращении рамки, пересекают магнитные силовые линии постоянного магнита С, Ю. При пересечении проводниками силовых линий, в проводниках наводится электродвижущая сила — ЭДС. ЭДС двух проводников по своему значению противоположны друг другу в тот момент, когда они пересекают эти силовые линии.

Величина ЭДС \ри.3\, протекающего тока в рамке, будет зависить:

от векличины магнитной индукции постоянного магнита \ N, S\;

длины проводника;

скорости пересечения проводником магнитных силовых линий

и угла наклона проводника \рис.4\ по отношению к силовым линиям постоянного магнита \sin угла альфа между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий поля\.

При вращении рамки в магнитном поле, в ней наводится ЭДС двух противоположных значений и ток, как мы можем заметить на графике \рис.5\ получается пульсирующим. Один период Т состоит из двух противоположных пульсаций тока, верхний полупериод — положительный и нижний полупериод — отрицательный. Полупериод обозначен на графике как 1/2 Т.

Поэтому, ток в этом примере рассматривается как:

пульсирующий;

синусоидальный

либо как еще его называют — переменный ток
.

Получение постоянного тока

Постоянный ток мы получаем от следующих источников, это:

• первичные источники \обыкновенные, простые батарейки\;
• электрохимические аккумуляторы;
• генераторы постоянного тока.

Принцип устройства электрохимических аккумуляторов изображен на рисунке 6. Электрохимические аккумуляторы могут быть возвращены в первоначальное свое состояние под воздействием электрического тока — в процессе их зарядки либо подзарядки.

Первичные источники \элементы\, разнообразные типы батареек \рис.7\, — не могут быть возвращены в свое первоначальное состояние в процессе их зарядки электрическим током, то-есть, такие источники по истечению своего срока эксплуатации подлежат только утилизации.

Различие между генератором переменного тока и генератором постоянного тока состоит в том, что в генераторе постоянного тока размещено большее количество витков в пазах якоря \по сравнению с генератором переменного тока\, а так-же, укреплено четное количество главных и добавочных полюсов на внутренней станине генератора.

Следующий рисунок из себя представляет схему подключения нагрузки к генератору постоянного тока \рис.8\, ток в данной цепи замыкается через нагрузку.

На графике \рис.9\ показаны пульсации тока, выдаваемые генератором постоянного тока. По сравнению с генератором переменного тока, данные пульсации выглядят более сглаженно.

Применение постоянного тока

автомобильный генератор

устройство автомобильного генератора

электростанция для сварки постоянным током

Клещи для измерения силы тока

Токоизмерительные клещи помогут вам точно определить силу тока. Они осуществляют непрямое измерение магнитного поля, окружающего проводник. Таким образом, вам не нужно отключать ток, чтобы проводить измерения непосредственно на электрическом кабеле, поскольку это измерение бесконтактное.

Преимущества токовых клещей testo 770

• Инновационный механизм захвата позволяет легко схватить кабель
• Дополнительные функции: измерение пускового тока, мощности и малых токов в диапазоне мкА
• Возможность работы с приложением testo Smart Probes по Bluetooth

Основные преимущества

Инновационный механизм захвата

Идеально подходит для плотно уложенных кабелей

Автоматическое определение AC/DC

Для более безопасной работы

Работа с мобильным приложением

Для вывода результатов в виде графика и цифрового документирования

Сравнение моделей токоизмерительных клещей testo 770

• • Токоизмерительные клещи testo 770-1
• Базовая модель для быстрого измерения самых важных параметров.
• • Полностью убираемый зубец
• • Автоматическое определение постоянного/переменного тока и измерение истинного СКЗ
• • Батарейки и измерительные щупы в комплекте

• • Токоизмерительные клещи testo 770-2
• Точный универсальный прибор для измерения электрических параметров и температуры.
• • Измерение силы тока в диапазоне мкА
• • Измерение силы пускового тока на электродвигателях
• • Автоматическое определение постоянного/переменного тока и измерение истинного СКЗ
• • Адаптер для термопар типа K для измерения температуры в комплекте

• • Токоизмерительные клещи testo 770-3
• Наша самая мощная модель – с мобильным приложением и Bluetooth.
• • Очень широкий диапазон измерения силы тока и температуры
• • Измерение силы пускового тока на электродвигателях
• • Автоматическое определение постоянного/переменного тока и измерение истинного СКЗ
• • Отображение процесса измерения и цифровое документирование в приложении testo Smart Probes

Сферы применения:

Точные токоизмерительные клещи для разных сфер применения

Складывающийся зубец позволяет легко захватывать плотно уложенные кабели. Благодаря этому вы сможете измерить силу тока, даже если вы не можете временно отключить систему. Токоизмерительные клещи позволяют одновременно регистрировать множество измеряемых параметров, обеспечивая решение разных измерительных задач и чёткий сбор данных.

При работе с токоизмерительными клещами необходимо учитывать две особенности:

• можно одновременно захватить и измерить только один проводник,
• если клещи захватывают весь кабель, включая проводник и обратный проводник, измеряется только ток утечки.
   

Точное измерение тока утечки

Зонд для измерения тока утечки – важный прибор для точных измерений в области электроники. В отличие от классических токоизмерительных клещей, эти диагностические приборы обладают повышенной чувствительностью, позволяющей измерять силу тока в очень малых диапазонах.

Высококачественные и высокоточные зонды для измерения тока утечки обладают дополнительными функциями, такими как измерение пускового тока и малых токов в диапазоне мкА. Это позволяет вам использовать токоизмерительные клещи для решения следующих задач:

• проверка на обрыв цепи и измерение сопротивления,
• измерение напряжения,
• измерение истинного СКЗ.

Высокоточные токоизмерительные клещи Testo для большей безопасности

Современные измерительные приборы Testo отличаются инновационным механизмом захвата, который облегчает работу с электрощитками. Этот механизм позволяет точно захватывать отдельные провода, обеспечивая точное бесконтактное измерение силы тока и прочих необходимых параметров. Даже когда кабели очень плотно уложены и их диаметр очень мал, вы можете быть уверены в работе токовых клещей и зонда тока утечки. Токоизмерительные клещи оснащены большим двухстрочным дисплеем и функцией автоматического определения постоянного и переменного тока. Мы предлагаем три модели токоизмерительных клещей:

• testo 770-1 с полностью убираемым зубцом для максимального удобства,
• testo 770-2 с дополнительным температурным адаптером и функцией измерения в диапазоне мкА,
• testo 770-3 с оптимизированной функцией измерения истинного СКЗ и с Bluetooth.

Для регистрации статического магнитного поля

Для измерения постоянного тока токовые клещи измеряют сопротивление, которое  зависит от магнитного поля. Это позволяет регистрировать статическое магнитное поле, что необходимо, так как переменного поля с постоянным током не существует.

Магниторезистивные сопротивления, которые для этого необходимы, устанавливаются в немагнитный зазор. Их очень слабый сигнал нужно усиливать электронными средствами, так что измерительные приборы оснащены соответствующим аккумулятором и работают от сети или батареи. Токоизмерительные клещи могут измерять и переменный ток. Помимо измерения силы постоянного и переменного тока в амперах, клещи имеют возможность измерять напряжение переменного и постоянного тока в вольтах. Кроме того, у них есть дополнительные измерительные функции:

• измерение сопротивления (в омах),
• измерение ёмкости (в фарадах),
• измерение частоты (в герцах).

Надёжный помощник во многих ситуациях

Токоизмерительные клещи, предназначенные для измерения силы постоянного тока, подходят для обслуживания и проверки электрических систем и небольших устройств. Однако этот прибор также позволяет измерять электрическую ёмкость или сопротивление, а также проводить проверку на обрыв цепи. Если объект измерения находится в труднодоступном месте, функция hold облегчает считывание показаний.

Полностью убираемый зубец значительно облегчает работу с токоизмерительными клещами Testo в сложных условиях. Вы сможете безопасно и эффективно работать даже с плотно уложенными кабелями в узких распределительных щитках. Дополнительная функция измерения тока утечки помогает вам тестировать электрические параметры и обеспечивать сохранность всей системы. Большой дисплей позволяет вам видеть все результаты измерений, что позволяет вам вовремя предпринять шаги, необходимые для обеспечения изоляции и обслуживания системы.
 

Как легко определить переменный и постоянный ток и найти (+) и (-)… | Домашний мастер

Здравствуйте уважаемые читатели!

Бывают такие случаи, когда нам нужно узнать какой ток протекает по проводам постоянный или переменный, например для подключения какого либо оборудования или приборов и т. д.

Наверно все помнят еще со школьных уроков физики, что переменный ток, это ток, который всегда протекает в одном и том же направлении от плюса(+) к минусу(-) и никак не обратно, его можно накапливать (аккумулировать) в результате химических реакций в аккумуляторных батареях. Переменный же ток (~) может протекать как вперед, так и назад, он не имеет постоянного плюса и минуса, так как они меняются на выходе с постоянной частотой.

Сегодня я расскажу как можно легко выяснить, какой же ток протекает по нашим проводам. Самыми простыми и доступными инструментами являются мультиметр и индикаторная отвертка. Сейчас рассмотрим подробно как определить переменный и постоянный ток, а так же найти плюс(+) и минус(-).

