Переменный ток это: переменный и постоянный ток — это НЕ сложно

Переменный электрический ток

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

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

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

График переменного тока

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

Широко используется переменный ток благодаря тому, что электроэнергия переменного тока технически просто и экономно может быть преобразована из энергии более низкого напряжения в энергию более высокого напряжения и наоборот. Это свойство переменного тока позволяет передавать электроэнергию по проводам на большие расстояния.

Период переменного тока

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

Переменный однофазный электрический ток имеет следующие основные характеристики:

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

1гц = 103кгц = 106мгц

Τ – период – время одного полного изменения переменной величины.

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

1c = 103мс = 106мкс = 1012нс

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

f = 1/0,02 = 50 Гц

ω – угловая скорость

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

ω=2πf

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

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

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

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

Получение синусоидальной кривой

В системе декартовых прямоугольных координат совмещены тригонометрический круг и кривая, отражающая изменение величины тригонометрической функции sinβ от величины угла β между осью 0х и радиусом-вектором r. Радиус-вектор r вращается против часовой стрелки. Повернем радиус-вектор на угол β и от конца вектора r проведем пунктиром прямую, параллельную оси 0х. От окружности (точка а) по оси 0х отложим в масштабе отрезок. Из конца отрезка построим перпендикуляр до пересечения с пунктирной прямой. Получим точку с в пересечении перпендикуляра и пунктирной прямой.

Синусоида переменного тока

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

Понятие о фазе

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

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

В радиотехнике используются понятия:

1. Активное сопротивление ( Ra )

2. Индуктивное сопротивление ( XL – реактивное сопротивление )

3. Ёмкостное сопротивление ( XC – реактивное сопротивление )

Понятие об активном сопротивлении

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

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

Переменный ток: основные понятия

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

Для начала, призвав на помощь нами всеми любимого капитана Очевидность, введем определение. Как он подсказывает нам, переменный ток – это такой ток, который изменяется во времени. Изменяться он может по величине, направлению или по тому и другому вместе. Когда мы рассматривали постоянный ток, мы полагали, что в течении всего времени его величина постоянна: если сейчас течет 10 Ампер, то и полчаса назад текло 10 Ампер и через час будет течь 10 Ампер. Если же величина тока меняется (сейчас 10 Ампер в одну сторону, а через некоторое время 5 Ампер в другую сторону), то мы уже имеем дело с током переменным. То есть переменный ток можно рассматривать как некоторую зависимость (функцию) тока от времени: I(t). В каждые моменты времени t_мгн имеет место быть конкретное значение I_мгн=I(t_мгн).

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

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

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

Рисунок 1 – Синусоидальный ток

Рисунок 2 – Прямоугольный ток

Рисунок 3 – Треугольный ток

Рисунок 4 – Шум

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 5 – Синусоидальный ток

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

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

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

Частота f – величина, обратная периоду:

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

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

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

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

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

Изображаем это на рисунке 6.

Рисунок 6 – Синусоидальный ток с периодом 4 секунды

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

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

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

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

Построим график для данного случая на рисунке 7.

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

Внимательный читатель, посмотрев попристальнее на график, изображенный на рисунке 7, скажет: так фаза вообще какая-то скользкая штука. Она ж зависит от того, где мы поставим нолик, то есть когда начнем наблюдать сигнал. И вообще может быть чуть ли не любой. Господа, замечание абсолютно верно! Сама по себе как таковая фаза достаточно редко когда интересна. Гораздо интереснее разность фаз между несколькими сигналами. Взгляните на рисунок 9. На нем изображены два графика: один зеленый имеет начальную фазу в φ_{0_зелен}=90°, а второй синий – φ_{0_син}=90°. Разность фаз между ними

Рисунок 8 – Два сигнала, сдвинутые по фазе

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

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

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

Вступайте в нашу группу Вконтакте

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

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

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

Эдисон и Тесла

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

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

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

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

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

Определение и свойства

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

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

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

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

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

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

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

Сравнение AC и DC

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

Ключевым преимуществом DC состоят в том, что его можно легко аккумулировать или создавать в портативных химических источниках. Но использование AC позволяет осуществлять передачу электрической энергии на большие расстояния намного экономичнее. Дело в том, что мощность W=I*V, передаваемая от станции, не в полном объёме доставляется до точки назначения. Часть её расходуется на нагрев линий электропередачи в размере W= I^2*R.

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

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

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

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

Генерация и трансформация

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

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

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

Любой трансформатор состоит из следующих элементов:

• первичной и вторичных обмоток;
• сердечника.

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

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

Используемые виды

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

Краткий перечень переменных токов, используемых в сетях питания:

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

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

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

Чем переменный ток отличается от постоянного

В преддверии статьи о трансформаторах, мы решили устроить небольшой экскурс и выпустить две небольшие статьи по основным электротехническим определениям, которые плавно подведут нас к пониманию принципа действия трансформаторов. Ведь электричество и трансформаторы неразрывно связаны в своей истории, когда в связи с ростом передаваемых мощностей появилась потребность адаптировать мощность или напряжение под нужные пользователю параметры.

Что такое постоянный и переменный ток?

Постоянный ток не меняет своих показателей и направления движения. Встретить такой ток можно в самых обычных пальчиковых батарейках. Постоянный ток характеризуется непрерывным, направленным в одну сторону движением заряженных частиц, он практически никогда не используется в бытовых целях. Потому что передача такого тока на большие расстояния несёт за собой колоссальные потери и передавать его просто невыгодно. Поэтому, чтобы сделать электричество более дешевым и доступным, используют именно переменный ток.