Переменный ток мы можем определить индикаторной отверткой, она нам покажет ноль и фазу, соответственно при ноле она светиться не будет, а на фазе загорится.

Чтобы замерить переменный ток мультиметром, мы выставляем его в положение АС (обозначение в виде синусоиды) на максимально высокое напряжение (значение которого мы пока не знаем) и касаемся щупами выводов, в дальнейшем можно убавить положение переключателя для более точных показаний.

Смена щупов на показания не влияет:

Смена щупов на показания не влияет

Смена щупов на показания не влияет

Смена щупов на показания не влияет

Смена щупов на показания не влияет

Постоянный ток, отвертка конечно же не определит потому, что тело человека используется как заземление, а у постоянного тока есть свой конкретный плюс и свой минус, лампочка загорится только между ними.

Если отвертка не реагирует, тогда берем наш мультиметр, как и в случае с переменным напряжением, выставляем максимально доступное значение DC на мультиметре и замеряем наше постоянное напряжение.

Определение плюса и минуса:

Смотрим на экран мультиметра, если значение написано с минусом спереди, то меняем щупы местами:

Когда минус пропал с экрана, черный щуп с надписью СОМ будет минус, а красный плюс.

Вот так просто мы можем различить переменное и постоянное напряжение и найти плюс и минус (фазу и ноль на переменном напряжении).

Вам также могут быть интересны следующие публикации:

Магнитомягкие материалы:Пермеаметры AMH постоянного и переменного тока.

Параметр	Значение
Диапазон частот	От постоянного тока до 1,2 кГц
Максимальная мощность	Пиковая 2200 ВА
Исследуемый материал	Магнитомягкие
Измеряемые величины	Bsat, Jsat, Hsat, Br, Hc, площадь гистерезиса, μrel, удельные потери Р, разделение потерь
Формы образца	Кольцо или полоса
Размер образца (кольцо)	Нет ограничений (размер влияет на макс. поле Н)
Размер образца (полоса)	30 мм х 300 мм (кратным 4)
Типовая точность измерения (для колец)	Bsat, Br: ±1%; Hsat, Hc: ±1%,μr :±2%; потери: ±3%
Типовая точность измерения (для полос)	Bsat, Br: ±1%; Hsat, Hc: ±1%,μr :±2%; потери: ±3%
Время измерения	60-120 сек
Температурный диапазон работы	15-40 ºС
Блок питания
Выходная мощность	2200 ВА
Частота	50 кГц
Блок измерения
Диапазон частоты	от постоянного тока до 1,2 кГц
Входные аналоговые каналы	8
Разрешение АЦП	16 бит
Частота снятия сигнала	1,25 М/с
Максимальный диапазон напряжения	±11 В пиковое
Генератор импульсов
Частота	от 1 мкГц до 20 МГц (разрешение 1 мкГц)
Амплитуда напряжения	от 20 мВ до 20 В (разрешение 4 разряда)
Разрешение по амплитуде	14 бит
КНИ	0,04%
Веберметр
Модель	Digital Flux
Диапазоны	(1,2,5,10,20,50,100) х 2000 мкмВб
Разрешение	от 1мкВб (диапазон 1) до 100 мкмВб (диапазон 100)
Точность	±0,5%
Дрейф	менее 1 знака/минуту
Программное обеспечение
Операционная система	Windows
Программное обеспечение	Soft2015 (язык англ. )
Подключение	LAN
Питание
Питание	220 В, 50 Гц, 16 А
Габариты	535 x 855 x 1336 мм
Вес	260 кг

Электрические цепи переменного тока

Переменный ток получил гораздо большее распространение в промышленности и в быту, чем постоянный, так как упрощается конструкция электродвигателей, а синхронные генераторы могут быть выполнены на значительно большие мощности и более высокие напряжения, чем генераторы постоянного тока. Переменный ток позволяет легко изменять величину напряжения с помощью трансформаторов, что необходимо при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электрический ток, возникающий под действием э. д. с, которая изменяется по синусоидальному закону, называют переменным. По существу, переменный ток — это вынужденные колебания тока в электрических цепях.
Амплитудой переменного тока называется наибольшее значение, положительное или отрицательное, принимаемое переменным током.
Периодом называется время, в течение которого происходит полное колебание тока в проводнике.
Частота — величина, обратная периоду.
Фазой называется угол или , стоящий под знаком синуса. Фаза характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t=0 фаза называется начальной.
Периодический режим: . К такому режиму может быть отнесен и синусоидальный:

где
— амплитуда;
— начальная фаза;
— угловая скорость вращения ротора генератора.
При f=50Гц T= 1/f=0,02 с, 314рад/с.

График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.

Расчет цепей переменного тока с использованием мгновенных значений тока, напряжения и ЭДС требует громоздкой вычислительной работы. Поэтому изменяющиеся непрерывно во времени токи, напряжения и ЭДС заменяют эквивалентными во времени величинами.
При расчете электрических цепей синусоидальную функцию выражают по формуле Эйлера через экспоненциальные функции:

где

Тогда

где

— поворотный множитель;
— комплексная амплитуда напряжения;
— сопряженная комплексная амплитуда напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение можно представить на комплексной плоскости вращающимся вектором. Тогда амплитудное значение напряжения будет представлять собой модуль или длину вектора напряжения.

Вектор напряжения на комплексной плоскости
Так как в цепи с синусоидальным напряжением ток тоже будет подчиняться этому закону, то аналогично можно записать

где
— комплексная амплитуда тока; *
— сопряженная комплексная амплитуда тока.
Разделив напряжение на ток, получим закон Ома в комплексном виде:

При напряжение на сопротивлении согласно закону Ома . Таким образом, следует отметить, что на активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе и (см. рисунок).

Кривые напряжения и тока в активном сопротивлении

Величину переменного напряжения или тока можно оценить значением амплитуды или средним значением за полупериод или действующим значением. При изменении напряжения или тока по закону синуса среднее значение напряжения определяется:

При большой частоте вращения ротора генератора, т. е. при большой частоте колебаний э. д. с. и силы тока, измерять их амплитуды на практике крайне неудобно. По этой причине ввели величины, названные действующими значениями э. д. с, силы тока и напряжения.
Действующим значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, при прохождении которого по той же цепи и за то же время выделяется такое же количество теплоты, как и при прохождении переменного тока.

откуда

При синусоидальном законе действующие значения тока и напряжения:

Приборы электромагнитной системы, применяемые для измерений напряжений и токов на переменном токе, регистрируют действующие значения. Соответственно градуируются и шкалы этих приборов

Кривые напряжения и тока в индуктивном сопротивлении

Напряжение на индуктивности определяется выражением

где

-индуктивное сопротивленияе
Индуктивное сопротивление выражают в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с катушкой индуктивности.
В идеальной индуктивности ток отстает от напряжения на 90°.

Если напряжение на емкости меняется по закону синуса , то

-емкостное сопротивление.
Емкостное сопротивление выражается в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с конденсатором.
Кривые напряжения и тока в емкостном сопротивлении
В идеальной емкости ток опережает напряжение на 90°

Режим — состояние электрической цепи переменного тока описывается дифференциальными уравнениями, представляющими собой уравнения с постоянными коэффициентами и правой частью, например:

Из курса высшей математики известно, что общее решение такого уравнения может быть найдено методом наложения принужденного и свободного режимов:

где
— ток принужденного режима при di/dt=0
— ток свободного режима.
Свободные процессы исследуются с целью определения устойчивости системы. В устойчивой системе процессы должны затухать. Принужденный и свободный режимы в сумме определяют процессы, которые называются переходными, т.е. осуществляется переход от одного установившегося режима к другому.
При установившемся режиме ток и напряжение сохраняют в течение длительного времени амплитудные значения.
В цепях постоянного тока токи и напряжения остаются неизменными, а в цепях переменного тока остаются неизменными кривые изменения токов и напряжений.

Мощность цепи переменного тока

В периодическом синусоидальном режиме

Используя известное тригонометрическое преобразование

и обозначив , получим

Среднее за период значение гармонической функции удвоенной частоты равно нулю.
Измерение мгновенного значения мощности переменного тока затруднено из-за сравнительно большой частоты колебаний (v = 50 Гц). Поэтому на практике принято пользоваться средней мощностью тока. Средняя мощность — это отношение энергии, потребляемой за один период, к периоду:

где
— энергетическое значение коэффициента мощности,

Потребляемая на участке цепи с резистором средняя мощность получила название активной мощности. Она необратимо преобразуется в джоулеву теплоту и другие виды энергии. Мощность, потребляемую на участках цепи с емкостным и индуктивным сопротивлениями, называют реактивной мощностью.
При передаче электрической энергии по цепи переменного тока ее необратимые преобразования происходят только на тех участках цепи, которые содержат резисторы. Такие участки цепи называют активной нагрузкой. На активной нагрузке электроэнергия превращается в теплоту или механическую работу.
Участок цепи с индуктивностью или емкостью называют реактивной нагрузкой. На участках цепи, которые состоят из чистых емкостных или индуктивных сопротивлений, электроэнергия не потребляется. В цепи с реактивными нагрузками происходит только перекачка энергии от генератора к нагрузке и обратно с неизбежными потерями в подводящих проводах.