Переменный ток — это ток, направление движения которого может меняться в процессе работы, равно как и его показатели. Поэтому для движения такого тока используется два полюса. Чаще всего их называют плюс и минус. Такой ток имеет частоту. Частота, это самое сложное для понимания, постараемся рассказать максимально просто. Начнем с того, что во всех бытовых сетях по всему миру используется периодический переменный ток. Именно эти самые пресловутые периоды и делают его переменным. Переменный ток имеет определённый период своих изменений. Периодом называется полный цикл всех изменений показателей тока. Как только заканчивается первый период, начинается следующий период и так до бесконечности. Один период равен одному Герцу, а частота тока измеряется в секунду. Общепринятая частота тока в России и большинстве стран Европы равна 50 Гц. В США и Канаде используют сети частотой 60 Гц, а в некоторых странах, например, в Японии, используют оба стандарта частоты. Это и позволяет току двигаться постоянно. Как только вы втыкаете вилку в сеть, вы замыкаете плюс и минус, и начинается движение тока.

Мы с вами разобрались, что такое постоянный и переменный ток, и какая между ними разница. Поговорили о том, что переменный ток имеет огромные потери при передаче на большие расстояния. В следующий раз расскажем про высоковольтное и низковольтное напряжение. Нам предстоит понять, как именно электричество попадает в наши квартиры.

Однофазный переменный ток

Однофазный переменный ток

Подробности

Категория: Электротехника

Однофазный переменный ток

Практически в домашних условиях применяют однофазный переменный ток, который получают с помощью генераторов переменного тока. Устройство и принцип действия этих генераторов основывается на явлении электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, проходящего через него. Это явление было открыто английским ученым М.Фарадеем (1791-1867) в 1831 г.
Переменный ток, используемый в производстве и быту, изменяется по синусоидальному закону:

                                                                        i = I_m · sin(2·π·f·t),
где  i— мгновенное значение тока;
       I_m   — амплитудное (наибольшее) значение тока; 
        f — частота переменного тока;
        t — время.

На рис. справа представлен график переменного тока и указаны амплитудные и мгновенное значения переменного тока в момент времени t. 

Частота измеряется в герцах (Гц) в честь немецкого ученого Г. Герца (1857-1894). В сети переменного тока она равна 50 Гц. Частота переменного тока характеризует быстроту периодических процессов, число колебаний, совершаемых в единицу времени. Она измеряется с помощью специальных приборов — частотомеров.
Величина, обратная частоте, называется периодом колебания Т. Он равен для сети переменного тока 0,02 секунды.
Частота переменного тока зависит от частоты вращения ротора генератора и числа пар полюсов индуктора. Она определяется по формуле:                    

где  p — число пар полюсов индуктора;
       n — частота вращения ротора в минуту.
Если генератор имеет одну пару полюсов, то ротор такого генератора совершает 3000 об/мин для получения переменного тока частотой 50 Гц.
Переменный ток так же, как и постоянный ток, может производить тепловое действие. Накаливание волоска лампочки осуществляется как переменным, так и постоянным током. Поэтому, сравнивая тепловые эффекты постоянного и переменного токов (Q₌ = Q_{—_}), получают соотношение между действующим (эффективным) и максимальным токами:                                                         

или напряжениями:  

                                                                
где   I, U — действующие значения тока и напряжения; 
I_m, U_m— максимальные значения тока и напряжения.

Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока или напряжения.

Переменный ток одного напряжения, в отличие от постоянного, легко преобразовать в переменный ток другого напряжения с помощью трансформатора.

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте тока. Трансформаторы широко используются при передаче и распределении электрической энергии переменного тока. Они бывают однофазные и трехфазные.

Однофазный трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток изолированного провода. Сердечник трансформатора делается из листов электротехнической стали и служит магнитопроводом. Листы стали изолируются лаком для уменьшения потери энергии в сердечнике. Обмотка, подключенная в сеть, называется первичной, а обмотка, с которой снимается напряжение, — вторичной. Трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная, являются повышающими, а трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет меньшее число витков, чем первичная, являются понижающими. Отношение числа витков W₁ и W₂ обеих обмоток трансформатора равно отношению напряжений U₁ и U₂ на зажимах обмоток и называется коэффициентом трансформации К, т. е. 

При малых потерях энергии в трансформаторе (1-3%) можно принять, что мощность во вторичной цепи трансформатора приблизительно равна мощности в первичной. Тогда  Р₂ ≈ Р₁  или I₂ ^. U₂ ≈ I₁ ^. U₁ , откуда  

Следовательно, токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны напряжениям, а значит и числу витков обмоток. Это означает, что в повышающем трансформаторе сила тока во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, и поэтому вторичная обмотка может быть выполнена из более тонкой проволоки; в понижающем же трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет большее сечение провода обмотки, чем первичная.

 Для изменения напряжений в небольших пределах применяют трансформаторы с одной обмоткой — автотрансформаторы, которые представляют как бы трансформатор с последовательным соединением обмоток.

Переменный электрический ток, действующее напряжение, сила тока. Мощность тока. Курсы по физике

Тестирование онлайн

• Переменный ток. Основные понятия

• Переменный ток

Генератор переменного тока

Устройство, предназначенное для превращения механической энергии в энергию переменного тока, называется генератором переменного тока. В основу работы генератора положено явление электромагнитной индукции.