При заданных Р и U ток является функцией cosj. Потери мощности на сопротивлении
В цепи с резистором j=0.

Коэффициент мощности cosj показывает, какая часть полной мощности, вырабатываемой генератором и передаваемой нагрузке, необратимо используется нагрузкой. Он играет важную роль в электротехнике. В самом деле, если в цепи имеется значительный сдвиг по фазе между колебаниями тока и э. д. с, то коэффициент мощности мал и нагрузка потребляет от генератора малую активную мощность. Вместе с тем генератор должен вырабатывать полную мощность S. Эту же мощность должен отдавать генератору первичный двигатель. Таким образом, при низком коэффициенте мощности нагрузка потребляет лишь часть энергии, которую вырабатывает генератор. Оставшаяся часть энергии перекачивается периодически от генератора к потребителю и обратно и рассеивается в линиях электропередачи.
Максимально благоприятные условия передачи электроэнергии создаются в цепи, работающей в режиме резонанса. В самом деле, при приближении к резонансу амплитуда силы тока оказывается максимальной и коэффициент мощности стремится к единице. В этом случае активная мощность приближается к полной мощности, т. е. достигает максимума.
Повышение к. м. является важной народнохозяйственной задачей, от решения которой зависит эффективность использования вырабатываемой электроэнергии.
Уменьшение к. м. в промышленных цепях происходит в основном за счет содержащихся в них трансформаторов и асинхронных электродвигателей, имеющих значительные индуктивные сопротивления. Поэтому повысить к. м. при таких нагрузках можно путем подключения параллельно основной цепи компенсирующих конденсаторов, позволяющих приблизиться к режиму резонанса токов.
С целью повышения к. м. и экономии электроэнергии не следует допускать холостого хода (т. е. работы без нагрузки) трансформаторов и асинхронных электродвигателей, ибо в этом случае они представляют собой чисто индуктивные сопротивления и вызывают дополнительные потери мощности.
Коэффициент мощности (к. м.) ни в коем случае нельзя путать с коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Так, например, при определенном соотношении емкости и индуктивности коэффициент мощности в данной цепи может оказаться равным единице. Коэффициент же полезного действия цепи всегда меньше единицы.

Мощность цепи переменного тока

Мощность в активном сопротивлении

Мгновенное значение мощности для цепи с резистором:

Из рисунка видно, что потребляемая резистором мгновенная мощность остается все время положительной, но пульсирует с удвоенной по отношению к силе тока и э. д. с. частотой.

Действующее значение мощности:

Активная мощность в цепи с идеальной катушкой индуктивности и конденсатором равна 0. Реактивная мощность определяется выражением:

Аналогично можно проделать для цепи с идеальным конденсатором:

В произвольной цепи переменного тока потребляемая одновременно активной и реактивной нагрузками суммарная мощность

Но так как , следовательно, . Мы приходим к выводу, что суммарная средняя мощность, потребляемая полной цепью переменного тока, равна активной мощности.

где S — полная мощность, вырабатываемая генератором переменного тока, ВА;
a — сдвиг по фазе между колебаниями э. д. с. и силы тока.

Цепи переменного тока. Определение и основные характеристики.

Приветствую всех на нашем сайте в рубрике «Основы электроники»! В предыдущей статье мы обсудили понятия тока, напряжения и сопротивления, но все наши примеры были связаны только с постоянным током, поэтому сегодня мы будем разбираться с переменным. Итак, переходим от слов к делу.

Давайте для начала выясним, какова же область применения цепей переменного тока. А область довольно-таки обширна. Смотрите сами — все бытовые электронные приборы, компьютеры, телевизоры и т. д. являются потребителями переменного тока, соответственно, все розетки в доме работают именно с переменным током.

Почему же для данных целей не используется постоянный ток? На этот вопрос можно дать сразу несколько ответов. Во-первых, гораздо проще преобразовать напряжение переменного тока одной величины в напряжение другой величины, чем произвести аналогичные действия с постоянным током. Данные преобразования осуществляются при помощи трансформаторов, о которых мы обязательно поговорим в рамках нашего курса.

Логичным образом возникает вопрос — зачем вообще нужно изменять напряжение переменного тока? С этим тоже все просто и логично. Для примера рассмотрим передачу сигнала с электростанции в отдельно взятый дом:

С электростанции «выходит» высоковольтное переменное напряжение, затем оно преобразуется в низковольтное (к примеру, 220В), а затем уже по низковольтным линиям передачи достигает своей цели — а именно потребителей. Возникает еще один вопрос — к чему такие сложности? Разберемся и с ним.

Задачей электростанции является генерировать и передавать сигнал большой(!) мощности (ведь потребителей много). Поскольку величина мощности прямо пропорциональна и значению тока, и значению напряжения, то для достижения необходимой мощности нужно, соответственно, либо увеличивать ток, либо напряжение сигнала. Увеличивать значение тока, протекающего по проводам довольно проблематично, ведь чем больше ток, тем больше должна быть площадь поперечного сечения провода. Это связано с тем, что, чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление (вспоминаем формулу из статьи про сопротивление). Чем больше сопротивление, тем больше будет нагреваться провод и, соответственно, рано или поздно он прогорит.

Таким образом, использование токов огромной величины нецелесообразно, да и экономически невыгодно (нужны «толстые» провода). Поэтому мы логически приходим к выводу, что абсолютно необходимо передавать сигнал с большим значением напряжения. А поскольку в домах у нас требуются низковольтные цепи переменного тока, то сразу же становится понятно, что преобразование напряжения просто неизбежно. А из этого и вытекает преимущество переменного тока над постоянным (именно для данных целей), поскольку как мы уже упомянули — преобразовывать напряжение переменного тока на порядок легче, чем постоянного.

Ну и еще одно важное преимущество переменного тока — его просто проще получать. И раз уж мы вышли на эту тему, то давайте как раз-таки и рассмотрим пример генератора переменного тока.

Генератор переменного тока.

Итак, генератор — это электротехническое устройство, задачей которого является преобразование механической энергии в энергию переменного тока. Давайте рассмотрим пример:

На рисунке мы видим классический пример генератора переменного тока. Осталось разобраться, как он работает, и откуда появляется ток.

Но для начала пару слов об основных узлах. В состав генератора входит постоянный магнит (индуктор), создающий магнитное поле. Также может использоваться электромагнит. Вращающаяся рамка носит название якоря. В данном случае якорь генератора имеет только одну обмотку/рамку. Именно эта обмотка и является цепью переменного тока, то есть именно с нее в результате снимается переменный ток. Переходим к принципу работы генератора. {\prime}(t) = BSw\medspace sin(\alpha) = BSw\medspace sin(wt)

Эта ЭДС и используется для создания тока в цепи (возникает разность потенциалов и, соответственно, начинает течь ток). Как уже видно из формулы — зависимость тока от времени будет иметь синусоидальный характер:

Именно такой сигнал (синусоидальный) и используется во всех бытовых цепях переменного тока. Давайте поподробнее остановимся на основных параметрах, а заодно рассмотрим основные формулы и зависимости.

Основные параметры синусоидального сигнала.

На этом рисунке изображено два сигнала (красный и синий 👍). Отличаются они только одним параметром — а именно начальной фазой. Начальная фаза — это фаза сигнала в начальный момент времени, то есть при t = 0. При обсуждении генератора мы приняли величину \alpha_0 равной нулю, так вот это и есть начальная фаза. Для данных графиков уравнения выглядят следующим образом:

Синий: i(t) = I_msin(wt)

Красный: i(t) = I_msin(wt + \beta)

Для второй формулы (wt + \beta) это фаза переменного тока, а \beta — это начальная фаза. Ti(t)\,\mathrm{d}t

Эта формула представляет собой не что иное, как суммирование всех мгновенных значений переменного тока. А среднее значение синуса за период равно 0, соответственно:

На этом мы на сегодня и заканчиваем, надеюсь, что статья получилась понятной. В скором времени мы продолжим познавательную деятельность в рамках нашего нового курса, так что следите за обновлениями 🤝

Методы постоянного тока – обзор

4.4 Сопротивление ионообменных мембранных систем

Сопротивление, с которым сталкиваются ионы при транспортировке через раствор и мембраны в электродиализной системе, является одним из наиболее важных свойств для жизнеспособности разделения, поскольку более низкая сопротивление, тем меньше потребление энергии в процессе ЭД. Общее сопротивление электродиализа представляет собой сумму различных сопротивлений, с которыми сталкиваются ионы во время их переноса.Его значение зависит от некоторых факторов, неразрывно связанных с мембраной, типом раствора и конфигурацией клетки, например, расстоянием между мембранами и электродами [9, 191]. В промышленности межмембранное расстояние имеет тенденцию быть наименьшим для снижения сопротивления и обычно составляет 0,5-2 мм [2].