Рамка вращается в магнитном поле. Поскольку магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется с течением времени, то в ней возникает индуцированная ЭДС:

Ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное.

Основными частями генератора переменного тока являются: индуктор, якорь, коллектор, статор, ротор.

а) устройство ротора; б) работа генератора переменного тока

Переменный ток

Переменный ток изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Действующим (эффективным) значением переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделил бы такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Мощность переменного тока

Мощность в цепи переменного тока изменяется с течением времени. Поэтому введено понятие мгновенной мощности (мощность в некоторый момент времени) и средней мощности (мощность за длительный промежуток времени).

Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора, подключенных к источнику переменного напряжения.

Явление резкого увеличения амплитуды переменного тока в такой цепи получило название резонанса напряжений. Частота, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной частотой.

Резонансная частота равна частоте свободных колебаний контура.

Переменный ток

Переменный ток все время изменяет свое направление в отличие от постоянного, который протекает только в одном направлении. Постоянный ток вырабатывают батареи и источники постоянного тока, а переменный – генераторы сигналов и государственные энергетические системы.

Синусоидальные колебания

Форма переменного тока или напряжения может принимать самые различные виды. Наиболее распространенной является синусоидальная форма переменного напряжения или тока (рис. 2.1). Синусоидальное колебание имеет два максимальных значения, или пика: положительный пик и отрицательный. Пиковое значение называется также амплитуде синусоиды. Значение синусоидального напряжения, измеренное от пика до пика (размах), является разностью потенциалов между положительным пиком и отрицательным.
Размах = Положительная амплитуда + Отрицательная амплитуда = Удвоенная амплитуда.

Рис. 2.1. Синусоидальные колебания переменного тока

Среднеквадратическое значение

Постоянный ток имеет постоянное значение, и это значение можно использовать во всех вычислениях. Значение же переменного тока изменяется во времени. Чтобы преодолеть эту трудность, за «постоянное» значение переменного тока приняли и используют его среднеквадратическое значение.
Среднеквадратическое значение переменного тока является эквивалентом значения постоянного тока, при котором вырабатывается такая же мощность, что и при исходном значении переменного тока. Если известно среднеквадратическое значение переменного тока, то его можно использовать для вычисления мощности так же, как если бы это было постоянное напряжение или ток. Например:

Мощность пост. тока = Постоянный ток х Постоянное напряжение;
Мощность перем. Тока = Среднеквадр. значение тока х Среднеквадр. значение напряжения.

Значения переменного тока и напряжения всегда задают в виде среднеквадратической величины, за исключением специально оговоренных случаев.
Пример 1
Какое сопротивление имеет домашний электрический обогреватель мощностью 1 кВт?
Решение
Домашние обогреватели работают от сетевого напряжения, имеющего среднеквадратическое значение 240 В (в России 220 В. — Прим. перев.). Мощность, потребляемая обогревателем, составляет 1 кВт = 1000 Вт. Из формулы P = V2/R определяем

P = V2/R = 240*240/1000 = 57, б Ом.

Соотношение между пиковыми и среднеквадратическими значениями

Среднеквадратическое значение сигнала переменного тока зависит от его формы. Так, среднеквадратическое значение синусоидального сигнала составляет 0,707 его пикового значения (амплитуды). Заметим, что это справедливо только для синусоидального сигнала. Например, если амплитуда синусоидального сигнала Vр = 10 В, то его среднеквадратическое значение составит Vср.кв. = 0,707 * Vр = 0,707 * 10 = 7,07 В (см. рис. 2.2). Из соотношения Vср.кв. = 0,707 * Vр следует, что

Vр = 1/0,707 * Vср.кв. = 1,414 * Vср.кв.

Рис. 2.2. Среднеквадратическое значение синусоидального сигнала.

Рис. 2.3. Постоянная составляющая сигнала переменного тока.

Постоянная составляющая в сигнале переменного тока

До сих пор мы имели дело с сигналами переменного тока, которые не содержали постоянной составляющей. Рассмотрим два синусоидальных сигнала, изображенных на рис. 2.3. Левый сигнал не имеет постоянной составляющей, и его положительный пик равен отрицательному. Правый же сигнал содержит составляющую постоянного тока величиной 5 В.
Постоянная составляющая переменного тока называется также средним, или усредненным значением сигнала переменного тока.
Определим постоянную составляющую сигнала, имеющего прямоугольную форму (рис. 2.4).

Рис. 2.4.

1. Сначала определим положение нулевого уровня.
2. Вычислим площадь А1, лежащую выше нулевого уровня:
А1 = 4*1 = 4.

3. Вычислим площадь А2, лежащую ниже нулевого уровня:
А2 = 2*1 = 2.

4. Вычислим суммарную площадь:
А1 – А2 = 4 – 2 = 2.

5. Отсюда среднее значение напряжения за период равно
Суммарная площадь/Время периода = 2/3 = 0,67 В.