Мембраны большой толщины и мембраны с армирующими волокнами обладают высоким электрическим сопротивлением. Гетерогенные мембраны в целом также обладают высоким электрическим сопротивлением из-за более извилистого пути прохождения противоионов.Мембраны с высокой концентрацией фиксированных заряженных групп (ионообменная способность) в матрице обычно имеют низкое сопротивление из-за сильного притяжения между мембраной и ионами [13, 192, 193]. Большие значения обводненности мембраны также резко снижают ее сопротивление; высокие значения содержания воды приводят к увеличению проводящих каналов и увеличению подвижности ионов через мембрану [144]. Метод сшивки является обычной практикой для улучшения мембранных материалов за счет уменьшения чрезмерного набухания, но он имеет тенденцию к увеличению сопротивления [109, 194].Тип раствора также сильно влияет на сопротивление: присутствие органических частиц, таких как глюкоза, влияет на структуру воды в областях вблизи ионов и, следовательно, на их сферу гидратации и соответствующий радиус Стокса. Уменьшение стоксова радиуса приводит к уменьшению сопротивления движению ионов через жидкость, так как увеличивает проводимость и подвижность ионов [133].

Для определения электрического сопротивления в омической области можно использовать несколько методов постоянного тока, и один из простейших методов — расчет обратной величины наклона тангенциальной линии вольтамперной кривой.Поведение сопротивления, полученное методами постоянного тока, сильно различается при низких и высоких концентрациях раствора [38]. Несколько авторов обнаружили, что в условиях низких концентраций снижение устойчивости с увеличением концентрации очень выражено, тогда как при высоких концентрациях устойчивость не зависит от концентрации [15, 82, 157, 159]. Однако эти методы не позволяют выделить, какой вид сопротивления (чисто мембранное сопротивление, сопротивление ДБС или сопротивление межфазного переноса ионного заряда через двойной слой) является доминирующим в зависимости от концентрации электролита.

Другая возможность – определение электропроводности с помощью, например, клипсовой ячейки [86,97,106,107,109,138,195–197], предложенной Belaid et al. [198] и Lteif et al. [199]. В этой методике проводимость мембраны часто измеряют с помощью ячейки-клипсы с платиновыми электродами. По результатам проводимости раствора и раствора + мембраны электрическое сопротивление рассчитывается по уравнению. (23), где R _м — электрическое сопротивление мембраны, R _м+с — сопротивление мембраны плюс раствор сравнения, R 1s

13

13 — сопротивление эталонного раствора, G _м — проводимость мембраны, G _м+с — суммарная проводимость мембраны и эталонного раствора, 1 1 9011 G ₉₀₀₀ — проводимость эталонного раствора.

(23)Rm=1Gm=1Gm+s-1Gs=Rm+s-Rs

Поскольку методы постоянного тока не позволяют различать индивидуальные сопротивления, присутствующие в системах мембрана/электролит, авторы исследовали сопротивление, используя методы переменного тока [ 82 159 200]. В этих работах было проверено, что при низких концентрациях основным сопротивлением, управляющим системой, является сопротивление, вызванное диффузионным пограничным слоем, тогда как при высоких концентрациях это сопротивление уже не имеет значения. Для идентификации и дифференциации каждого типа сопротивления обычно используется спектроскопия электрохимического импеданса [159, 201–203].Хотя спектроскопия электрохимического импеданса дает важные результаты, это одна из самых сложных методологий из-за необходимости знать каждое явление, связанное с реализованной моделью [38].

Как уже упоминалось, хронопотенциометрия часто используется для оценки электрических сопротивлений систем, работающих в заниженных и запредельных условиях. Стодоллик и др. [204] использовали хронопотенциометрию для определения сопротивления сверхпредельных токов биполярной мембраны путем построения вольтамперных кривых.Авторы заметили, что сопротивление в запредельных условиях подчиняется экспоненциальному закону и зависит от рН и ионной силы только в отношении абсолютного уровня тока. Связь между сопротивлением запредельной области и омическим сопротивлением ( R ₃ / R ₁ ), полученная методом хронопотенциометрии, подтверждена [9, 69, 110, 149, 16]. др. [205], более крупные ионы в растворе уменьшают соотношение R ₃ /R ₁ .Это объясняется уменьшением сопротивления запредельной области с увеличением числа Пекле, так как ионы с большим радиусом Стокса увеличивают интенсивность перемешивания.

В дополнение к поляризационным кривым хронопотенциограммы также предоставляют ценную информацию о сопротивлении. Падение омического потенциала в неполяризованном состоянии мембраны после прекращения подачи тока ( i = 0) количественно определяет сопротивление, связанное с мембраной и раствором [73, 140].Кроме того, чем больше конечное значение падения потенциала, зарегистрированного для приложенной плотности тока, тем больше его электрическое сопротивление. Некоторые авторы отмечают, что после достижения стационарной стадии на хронопотенциограммах может изменяться падение потенциала, а, следовательно, и сопротивление. Как уже упоминалось, увеличение падения потенциала предполагает образование некоторого осадка на мембране при превышении предельной плотности тока, который может блокировать прохождение ионов и повышать сопротивление [65,67,70,71].Скараццато и др. [166] наблюдали увеличение падения потенциала на хронопотенциограммах, что могло быть связано с образованием незаряженных частиц после снижения рН на поверхности мембраны. Наблюдается также уменьшение падения потенциала при приложении плотности тока выше предельной, что связано с диссоциацией воды и изменением равновесия веществ, транспортируемых через мембрану. При этом генерация Н ⁺ и ОН ^— интенсифицирует транспорт этих частиц через мембрану за счет их высокой ионной подвижности [85], что приводит к изменению рН диффузионного пограничного слоя и возникновение диссоциации видов [9]. По данным Княгиничевой и соавт. [206], общее сопротивление начинает снижаться за счет преобладания диссоциации воды при i / i _lim > 2. кривые напряжения с «приведенным падением потенциала» (Um′) путем исключения вклада омического сопротивления (U _Ω на рис. 9) из измеренного напряжения (U _m ) (уравнение (24)). Это весьма удобно, особенно когда целью работы является сравнение электрохимического поведения различных мембран.На рис. 19 показаны вольтамперные кривые, полученные Balster et al. [81] для мембраны Nafion (DuPont, США) с вычетом омического сопротивления и без него.

Рис. 19. Кривые ток-напряжение, полученные с учетом и без учета омического сопротивления (адаптировано из [81]).

(24)Um′=Um−UΩ=Um−iR1

Электричество переменного тока Рона Куртуса

SfC Главная > Физика > Электричество >

Рона Куртуса (пересмотрено 13 февраля 2016 г.)

Электричество переменного тока (AC) — тип электричества, обычно используемый в домах и на предприятиях по всему миру.

В то время как электричество постоянного тока (DC) течет по проводу в одном направлении, электричество переменного тока меняет свое направление в возвратно-поступательном движении. Направление меняется от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы страны.

Электричество переменного тока создается электрическим генератором переменного тока, который определяет частоту.

Что особенного в электричестве переменного тока, так это то, что напряжение можно легко изменить, что делает его более подходящим для передачи на большие расстояния, чем электричество постоянного тока.Но также переменный ток может использовать конденсаторы и катушки индуктивности в электронных схемах, что обеспечивает широкий спектр применений.

Примечание : Обычно мы говорим AC электричество вместо того, чтобы просто говорить AC, так как это также сокращение для кондиционирования воздуха. Вы должны быть точны в науке, чтобы избежать каких-либо недоразумений.

Возможные вопросы:

• В чем разница между электричеством переменного и постоянного тока?
• Почему мы используем переменный ток вместо постоянного?
• Каковы преимущества электричества переменного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Преобразование единиц измерения

Разница между электричеством переменного и постоянного тока

Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд. Поскольку противоположные заряды притягиваются, они будут двигаться к области, состоящей из положительных (+) зарядов. Это движение облегчается в электрическом проводнике, таком как металлическая проволока.

Электроны движутся напрямую с электричеством постоянного тока

При электричестве постоянного тока подключение провода от отрицательной (-) клеммы батареи к положительной (+) клемме приведет к тому, что отрицательно заряженные электроны устремятся по проводу к положительно заряженной стороне. То же самое происходит с генератором постоянного тока, где движение спирального провода через магнитное поле выталкивает электроны из одной клеммы и притягивает электроны к другой клемме.

Электроны меняют направление в электричестве переменного тока

С генератором переменного тока немного отличается конфигурация, в которой попеременно нажимаются и тянутся клеммы каждого генератора. Таким образом, электричество в проводе движется в одном направлении в течение короткого времени, а затем меняет свое направление на противоположное, когда якорь генератора находится в другом положении.

Эта иллюстрация дает представление о том, как электроны движутся по проводу в электричестве переменного тока. Конечно, оба конца провода идут к генератору переменного тока или источнику питания.

Извините, для использования этой Flash-анимации необходимо активировать JavaScript.

Переменное движение электронов в проводе

Заряд на концах провода меняется между отрицательным (-) и положительным (+). Если заряд отрицательный (-), это отталкивает отрицательно заряженные электроны от этого вывода.Если заряд положительный (+), электроны притягиваются в этом направлении.

Скорость изменения

Электричество переменного тока чередуется взад и вперед в направлении 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы в стране. Это называется частотой и обозначается как 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).