Среднеквадратическое значение сложных сигналов

Как уже говорилось, соотношение
Среднеквадратическое значение = 0,707 амплитуды
справедливо только для синусоидальных сигналов. Среднеквадратическое значение сигналов, имеющих другую форму, может быть определено следующим образом.
1. Определить площадь сигнала за один период. Заметим, что при определении площади отрицательное значение превращается в положительное.
2. Определить среднее значение площади сигнала за период.
3. Вычислить квадратный корень из средней площади сигнала за период.
Определим среднеквадратическое значение сигнала, имеющего форму меандра (рис. 2.5(а)). Площадь положительного полупериода этого сигнала равна 3 * 3 = 9. Площадь отрицательного полупериода составля¬ет (-3) * (-3) = 9. Среднее значение площади за период, следовательно, равно 9. Отсюда среднеквадратическое значение напряжения будет корень из 9 = 3 В.

Рис. 2.5. Сравнение среднеквадратических значений
прямоугольного и синусоидального сигналов.

Для сравнения определим среднеквадратическое значение синусоидального напряжения, имеющего значение положительной и отрицательной амплитуды +3 В и –3 В соответственно (рис. 2.5(б)): 0,707 * 3 В = 2,12 В.

Как видим, прямоугольный сигнал имеет большее среднеквадратическое значение. Это объясняется тем, что площадь под прямоугольной огибающей больше, чем площадь под синусоидой, хотя оба сигнала имеют одинаковые значения положительного и отрицательного пиков. В данном случае среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала равно его пиковому значению.

На рис. 2.6 изображен прямоугольный сигнал, имеющий только положительные значения. Среднеквадратическое значение этого сигнала меньше его пикового значения.
При однополупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение напряжения равно половине его амплитуды.
При двухполупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение такое же, как у полной синусоиды, т. е. 0,707 амплитуды (рис. 2.7), поскольку при вычислении среднеквадратического значения положительная полуволна сигнала идентична отрицательной, положительный полупериод идентичен отрицательному.
Заметим, что постоянная составляющая, или среднее значение сигнала, это просто усредненное значение напряжения за один период, не имеющее никакого отношения к среднеквадратическому значению.

Рис. 2.6. Среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала, имеющего только положительную полярность.

Рис. 2.7. (а) При однополупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,5 амплитуды.
(б) При двухполупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,707 амплитуды.

В этом видео наглядно рассказывается о типах тока, в том числе о переменном токе:

Добавить комментарий

Переменный ток — Энергетическое образование

Переменный ток (AC) — это вид электрического тока, вырабатываемый подавляющим большинством электростанций и используемый в большинстве систем распределения электроэнергии. Переменный ток дешевле в производстве и имеет меньшие потери энергии, чем постоянный ток при передаче электроэнергии на большие расстояния. ^[1] Хотя для очень больших расстояний (более 1000 км) лучше использовать постоянный ток. В отличие от постоянного тока направление и сила переменного тока меняются много раз в секунду.

Свойства

Рисунок 1. Анимация из моделирования ^[2] переменного тока PhET, которое было значительно замедлено. См. постоянный ток для сравнения.

Переменный ток изменит направление потока заряда (60 раз в секунду в Северной Америке (60 Гц) и 50 раз в секунду в Европе (50 Гц)). Обычно это вызвано синусоидальным изменением тока и напряжения, которые меняют направление, создавая периодическое движение тока вперед и назад (см. рис. 1).Несмотря на то, что этот ток течет туда-сюда много раз в секунду, энергия все еще непрерывно течет от силовой установки к электронным устройствам.

Основным преимуществом переменного тока является то, что его напряжение может быть относительно легко изменено с помощью трансформатора, который позволяет передавать энергию при очень высоком напряжении, а затем понижать его до более безопасного напряжения для коммерческого и бытового использования. {2}R [/математика]

Однако мощность, передаваемая по линии, имеет другое выражение:

[математика] P_ {передается} = iv [/ math]

9002

Как видно в первом уравнении, мощность, потерянная через передачу, пропорциональна квадрату тока через провод.Следовательно, желательно минимизировать ток через провод, чтобы уменьшить потери энергии. Конечно, минимизация сопротивления также уменьшит потери энергии, но ток оказывает гораздо большее влияние на количество потерянной энергии из-за того, что его значение возводится в квадрат. Второе уравнение показывает, что если напряжение увеличивается, ток уменьшается эквивалентно для передачи той же мощности. Следовательно, напряжение в линиях передачи очень высокое, что снижает ток, что, в свою очередь, минимизирует потери энергии при передаче.Вот почему переменный ток предпочтительнее постоянного тока для передачи электроэнергии, так как гораздо дешевле изменить напряжение переменного тока. Однако существует предел, при котором уже не выгодно использовать переменный ток по сравнению с постоянным током (см. Передачу HVDC).

Использование и преимущества

Большинство устройств (например, большие заводские динамо-машины), которые напрямую подключены к электрической сети, работают на переменном токе, а электрические розетки в домах и коммерческих помещениях также подают переменный ток.Устройства, требующие постоянного тока, такие как ноутбуки, обычно имеют адаптер переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный. ^[5]

Во всем мире предпочтение отдается переменному току, поскольку он имеет много очевидных преимуществ по сравнению с постоянным током. Полное описание различий между ними см. в разделе AC и DC. Некоторые преимущества: ^[6]

• Дешевое и эффективное изменение напряжения с помощью трансформаторов. Как объяснялось выше, это обеспечивает энергоэффективную передачу электроэнергии по линиям электропередач. Эта эффективная трансмиссия экономит энергетическим компаниям и потребителям много денег и помогает снизить загрязнение окружающей среды, поскольку электростанциям не нужно компенсировать потери электроэнергии за счет использования большего количества топлива.
• Низкие затраты на техническое обслуживание высокоскоростных двигателей переменного тока.
• Легко прерывать ток (например, с помощью автоматического выключателя) благодаря тому, что ток естественным образом обнуляется каждые 1/2 цикла. Например, автоматический выключатель может прерывать около 1/20 постоянного тока по сравнению с переменным током.