(Дополнительную информацию см. в разделе «Напряжения и частоты переменного тока во всем мире».)

Лампочки

Многие электрические устройства, такие как лампочки, требуют, чтобы двигались только электроны.Им все равно, текут ли электроны по проводу или просто двигаются туда-сюда. Таким образом, лампочка может использоваться как с электричеством переменного, так и постоянного тока.

Переменный ток — периодическое движение

Регулярное возвратно-поступательное движение электронов в проводе при питании от переменного тока представляет собой периодическое движение, подобное движению маятника.

(Дополнительную информацию см. в разделе Периодическое движение и маятник.)

Из-за этого периодического движения электронов напряжение и ток имеют синусоидальную форму, чередующуюся между положительным (+) и отрицательным (-), при измерении с помощью вольтметра или мультиметра.

Форма волны изменяется между положительной и отрицательной по мере прохождения во времени

Скорость, с которой пики напряжения или тока проходят заданную точку, является частотой переменного тока.

Преимущества переменного тока

Существуют явные преимущества переменного тока перед постоянным током. Способность легко преобразовывать напряжение является основной причиной, по которой мы используем переменный ток вместо постоянного в наших домах.

Преобразование напряжения

Основное преимущество электричества переменного тока перед электричеством постоянного тока заключается в том, что переменное напряжение можно легко преобразовать в более высокий или более низкий уровень напряжения, в то время как с постоянным напряжением это сделать затруднительно.

Поскольку высокое напряжение более эффективно для передачи электричества на большие расстояния, электричество переменного тока имеет преимущество перед постоянным током. Это связано с тем, что высокое напряжение от электростанции можно легко снизить до более безопасного напряжения для использования в доме.

Изменение напряжения осуществляется с помощью трансформатора . Это устройство использует свойства электромагнитов переменного тока для изменения напряжения.

(Дополнительную информацию см. в разделе Трансформаторы переменного тока.)

Цепи настройки

Электричество переменного тока также позволяет использовать конденсатор и катушку индуктивности в электрической или электронной цепи.Эти устройства могут влиять на то, как переменный ток проходит через цепь. Они эффективны только с электричеством переменного тока.

Комбинация конденсатора, катушки индуктивности и резистора используется в качестве тюнера в радиоприемниках и телевизорах. Без этих устройств настройка на разные станции была бы очень сложной.

Резюме

Обычно мы используем электричество переменного тока для питания телевизора, освещения и компьютеров. В электричестве переменного тока направление тока меняется. Было доказано, что электричество переменного тока лучше для подачи электроэнергии, чем постоянное, в первую очередь потому, что напряжение может быть преобразовано.AC также позволяет использовать другие устройства, открывая широкий спектр приложений.

Наэлектризуйте общество, применяя свои научные знания

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Веб-сайты

Элементы электричества переменного тока — Учебный сайт по основам электроники

Переменный ток — Обзор переменного тока

Источники электроэнергии постоянного и переменного тока

Ресурсы по физике

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные за покупку книг)

Книги с самым высоким рейтингом по основам электричества

Книги с самым высоким рейтингом по электричеству переменного тока

Научные ссылки

Этот урок выбран программой SciLinks, службой Национальной ассоциации учителей естественных наук.

Вопросы и комментарии

У вас есть вопросы, комментарии или мнения по этому поводу? Если это так, отправьте электронное письмо с вашим отзывом. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

Поделиться этой страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/ac.htm

Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Copyright © Ограничения

Где ты сейчас?

Школа Чемпионов

Темы физики

Переменный ток (AC) Электричество

12.1 Источники переменного тока – введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу раздела вы сможете:

• Объясните разницу между постоянным током (dc) и переменным током (ac)
• Определение характеристик переменного тока и напряжения, таких как амплитуда или пик и частота

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор в этой книге, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения. Таким образом, как только ток установлен, он является постоянным. Постоянный ток (dc)  – это поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения.

Однако в большинстве известных приложений используется переменный во времени источник напряжения. Переменный ток (ac)  – это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Переменный ток создается ЭДС переменного тока, которая генерируется на электростанции, как описано в Наведенных электрических полях.Если источник переменного тока периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей.

Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые на предприятиях и дома, различаются по всему миру. В типичном доме разность потенциалов между двумя сторонами электрической розетки изменяется синусоидально с частотой или и амплитудой или в зависимости от того, живете ли вы в Северной Америке или Европе соответственно. Большинство людей знают, что разность потенциалов для электрических розеток составляет или в Северной Америке, или в Европе, но, как будет объяснено далее в этой главе, эти напряжения не являются пиковыми значениями, приведенными здесь, а скорее связаны с обычными напряжениями, которые мы видим в наших электрических розетках. На рис. 12.1.1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока в Северной Америке.

(рис. 12.1.1)  

Рисунок 12.1.1  (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени после установления тока.(b) Зависимость напряжения и тока от времени для переменного тока сильно различается. В этом примере, который показывает мощность переменного тока 60 Гц и время t в секундах, напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются.

Предположим, мы подключаем резистор к источнику переменного напряжения и определяем, как во времени изменяются напряжение и ток на резисторе. На рисунке 12.1.2 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения.Напряжение колеблется синусоидально во времени с фиксированной частотой, как показано, либо на клеммах батареи, либо на резисторе. Следовательно, переменное напряжение или «напряжение на вилке» может быть задано как

(12.1.1)  

, где  это напряжение в момент времени  это пиковое напряжение и  это угловая частота в радианах в секунду. Для типичного дома в Северной Америке и  в то время как в Европе  и

Для этой простой цепи сопротивления   переменный ток , то есть ток, синусоидально колеблющийся во времени с фиксированной частотой, равен

(12.1.2)  

, где  это ток в момент времени  и  это пиковый ток, равный  В этом примере говорят, что напряжение и ток находятся в фазе, а это означает, что их синусоидальные функциональные формы имеют пики, впадины и узлы в одном и том же месте. Они колеблются синхронно друг с другом, как показано на рисунке 12. 1.1(b). В этих уравнениях и во всей этой главе мы используем строчные буквы (например, ) для обозначения мгновенных значений и заглавные буквы (например ) для обозначения максимальных или пиковых значений.

(рис. 12.1.2)  

Рисунок 12.1.2  Разность потенциалов между клеммами источника переменного напряжения колеблется, поэтому источник и резистор имеют синусоидальные волны переменного тока друг над другом. Математическое выражение для дается выражением

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку  Если резистор представляет собой, например, люминесцентную лампу, она становится ярче и тускнеет несколько раз в секунду, поскольку ток неоднократно проходит через нуль.Мерцание слишком быстрое для ваших глаз, но если вы будете махать рукой взад и вперед между своим лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект переменного тока.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 12.1

Если рассматривается европейский источник переменного напряжения, какова разница во времени между переходами через нуль на графике зависимости напряжения переменного тока от времени?

Цитаты Кандела

Лицензионный контент CC, указание авторства

• Загрузите бесплатно на http://cnx. org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution

Выпрямление переменного тока

Выпрямление переменного тока

Преобразование переменного тока в постоянный

Выпрямление переменного тока

Цель: Цель этого эксперимента состоит в том, чтобы проиллюстрировать
как диод
можно использовать для выпрямления переменного тока.Студент будет использовать
а
гальванометр для определения направления тока, когда переменный ток
или постоянный ток
напряжение подается на цепь, содержащую диод, включенный последовательно с
резистор
и гальванометр.

Обзор научных принципов:

Чтобы через диод протекал ток, электроны должны двигаться вверх
энергетический холм
и через p-n переход. При подаче напряжения в прямом
предвзятость,
размер холма уменьшается, поэтому больше электронов имеют энергию
необходимо двигаться
вверх по холму и через перекресток (чтобы течь). Однако, если
напряжение подается в обратном смещении, холм становится больше, поэтому
очень мало
электроны имеют энергию, необходимую для движения в гору. Таким образом,
диод вообще
проводит ток только в одном направлении.

Приложения:

Когда вы включаете электрическое устройство или прибор в обычную
стена
розетке в вашем доме, вы используете 110 вольт переменного тока (переменный
Текущий). То
электричество, вероятно, производилось на электростанции с использованием топлива
производить
пар, крутить турбину, крутить электрогенератор.Генератор
вращается со скоростью 3600 об/мин, что составляет 60 оборотов в секунду (60 Гц).
Многие бытовые
элементы предназначены для работы от сети переменного тока, однако некоторые элементы, такие как
батарея
зарядные устройства, электропоезда и другие игрушки предназначены для работы
на ДК.
Диоды используются в качестве выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный.

Время: 20-30 минут

Материалы и расходные материалы:

Блок питания переменного/постоянного тока

Отводящие провода

Гальванометр

1 — резистор 1 кОм

Диод (германиевый, стабилитрон или светодиод)

Общие правила техники безопасности:

*Убедитесь, что циферблаты питания установлены на ноль при строительстве или
корректировка
схема.

*Держите руки и рабочую зону сухими, чтобы избежать удара током.

Экспериментальная установка:

Процедура:

1. Соберите схему, показанную в экспериментальной установке, и убедитесь, что
подключить
положительный

клемма диода к плюсовой клемме питания
поставка.