Моделирование Phet

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet, которая исследует, как работает переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Ссылки

Центр обработки данных Переменный ток — Raritan

В этом видеоролике подробно демонстрируется переменный ток с однофазным питанием на конкретных примерах. В переменном токе электроны не движутся только в одном направлении. Вместо этого они какое-то время прыгают от атома к атому в одном направлении, а затем разворачиваются и прыгают от атома к атому в противоположном направлении.Время от времени электроны меняют направление. В переменном токе электроны не движутся равномерно вперед. Вместо этого они просто двигаются вперед и назад.

 Дополнительные ресурсы Raritan

Расшифровка:
Добро пожаловать в этот видеокурс по электропитанию в центре обработки данных применительно к стойкам центра обработки данных.

Как мы покажем в другом видеоролике, мощность, которая поступает в центр обработки данных, обычно представляет собой 3-фазную мощность переменного тока, которую чаще называют 3-фазной мощностью переменного тока.

Важно понимать, как работает переменный ток, чтобы иметь возможность оценить тот факт, что трехфазная мощность на самом деле представляет собой три линии, отстоящие друг от друга на 120 градусов. Эта концепция смущает многих людей, поэтому, чтобы последнее предложение имело смысл, давайте начнем с того, как ток движется в однофазной сети.

Здесь, на верхнем рисунке, у нас есть магнит. Северный полюс — это положительно заряженный полюс, а южный полюс — отрицательно заряженный полюс. И рядом с этим магнитом у нас есть медный кабель.Медь используется, потому что у нее есть электрон, который легко перемещается.

Я не собираюсь вдаваться в основы химии 101, где говорится о ядре, электронах и их функционировании. Позвольте мне просто заявить на простом уровне, что требуется очень небольшая сила, чтобы отодвинуть электрон от ядра в атоме меди. Вот почему медь является отличным проводником электроэнергии.

Магнитные силы притягивают положительные и отрицательные стороны. Если у вас есть два магнита, и вы держите положительные концы близко друг к другу и отпускаете магниты, они будут отталкиваться друг от друга.Если вы держите позитив и негатив близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Электроны заряжены отрицательно. Поэтому они притягиваются к положительной части магнита и отталкиваются от отрицательной части магнита.

Когда мы помещаем магнит рядом с медным проводом или медной катушкой, магнитная сила достаточно сильна, чтобы начать движение медных электронов. Ближайший к положительному полюсу магнита электрон хочет приблизиться еще ближе. И тот, что рядом с ним, хочет заполнить пустоту, которую только что оставил тот первый, а тот, что за ним, заполняет следующую пустоту, и в медной проволоке начинается цепная реакция.

В этом упрощенном примере я показываю только один конец медного [провода] вместо петли. В куске медной проволоки миллионы таких электронов. Когда электроны движутся, они генерируют ток. Более толстая проволока будет иметь больше меди, а это означает, что в ней будет больше электронов, генерирующих ток.

Если положительно заряженная часть магнита находится непосредственно рядом с медным кабелем, электроны будут двигаться к магниту с максимальной скоростью. Альтернативная часть заключается в том, что если отрицательно заряженная часть магнита находится непосредственно рядом с медным кабелем, электроны будут удаляться от магнита с максимальной скоростью.

Теперь давайте возьмем этот магнит и начнем вращать его по часовой стрелке. Магнит расположен перпендикулярно проводу. Обратите внимание, что отрицательный и положительный полюса магнита находятся на одинаковом расстоянии от медного провода. Сила притяжения положительного полюса уравновешивается силой отталкивания отрицательного полюса. Это означает, что электроны не движутся, поэтому ток не генерируется. Ток выражается в амперах или амперах, поэтому генерируемые здесь амперы равны нулю.

Если мы повернем магнит еще на 90 градусов, мы получим южный полюс магнита рядом с проводом.Эта отрицательно заряженная часть магнита теперь отталкивает электроны, и они движутся в противоположном направлении от магнита.

Сила движения электронов от одного атома меди к другому либо к положительному заряду, либо от отрицательного заряда вызывает ток.

Переменный ток — это ток, протекающий в одном направлении, достигающий максимальной силы, замедляющийся до остановки, а затем изменяющий направление до достижения другой максимальной силы, после чего он замедляется и снова останавливается.Один полный цикл — от нуля до максимального положительного значения, обратно до нуля, до максимального отрицательного значения и снова до нуля. Это называется Герц.

В Северной Америке у нас 60 герц в секунду, а большая часть остального мира использует 50 герц в секунду. Многие люди видят плюсы и минусы, типа плюс 2,3 ампера и минус 2,3 ампера, и путаются и думают, что одно компенсирует другое. Это не так. Положительные и отрицательные числа используются для отображения движения тока.

Ток вызван движением электронов, и не имеет значения, в каком направлении они движутся.

Вот простая аналогия. Подумайте о том, чтобы выйти из дома, сесть в машину и проехать через квартал. Автомобиль стартует с нуля и разгоняется до 30 миль или 30 километров в час. Вы знаете, что в конце квартала есть знак «стоп», поэтому вы начинаете замедляться и в конце концов останавливаетесь. Теперь давайте предположим, что вы что-то забыли дома, и решили сделать резервную копию того же расстояния, которое вы только что преодолели. Вы снова ускоряетесь до 30, а затем начинаете замедляться, приближаясь к дому, пока не остановитесь.

Вы только что преодолели нулевое расстояние? Конечно, нет.Вы преодолели двойную длину квартала, в котором живете, даже несмотря на то, что теперь вы вернулись в исходную точку. Вы просто чередовали направления, в которых путешествовали. В нашем примере с автомобилем вы двигаетесь вперед и назад, но с медным проводом электроны движутся к положительным и удаляются от отрицательных магнитных сил. Вращая магнит, мы заставляем направление этого движения двигаться вперед и назад. Но называть его обратным и прямым током звучит неправильно, поэтому мы просто называем его переменным током.

Амперметр измеряет силу тока или силу тока в линии. Некоторые будут показывать положительные и отрицательные значения, а другие нет. Другой метод измерения тока заключается в использовании цифрового осциллографа. На многих диаграммах отображаются положительные и отрицательные числа, отражающие направление тока. Помните, плюс 2,3 ампера обеспечивает такую ​​же силу тока, как и минус 2,3 ампера.

Позвольте мне повторить это критическое заявление. Ток вызван движением электронов, и не имеет значения, в каком направлении они движутся.

В то время как приведенные выше примеры вращения магнита верны, и Ниагарский водопад в США вырабатывает электричество таким образом, другие электроэнергетические предприятия используют тот же принцип, но генерируют ток, вращая медную катушку внутри магнитного поля. Когда катушка вращается, электроны движутся вперед и назад.

На рисунке показана простая рукоятка, но коммунальные предприятия используют внешний источник энергии, такой как пар от угольных или газовых электростанций, чтобы заставить электрическую катушку вращаться внутри магнитного поля.

И последнее замечание: со времен экспериментов Бена Франклина с электричеством обычно используется утверждение о токе, что он течет в направлении, противоположном движению электронов.

Значения переменного тока — Engineer-Educators.com

Существуют три значения переменного тока: мгновенное, пиковое и эффективное (среднеквадратичное, RMS).

Мгновенное значение

Мгновенное значение напряжения или тока — это индуцированное напряжение или ток, протекающие в любой момент цикла.Синусоида представляет ряд этих значений. Мгновенное значение напряжения меняется от нуля при 0° до максимума при 90°, обратно до нуля при 180°, до максимума в обратном направлении при 270° и снова до нуля при 360°. Любая точка синусоиды считается мгновенным значением напряжения.

Пиковое значение

Пиковое значение является наибольшим мгновенным значением. Наибольшее единичное положительное значение возникает, когда синусоида напряжения находится под углом 90°, а наибольшее единичное отрицательное значение возникает, когда она составляет 270°. Максимальное значение в 1,41 раза больше эффективного значения. Это так называемые пиковые значения.

Эффективное значение

Эффективное значение также известно как среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение, которое относится к математическому процессу, посредством которого получено значение. Большинство вольтметров переменного тока при использовании отображают эффективное или среднеквадратичное значение. Эффективное значение меньше максимального значения, равное максимальному значению в 0,707 раза.

Эффективное значение синусоидальной волны фактически является мерой теплового эффекта синусоидальной волны.На рис. 107 показано, что происходит, когда резистор подключен к источнику переменного напряжения. На рисунке A определенное количество тепла выделяется мощностью резистора. На иллюстрации B показан тот же резистор, который теперь подключен к источнику постоянного напряжения. Значение источника постоянного напряжения теперь можно отрегулировать так, чтобы резистор рассеивал такое же количество тепла
, как и когда он был в цепи переменного тока. Среднеквадратичное значение или эффективное значение синусоиды равно напряжению постоянного тока, которое производит такое же количество тепла, как и синусоидальное напряжение.

Рис. 107. Эффективное значение синусоидального сигнала.

Пиковое значение синусоидального сигнала можно преобразовать в соответствующее среднеквадратичное значение, используя следующую зависимость.

Может применяться как к напряжению, так и к току.

Алгебраическая перестановка формулы и решение Vp также могут определить пиковое напряжение. Полученная формула:

Таким образом, значение 110 вольт, данное для переменного тока, подаваемого в дома, составляет всего 0,707 от максимального напряжения этого источника.Максимальное напряжение составляет примерно 155 вольт (110 × 1,41 = максимум 155 вольт).

При исследовании переменного тока любые значения тока или напряжения считаются действующими значениями, если не указано иное, и на практике используются только действующие значения напряжения и тока. Точно так же вольтметры и амперметры переменного тока измеряют действующее значение.

Что такое переменный ток? — Переменный ток: приложения и история

нагревается из-за отсутствия сопротивления проводов, а затем преобразуется в более безопасную форму с меньшей мощностью для использования с трансформатором.Сегодня переменный ток используется для передачи информации (например, кабельных и телефонных сигналов).

Когда дело доходит до промышленности, переменный ток обычно не имеет больше практических преимуществ, чем постоянный ток. Однако в большинстве стран мира переменный ток используется в электродвигателях, генераторах и системах распределения электроэнергии. Чтобы понять почему, нужно немного больше узнать о науке о том, как работает переменный ток.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, генератор переменного тока может быть создан, когда магнитное поле вращается вокруг проводов, которые остаются неподвижными.При его вращении ток в проводах меняется в зависимости от положения магнитного вала. Это известно как оператор переменного тока или генератор переменного тока.