2. Используйте клеммы постоянного тока источника питания.

3.Убедитесь, что регулятор напряжения на блоке питания установлен на
нуль.

4. Включите питание.

5. Медленно вращайте диск напряжения по часовой стрелке и следите за
игла гальванометра.
Не

закопать иглу.

6. Запишите направление движения иглы.

7. Снова поверните напряжение до нуля.

8. Измените направление диода и повторите шаги 5-7. Не надо
увеличивать
напряжение выше 2В.

9. Отсоедините провода от клемм постоянного тока и подключите
их в AC
терминал

на блоке питания.

10. Повторите шаги 5-8.

Данные и анализ:

Вопросы:

1.Будет ли ток течь через диод в обоих направлениях?

2. Как следует включить диод в цепь, чтобы ток
протекать
Это?

3. Как диод влияет на переменный ток?

4. Нарисуйте график зависимости тока (вертикальная ось) от времени (горизонтальная ось).
ось) для переменного тока
Текущий.

5. Учитывая, как диод влияет на переменный ток, нарисуйте, что думаете
график
текущий

против времени должно выглядеть для схемы, которую вы построили с использованием переменного тока
текущий и
диод.

6. Нарисуйте график зависимости тока от времени для постоянного тока, например
произведено
батарея.

7. Чем отличается ток, вырабатываемый цепью переменный ток — диод
из округа Колумбия
текущий

производится аккумулятором?

8. Как увеличение напряжения влияет на способность диода
разрешить ток
течь?

9. Почему диод при подаче напряжения обратного смещения
ограничить ток
поток?

10.Преобразует ли диод переменный ток в постоянный (например,
электрический ток
производства

батарея)?

Добавочный номер:

1. Используйте ручной генератор, резистор и гальванометр, чтобы показать
движение иглы
с

переменный ток. Используйте резистор 1K, чтобы защитить
в
гальванометр.

2. Используйте диод генератора частоты и осциллограф, чтобы показать
волновая форма

переменного тока и выпрямленного переменного тока.

3. Получите схему двухполупериодного выпрямителя, в котором используются диоды.
и
конденсаторы к

дают приблизительно постоянный постоянный ток. Проконсультируйтесь с
электроника
руководство по

Детали.

Заметки учителя:

*Время подготовки учителя составляет примерно 30
минут.

*Если диод подключен неправильно, результаты
быть обращенным.

*Учитель должен продемонстрировать правильную работу
источник питания.

*Если используется цифровой мультиметр, используйте миллиамперметр.
или шкала микроампер. То
студент должен записать знак (+,-) текущего значения.

Ответы на вопросы:

1. №

2. Положительный вывод диода к положительному выводу
сила
поставка.

3. Диод будет выпрямлять переменный ток, а значит, вырабатываемый
ток будет
пульсирующий

постоянный ток.Он будет пульсировать с той же частотой, что и
частота
чередование

Текущий.

4. График будет представлять собой синусоиду.

5.

6.

7. Ток, вырабатываемый батареей, постоянен, в то время как
произведено
действие

диод на переменном токе пульсирует. Постоянный ток 5 ампер больше
мощный
чем ректифицированный

Переменный ток варьируется от 0-5-0 ампер.

8. Увеличение напряжения уменьшает размер энергетического холма.
что
электроны должны

двигаться вверх, так что больше электронов может двигаться вверх по холму и через
р-н
развязка, позволяющая

больше ток течет.

9. Обратное напряжение увеличивает размер холма, поэтому мало
электроны имеют
необходимая энергия

двигаться в гору. Большинство счетчиков не покажут, что ток течет
в
обратное направление.

10. Нет, только при добавлении конденсатора ток
начать выравнивать
выключенный.

Образец таблицы данных:

Следующая лаборатория

Полупроводниковое содержимое

Домашняя страница MAST

Переменный ток – Гиперучебник по физике

Обсуждение

введение

Ток, который устойчиво течет только в одном направлении, называется постоянным током ( DC ). Не имеет значения, остается ли интенсивность тока постоянной. Направление — вот что важно. Типичным примером источника постоянного тока является разряжающаяся батарея или конденсатор. Устройства, используемые для подзарядки аккумулятора в портативных электронных устройствах, таких как мобильный телефон, электродрель или электромобиль, также являются источниками постоянного тока. Большинство железнодорожных систем также питаются от постоянного тока. Сюда входят третий рельс, контактная сеть и даже дизель-электрические системы.

Электрический ток, который часто меняет направление, называется переменным током ( AC ).Опять же, не имеет значения, остается ли интенсивность тока постоянной. Частая смена направления — вот что важно. Типичным примером источника переменного тока является генератор. Хотя генераторы бывают как переменного, так и постоянного тока, большая часть электроэнергии вырабатывается и распределяется в форме переменного тока. Это тип электричества, который течет по большинству, если не по всем проводам в стенах вашего дома, школы и рабочего места. (Исключение составляют некоторые звонки в дверь и питание через USB или Ethernet.) Любая аналоговая передача аудиосигнала по проводу также является переменным током. Это может быть многокилометровый провод между двумя собеседниками, разговаривающими по телефону в начале 20-го века, или полуметровый кабель, соединяющий пару наушников с мобильным телефоном в начале 21-го века.

Различие между AC и DC может быть неудачным примером платоновского идеализма (поскольку реальные физические формы вещей лишь приближают их философские идеалы) или закона исключенного третьего (поскольку все физические формы не принадлежат исключительно к тому или иному типу).В предложенных мною определениях есть словосочетания «устойчивая манера» и «часто реверсивная». Как долго должно продолжаться действие, чтобы его можно было описать как длительное действие? Как часто должно происходить событие, чтобы его можно было назвать частым? Когда одно поведение изменилось настолько, что его можно считать другим? Поскольку это источник вводной информации, мой ответ таков: кого это волнует? Ток либо постоянный, либо переменный.

Хотя я продолжаю использовать слово «ток», на самом деле характер доступного «электричества» описывает напряжение источника.Напряжение определяет, что вы можете сделать. Текущее — это то, что вы на самом деле делаете. Напряжение источника постоянного тока по существу является константой. Мы можем записать это математически так…

В ( t ) = В

Где…

Напряжение источника переменного тока изменяется синусоидально (подобно синусоидальной функции).Поскольку функции синуса и косинуса имеют одинаковую форму, но со смещением фазы, можно также сказать, что они изменяются косинусоидально (как функция косинуса). Это не потому, что язык так не работает. Мы можем записать это математически так…

В ( t ) =  В  sin(2π футов  + φ)

Где…

Мы могли бы также написать это математически так…

В ( t ) =  В  sin(ω t  + φ)

Где…

Для вычислительных целей (например, в электронной таблице) значения фазы должны быть указаны в радианах, но я почти всегда описываю их в градусах. Несмотря на то, что это естественная единица измерения, радианы просто не кажутся мне естественными.

С инженерной точки зрения системы переменного тока можно описать тремя числами: напряжение, частота и фаза. В этом разделе этой книги мы будем иметь дело с каждой из этих величин в указанном порядке ( V , f , φ), а также с некоторыми другими вещами.

среднеквадратичное значение

Сравнение переменного тока с постоянным требует некоторых математических вычислений. Средние значения — хороший способ сделать это.Среднее значение постоянной величины — это любое значение, которое оно имеет, поскольку оно имеет это значение все время. Однако среднее значение синусоидально изменяющейся величины равно нулю, поскольку в половине случаев оно положительное, а в половине случаев отрицательное.

Напряжение и ток могут усредняться до нуля в системе переменного тока, но мощность отличается. Его среднее значение всегда больше нуля в любой включенной электрической системе. При сравнении переменного и постоянного тока нам нужно сравнить мощность.

Взгляните на это уравнение…

P  =  VI

Напряжение и ток имеют одинаковый знак, так как первое вызывает второе.Положительное напряжение создает положительный ток. Умножьте два, и вы получите положительную силу. Отрицательное напряжение создает отрицательный ток. Умножьте два, и вы еще получите положительную мощность.

Пока сопротивление устройства не зависит от направления тока, потребляемая им мощность также определяется одним из этих уравнений…

Эти уравнения говорят о том, что электрическая мощность пропорциональна квадрату напряжения или квадрату силы тока.Поэтому, когда мы говорим о переменном токе, среднее значение квадрата этих величин будет ближе к тому, что мы хотим. Еще лучше был бы квадратный корень из этих средних значений, поскольку мы могли бы использовать их во многих уравнениях, которые мы вывели для постоянного тока. Другое название среднего — среднее, поэтому в конечном итоге нам нужен корень из среднего квадратного.

среднеквадратичное ( среднеквадратичное ) значение величины является мерой ее типичной величины без учета математического знака, определяемой путем взятия абсолютного значения квадратного корня (r) из среднего (m) квадрата ( с) количества.

Среднеквадратичное значение синусоидально изменяющейся величины равно ее пиковому значению, деленному на квадратный корень из двух. Вам нужно интегральное исчисление, чтобы доказать это математическое соотношение, но в каком-то смысле этого не происходит.