Постоянный ток также работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея, но схема гораздо сложнее. В генераторах постоянного тока спиральный провод соединен с валом, а угольные щетки должны соединяться с медными полосами на вращающемся валу. Причина этого в том, что полярность выхода катушки постоянно меняется, поэтому ее необходимо переключать, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность.После этого генератор постоянного тока будет вырабатывать два импульса напряжения каждый раз, когда магнитный вал совершает оборот. Это становится проблемой, потому что вам нужно постоянное напряжение, а не напряжение в «импульсах». Чтобы сделать ток постоянным, необходимо установить несколько катушек с контактом с угольными щетками. Это создает еще более сложную проблему, потому что, когда установлено слишком много катушек и щеток, тепло выделяется гораздо легче, что может создать проблемы для всей системы. Соприкасающиеся катушки и щетки также подвержены риску случайного «искрения», что может привести к пожару.Из-за этой более сложной настройки и проблем, связанных с настройкой, переменный ток часто используется в промышленности из-за низкой стоимости и большей надежности.

Переменный ток имеет и другие преимущества, помимо низкой стоимости и упрощения настройки. При распределении электроэнергии электроэнергия должна транспортироваться во множество различных областей на большие расстояния. Чтобы сделать это эффективно, наиболее эффективно транспортировать его с высоким напряжением и низким током, а затем «преобразовывать» его в более низкое напряжение и более высокий ток при доставке в дома и на предприятия.Использование трансформаторов сделало это возможным. Однако трансформаторы будут работать только с переменным током, а не с постоянным током. В результате мы видим, что переменный ток гораздо чаще используется в приложениях для передачи энергии.

11.3 Переменный ток | Электродинамика

Объясните преимущества переменного тока.

• Легко быть
  трансформируется (поднимается или
  уйти в отставку с помощью
  трансформатор).
• Легче
  преобразовать переменный ток в постоянный
  чем от постоянного тока к переменному.
• Генерировать проще.
• Это
  может передаваться в
  высокое напряжение и низкое
  ток в течение долгого времени
  расстояния с меньшим
  потеряна энергия.
• Высокий
  частота, используемая в переменном токе
  делает его подходящим для
  моторы.

На каком из следующих графиков правильно показано соотношение тока ивремя
график для генератора переменного тока?

Для генератора переменного тока график зависимости тока от времени представляет собой
синусоидальная волна и чередуется между положительными и отрицательными значениями.

Для генератора постоянного тока ток противвременной график это
абсолютное значение синусоиды и не чередуется между
положительные и отрицательные значения.

Правильный ответ C.

Напишите выражения для тока и напряжения в цепи переменного тока.

\начать{выравнивать*}
я & = I _ {\ max} \ sin (\ text {2} πft + φ) \\
v & = V _ {\ max} \ sin (\ text {2} πft)
\конец{выравнивание*}

Определите среднеквадратичное значение тока и напряжения для
переменного тока.

Среднеквадратичное значение — это значение, которое мы используем для переменного тока, и
Эквивалент постоянного тока будет.

\начать{выравнивать*}
I_{rms} & =\frac{I_{\max}}{\sqrt{\text{2}}}\\
V_{rms} & =\frac{V_{\max}}{\sqrt{\text{2}}}
\конец{выравнивание*}

Какая частота переменного тока генерируется в Южной Африке?

В Южной Африке частота \(\text{50}\) \(\text{Гц}\)

Если \({V}_{\mathrm{\max}}\) на генераторе электростанции
\(\text{340}\) \(\text{V}\) AC, какое напряжение сети (среднеквадратичное значение)
напряжение) в нашем домашнем хозяйстве?

\начать{выравнивать*}
V_{rms} & = \frac{V_{\max}}{\sqrt{\text{2}}} \\
& = \ frac {\ text {340}} {\ sqrt {\ text {2}}} \\
& = \текст{240,42}\текст{В}
\конец{выравнивание*}

Дано: \(I_{\text{max}}\) равно \(\text{10}\) \(\text{A}\)

Рассчитайте среднеквадратичное значение тока с точностью до двух знаков после запятой.

\начать{выравнивать*}
I _ {\ text {rms}} & = \ frac {I _ {\ text {max}}} {\ sqrt {\ text {2}}}
\end{выравнивание*}\begin{выравнивание*}
I _ {\ text {rms}} & = \ frac {\ text {10} \ text {A}} {\ sqrt {\ text {2}}} \\
& = \текст{7,07}\текст{А}
\конец{выравнивание*}

Следовательно, \(I_{\text{rms}}=\text{7,07}\text{A}\)

\(\текст{7,07}\)

Дано: \(V_{\text{max}}\) равно \(\text{266}\) \(\text{V}\)

Рассчитайте среднеквадратичное значение напряжения с точностью до двух знаков после запятой.

\начать{выравнивать*}
V _ {\ text {rms}} & = \ frac {V _ {\ text {max}}} {\ sqrt {\ text {2}}}
\end{выравнивание*}\begin{выравнивание*}
V _ {\ text {rms}} & = \ frac {\ text {266} \ text { V}} {\ sqrt {\ text {2}}} \\
& = \текст{188,09}\текст{В}
\конец{выравнивание*}

Следовательно, \(V_{\text{rms}}=\text{188,09}\text{V}\)

\(\текст{188,09}\) \(\текст{V}\)

Нарисуйте график зависимости напряжения от времени и силы тока от времени для переменного тока
схема.