Дана величина x , которая изменяется синусоидально во времени t с периодом T …

Квадрат…

Затем возьмите его интеграл за один цикл.

Это один из моих любимых определенных интегралов, поскольку для его решения не нужно знать сложные математические вычисления.Визуализируйте синусоидальную кривую, вычерченную за один цикл. Обратите внимание, как он делит ограничивающий его прямоугольник на равные половины.

Высота этого прямоугольника равна квадрату пикового значения, а его ширина равна одному периоду. Умножьте высоту на ширину, чтобы получить площадь ограничивающего прямоугольника, а затем разделите ее на два. Интеграл завершен.

Разделите указанное выше количество на период, чтобы получить среднее значение квадрата.Затем извлеките из него корень, чтобы получить корень из среднего квадрата.

Применительно к переменному току получаем…

и…

Теперь перемножьте эти две величины.

Поскольку мощность всегда положительна, ее среднеквадратичное значение равно среднему значению (или равно половине пикового значения).

частота

Вся Австралия и Европа работают на переменном токе частотой 50 Гц. В Африке, Азии и Океании в основном используется частота 50 Гц. В Северной и Южной Америке в основном используется частота 60 Гц. Япония — единственная страна с двумя стандартами: на северо-востоке используется 60 Гц, а на юго-западе — 50 Гц. Выбор частот был несколько произвольным, поскольку ни одна из них не имеет технических преимуществ перед другой.

Эти стандарты были приняты, потому что они хорошо работали для освещения общего назначения в 20-м веке.Лампы накаливания (старые добрые, вдохновленные Томасом Эдисоном, стеклянные лампочки со светящейся горячей нитью накаливания) мерцают с удвоенной скоростью тока — один раз, когда он течет в положительном направлении, и второй раз, когда он течет в отрицательном направлении. Выше порога слияния мерцания источник света будет иметь постоянную яркость. Как и все физиологические вещи, это варьируется от человека к человеку, но где-то между 15 и 60 Гц является правильным. Удвоение 50 и 60 Гц дает 100 и 120 Гц, что значительно выше этих значений.Современное светодиодное освещение использует постоянный ток (даже если оно вкручено в розетку переменного тока), поэтому на него не влияет это явление.

Когда на рубеже 20-го века впервые разрабатывались крупномасштабные коммерческие системы переменного тока, они, как правило, отдавали предпочтение более низким частотам. Первая крупномасштабная коммерческая электростанция переменного тока была построена в Ниагара-Фолс, штат Нью-Йорк, в 1890-х годах. Первоначально была выбрана частота 25 Гц, потому что она лучше работала для низкоскоростных и мощных приложений, таких как промышленное оборудование — ее основное применение в то время.В результате это стало стандартом де-факто для государства. Когда в 1905 году в Нью-Йорке открылась первая линия метро, ​​электрическая система включала единую центральную электростанцию, производящую трехфазный переменный ток с частотой 25 Гц и напряжением 11 000 вольт. Это было преобразовано в постоянный ток 600 вольт для использования поездами через третий рельс с помощью вращающегося преобразователя — гибрида двигателя переменного тока и генератора постоянного тока. Я не могу найти точную дату, но я думаю, что большая часть этого оборудования была снята где-то в 1990-х годах.Тот, что в моем районе, был окончательно снесен в 2021 году после десятилетий простоя. В 21 веке система метро Нью-Йорка питается переменным током стандарта США 60 Гц.

фазы и фазоры

Фаза относится к стадии в цикле периодического явления. Основной математический способ описания фазы состоит в том, чтобы связать ее с положением на окружности. Цикл. Круг. Заметили что-нибудь?

Количество фаз в системе

1. Жилые помещения в Великобритании, розетки на 240 вольт для крупных бытовых приборов в домах США
   • Обычные розетки на 120 вольт в США имеют расщепленную фазу, разделенную на 180°.
2. устаревшая система с 2 источниками, разнесенными на 90° (не 180°)
3. промышленные, производственные, крупные коммерческие и крупные жилые дома (многоквартирные дома)

фазовращатели

В США

• расщепленная фаза, нейтраль с отводом от середины: [нейтраль] [+120 В или 120 В∠0°] [−120 В или 120 В∠180°]
  • под напряжением – нейтраль = 120 В, стандартное напряжение (фактически 120 ± 6 В, то есть где-то между 114 В и 126 В)
  • live − live = 240 В, высокое напряжение для бытового использования (электрические духовки, электрические сушилки для белья и т. д.)
• трехфазный: [нейтраль] [120 В∠0°] [120 В∠120°] [120 В∠240°]
  • под напряжением − нейтраль = 120 В, стандартное напряжение
  • под напряжением − под напряжением = 120 √ 3 В ≈ 208 В

В фазное напряжение (напряжение источника?) и ∆ В линейное напряжение (некоторая комбинация фазных напряжений)

примеров

текст

однофазный

Здесь нечего сказать?

однофазный, двухфазный

дома в Северной Америке подключены к двум проводам под напряжением и одному нейтральному проводу.Обычные бытовые приборы (светильники, телевизоры, холодильники) получают напряжение 120 В, подключаясь к одному из проводов под напряжением и нейтральному проводу. Энергоемкие приборы (плиты, водонагреватели, центральное кондиционирование) получают 240 В, подключаясь к обоим проводам под напряжением. Розетки для обычных электроприборов в здании с двухфазным питанием сконфигурированы сбалансированным образом, так что половина розеток подключена к одной фазе, а половина — к другой.

текст

V ₀ = 0
4 V ₁ = V Sin (θ + 000 °) = + V Sin θ
V ₂ = V Sin (θ + 180 °) = − В  sin θ

текст

текст

δ V ₁₀ = V ₁ — V ₀ = + V Sin θ
δ V ₂₀ = V ₂ — V ₀ = — v sin θ
δ v ₂₁ = v ₂ — v ₁ = 2 v sin θ

текст

2 фазы

Устаревшая система.Оставлено в качестве упражнения для читателя?

3 фазы, 3-проводная звезда

текст

текст

V ₁ = V Sin (θ + 000 °)
V ₂ = V Sin (θ + 120 °)
V ₃ = v Sin (θ + 240°)

текст

текст

Δ v ₁₂ = v sin (θ — 060 °)
δ v ₂₃ = v sin (θ + 090 °)
δ v ₃₁ = v sin(θ + 210°)

текст

3 фазы, 4-проводная звезда

текст

текст

3 фазы, 3 провода треугольник

текст

текст

3 фазы, 4 провода треугольник

Должен ли я вообще это делать?

физиология

Согласно Руководству по медицинской информации Merck, второе домашнее издание

Переменный ток… более опасен, чем постоянный. Постоянный ток имеет тенденцию вызывать однократное сокращение мышц, часто достаточно сильное, чтобы оттолкнуть человека от источника тока. Переменный ток вызывает продолжающееся сокращение мышц, часто не позволяя людям ослабить хватку источника тока. В результате экспозиция может быть продлена. Даже небольшое количество переменного тока — едва достаточное для того, чтобы почувствовать легкий шок — может привести к тому, что хватка человека замерзнет. Чуть более сильный переменный ток может вызвать сокращение грудных мышц, что сделает дыхание невозможным.Еще больший ток может вызвать смертельные сердечные ритмы.

Руководство по медицинской информации Merck, 2004 г.

Текущая война: почему Вестингауз (AC) победил Эдисона (DC)?

Поскольку жители Калифорнии сталкиваются с массовыми перебоями в подаче электроэнергии и бушуют дебаты о том, как сохранить надежность энергосистемы, я решил пойти в кино, чтобы узнать исторический контекст нашей электросети, посмотрев The Current War: Director’s Cut в ночь премьеры. . С известным актерским составом я возлагал большие надежды, но фильм был просто в порядке.

Жаль, что фильм не получился более убедительным, потому что это увлекательная история, заслуживающая гораздо большего внимания. В фильме показана «война» конца 19 ^-го -го века между Джорджем Вестингаузом и Томасом Эдисоном, которая в конечном итоге определила, какие технологии были использованы для создания фундамента электрической сети, которую мы используем сегодня. В то время как Эдисон отстаивал системы постоянного тока (DC), Westinghouse продвигал системы переменного тока (AC), и конкуренция между ними была жесткой.

Выходя из кинотеатра, я не мог перестать задаваться вопросом: почему именно системы переменного тока Westinghouse одержали победу над системами постоянного тока Эдисона?

Немного покопавшись, я нашел ответ.

Внимание: Этот пост содержит спойлеры, если таковые имеются для исторического фильма.

Переменный ток и постоянный ток

Фундаментальное различие между электричеством переменного и постоянного тока состоит в том, что постоянный ток постоянно течет в одном направлении (отсюда «постоянный» ток) и не меняется во времени, в то время как переменный ток колеблется взад и вперед (отсюда «переменный» ток) и постоянно изменяется со временем. .

Электричество переменного тока меняется со временем туда и обратно, в то время как электричество постоянного тока остается постоянным.

В фильме объяснялось, что главная проблема для электричества постоянного тока Эдисона заключалась в том, что его нельзя было передавать на большие расстояния. В результате системе Эдисона требовалась электростанция через каждую милю или около того. Хотя это прекрасно работает в густонаселенных районах, таких как Нью-Йорк (где находилась первая в США электростанция, построенная Эдисоном), эта модель была чрезвычайно дорогой и непрактичной в сельской местности.

Но я также знал, что сегодня некоторые из самых длинных линий электропередач в мире используют электричество постоянного тока.

Так что дает? Если электричество постоянного тока — отличный вариант для современных линий электропередачи на большие расстояния, почему Эдисон не мог передавать свое электричество постоянного тока дальше?

Трансформаторы сделали AC победителем

Ответ на самом деле связан не столько с различиями между переменным и постоянным током, сколько с малоизвестным компонентом нашей электрической сети: трансформаторами.

Что бы вы ни делали, передача электроэнергии связана с потерями энергии. (Если у вас нет сверхпроводника!) Но вы можете минимизировать эти потери, передавая электричество при более высоких напряжениях. Напряжение можно рассматривать как «толчок», который перемещает заряженные частицы и создает электрический ток — чем сильнее вы толкаете, тем меньше энергии теряете. Трансформаторы являются ключевой технологией, используемой для изменения напряжения, поэтому вы можете работать сильнее (и терять меньше энергии) при передаче электроэнергии.

Выработка и потребление электроэнергии происходят при более низком напряжении, и трансформаторы используются для повышения напряжения перед передачей (для уменьшения потерь энергии) и понижения напряжения до того, как электричество будет потребляться.

Вы можете думать о высоковольтных линиях электропередач как о пустом шоссе, по которому автомобили мчатся на высоких скоростях, а о низковольтных линиях можно думать как о переулках, по которым автомобили едут намного медленнее. Трансформатор — это соединение между линиями высокого и низкого напряжения, или, по аналогии с шоссе, это съезды и выезды на шоссе, которые соединяют переулки с шоссе.

Трансформаторы являются неотъемлемой частью энергосистемы: они повышают напряжение («повышающие трансформаторы») перед передачей на большие расстояния и снижают напряжение («понижающие трансформаторы») перед распределением электроэнергии потребителям для использования.Передача электроэнергии при более высоком напряжении помогает минимизировать потери энергии.

Изобретатели конца 19 ^-го -го века знали, как делать трансформаторы, но самое интересное здесь то, что трансформаторы работают только от переменного тока . Возвращаясь к фундаментальному различию между электричеством переменного и постоянного тока, которое я объяснил ранее, трансформаторам для работы требуется изменяющееся во времени напряжение, а поскольку постоянный ток постоянен, а переменный ток изменяется во времени, трансформаторы работают только с электричеством переменного тока.

В то время не существовало простого способа изменения напряжения постоянного тока, и именно это (временно) обрекло электричество постоянного тока. Поскольку не было возможности увеличить напряжение постоянного тока перед передачей, постоянный ток не мог передаваться очень далеко без больших потерь, что делало системы постоянного тока хуже систем переменного тока.

Высоковольтные линии электропередачи постоянного тока передают электричество между границей Вашингтона и Орегона и Южной Калифорнией через Pacific DC Intertie.

Но округ Колумбия вернулся

Лишь намного позже инженеры разработали технологию, которую можно было использовать для эффективного преобразования переменного тока в постоянный, что помогло открыть эру высоковольтных линий передачи постоянного тока. Поскольку передача постоянного тока высокого напряжения имеет меньшие потери энергии, чем передача переменного тока на очень большие расстояния, самые длинные в мире линии электропередачи используют электричество постоянного тока. Например, в США имеется высоковольтная линия электропередачи постоянного тока протяженностью 846 миль, соединяющая границу Вашингтона и Орегона с Южной Калифорнией.

Westinghouse за победу

Кульминация фильма наступает, когда Вестингауз играет в бильярд с Николой Теслой (да, изобретателем, в честь которого названа компания по производству электромобилей). Звонит телефон, и Вестингауз узнает, что его заявка на проведение Всемирной выставки в Чикаго в 1893 году была принята.

На этом для Эдисона игра окончена. Вестингауз и его системы электроснабжения переменного тока победили.

Признание: я все время болел за Westinghouse

Прежде чем закончить этот пост, я должен признаться, что болел за Вестингауз на протяжении всего фильма.Так уж получилось, что мой дедушка всю свою карьеру проработал в Westinghouse Electric Corporation. Мой дедушка даже запатентовал множество изобретений (многие из которых были новыми технологиями для трансформаторов), и эти патенты принадлежали Westinghouse Electric Corporation.

Но чтобы еще больше усложнить ситуацию, дед моей жены работал в General Electric (которая является преемницей Эдисона). Так что, думаю, хорошо, что моя жена не пришла смотреть этот фильм со мной!

В чем разница между переменным и постоянным током?

окт.29, 2020

Вы, вероятно, слышали термины «переменный» или «постоянный ток» или видели маркировку переменного и постоянного тока на своем электронном
устройства. Хотя сам ток более-менее понятен, его виды могут вызвать массу вопросов.
В чем разница между ними? Что лучше? Чтобы все было понятно, начнем с
основы.

Содержимое

Что актуально?

В чем разница между переменным и постоянным током?

AC или DC — что лучше?

Как определить AC/DC

Что актуально?

Это определение, а также десятки его вариаций можно найти в большинстве учебников, но обычно этот термин не используется.
достаточно, чтобы понять, как генерируется электрический ток и откуда он берется.Чтобы лучше понять
того, как это работает, давайте взглянем на модель электрической цепи (рисунок 1). Эта цепь состоит из
источник питания, лампочка и медный провод, представляющий собой проводник.

Атомы в проводящем материале имеют свободные электроны, которые случайным образом перемещаются от одного атома к другому (Рисунок 2).

Чтобы произвести электричество, нам нужно заставить эти электроны течь в одном направлении (Рисунок 3). Это может быть
реализуется путем подключения источника питания, например аккумулятора, который создает напряжение.Проще говоря, это напряжение
«проталкивает» свободные электроны через проводник прямо к лампочке, производя свет и тепло.

В чем разница между переменным и постоянным током?

В зависимости от направления движения электронов электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Постоянный ток (DC)

Электрическая схема, показанная выше, является хорошим примером того, как можно получить постоянный ток. Электроны в этой цепи
всегда проходят в одном направлении от катода к аноду (Рисунок 4).

Переменный ток (AC)

В отличие от батарей, некоторые источники питания (например, генераторы) производят ток, который циклически изменяется.
направлениях, двигаясь вперед и назад (Рисунок 5).

Поскольку поток останавливается до изменения направления, подача питания на устройство прекращается на доли секунды.
также. Это можно увидеть в замедленном видео лампочки, подключенной к источнику переменного тока. В этом электрическом
цепи, лампочка постоянно мерцает, хотя в нормальных условиях это незаметно для человеческого глаза, т.к.
мерцание слишком быстрое, чтобы мы могли его заметить.

AC или DC — что лучше?

На самом деле, сложно ответить, что лучше: переменный ток или постоянный. Каждый тип имеет свои плюсы и минусы, что делает их идеальными
для конкретных приложений. Поскольку электроны в переменном токе меняются примерно 60 раз в секунду (стандарты различаются
во всем мире), он не подходит для большинства современных устройств, крайне чувствительных к питанию.
изменения. Подключение их к генератору, например, приведет к непоправимому повреждению устройств, а также
вся цепь.Таким образом, все стиральные машины, принтеры, компьютеры и телефоны имеют специальные адаптеры переменного тока, обеспечивающие работу всех компонентов.
правильно.

Постоянный ток может питать практически все электронные устройства, которые мы используем. Не проще ли было бы передать DC
вместо переменного тока и забыть обо всех этих адаптерах? Ответ прост — нет. И на то есть весомая причина
тот.

Города, поселки и деревни по всей стране нуждаются в огромном количестве электроэнергии. Чтобы сделать эту силу
доступный, он распространяется при очень высоких напряжениях, которые намного выше тех, которые мы можем безопасно использовать в наших домах.Другими словами, прежде чем мы сможем безопасно использовать мощность, мы должны каким-то образом снизить напряжение. Некоторые электрические устройства,
известные как трансформаторы, способны изменять напряжение переменного тока вверх или вниз. Из-за характера постоянного тока,
трансформаторы не могут изменять постоянное напряжение, поэтому передача постоянного тока таким образом становится невозможной. Кроме того, передача постоянного тока
системы намного дороже и менее долговечны, так как провода должны быть намного толще, чтобы обеспечить такое же количество энергии.
мощности, но при этом имеют больше шансов изнашиваться за сравнительно короткий период времени.

Как определить AC/DC

Как правило, все устройства имеют специальную маркировку, показывающую, являются ли выходы переменным или постоянным током, но иногда бывает
что нет информации. В этом случае для определения переменного или постоянного тока вам понадобится мультиметр или хотя бы вольтметр постоянного тока. Просто подключите его к выходу и
посмотрите на показания. Если отклонения нет, то на выходе переменный ток и наоборот.

Мультиметры, предназначенные для измерения напряжения, силы тока и сопротивления, необходимы для выполнения любых электромонтажных работ.