График одинаковый как для напряжения, так и для тока:

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экологичность или энергосбережение

курсы.»

Рассел Бейли, ЧП

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня дополнительно нескольким новым вещам

для раскрытия мне новых источников

информации.»

Стивен Дедак, ЧП

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным.Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечают на вопросы.

Это было на высшем уровне. Буду использовать

снова. Спасибо.»

Блэр Хейворд, ЧП

Альберта, Канада

«Веб-сайт прост в использовании. Хорошо организован. Я обязательно воспользуюсь вашими услугами снова.

Я передам вашу компанию

имя другим на работе.»

Рой Пфлейдерер, ЧП

Нью-Йорк

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень информативным, тем более что я думал, что уже знаком

с деталями Канзас

Авария в городе Хаятт.»

Майкл Морган, ЧП

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель.Мне нравится, что я могу просмотреть текст перед покупкой. Я нашел класс

информативный и полезный

на моей работе.»

Уильям Сенкевич, Ч. Е.

Флорида

«У вас отличный выбор курсов и очень информативные статьи. Вам

— лучшее, что я нашел.»

Рассел Смит, П.Е.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, предоставляя время для проверки

материал.»

Хесус Сьерра, ЧП

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле,

человек узнает больше

от сбоев.»

Джон Скондрас, ЧП

Пенсильвания

«Курс был хорошо составлен, и использование тематических исследований является эффективным

способ обучения.»

Джек Лундберг, ЧП

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т. е. позволяете

студент для ознакомления с курсом

материал перед оплатой и

получение викторины.»

Арвин Свангер, ЧП

Вирджиния

«Спасибо, что предлагаете все эти замечательные курсы. Я, конечно, выучил и

очень понравилось.»

Мехди Рахими, ЧП

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска и

подключение к Интернету

курсы.»

Уильям Валериоти, ЧП

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был легким для понимания. Фотографии в основном давали хорошее представление о

обсуждаемые темы.»

Майкл Райан, ЧП

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Нужен 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, ЧП

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это был

.

информативно, выгодно и экономично.

Очень рекомендую

всем инженерам.»

Джеймс Шурелл, ЧП

Огайо

«Я ценю, что вопросы «реального мира» и имеют отношение к моей практике, и

не основано на каком-то непонятном разделе

законов, которые не применяются

до «обычная» практика.»

Марк Каноник, ЧП

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать его в своем медицинском устройстве

организация.»

Иван Харлан, ЧП

Теннесси

«Материал курса имеет хорошее содержание, не слишком математический, с хорошим акцентом на практическое применение технологии. »

Юджин Бойл, П.Е.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представлена,

а онлайн формат был очень

доступно и просто

использование. Большое спасибо.»

Патрисия Адамс, ЧП

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия непрерывному обучению PE в рамках временных ограничений лицензиата.»

Джозеф Фриссора, ЧП

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Распечатанная викторина помогает во время

просмотр текстового материала. я

также оценил просмотр

предоставлены фактические случаи.»

Жаклин Брукс, ЧП

Флорида

«Документ Общие ошибки ADA в проектировании помещений очень полезен.

тест требовал исследований в

документ но ответы были

всегда в наличии.»

Гарольд Катлер, ЧП

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за разнообразие выбора

в дорожной технике, который мне нужен

для выполнения требований

Сертификация PTOE.»

Джозеф Гилрой, ЧП

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для выполнения моих требований в штате Делавэр».

Ричард Роудс, ЧП

Мэриленд

«Узнал много нового о защитном заземлении. До сих пор все курсы, которые я проходил, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

Курсы со скидкой.»

Кристина Николас, ЧП

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду дополнительных

курсы. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

необходимость путешествовать.»

Деннис Мейер, ЧП

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры для приобретения блоков PDH

в любое время.Очень удобно.»

Пол Абелла, ЧП

Аризона

«Пока все было отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня не так много

пора искать куда

получить мои кредиты от.»

Кристен Фаррелл, ЧП

Висконсин

«Это было очень информативно и поучительно.Легко понять с иллюстрациями

и графики; определенно делает его

проще  впитывать все

теорий. »

Виктор Окампо, инженер.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов полупроводников. Мне понравилось проходить курс по телефону

.

мой собственный темп во время моего утра

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, ЧП

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и получить

викторина. Я бы очень рекомендую

вам в любой PE нуждающийся

Единицы CE.»

Марк Хардкасл, ЧП

Миссури

«Очень хороший выбор тем во многих областях техники.»

Рэндалл Дрейлинг, ЧП

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад принести финансовую выгоду

по ваш рекламный адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%. »

Конрадо Касем, П.Е.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Буду пользоваться вашими услугами в будущем.»

Чарльз Флейшер, ЧП

Нью-Йорк

«Это был хороший тест, и я фактически проверил, что я прочитал профессиональную этику

Коды

и Нью-Мексико

правила.»

Брун Гильберт, П.Е.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили времени и усилий.»

Дэвид Рейнольдс, ЧП

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительного

сертификация.»

Томас Каппеллин, П.Е.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все равно выполнили обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

спасибо!»

Джефф Ханслик, ЧП

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы

для инженера. »

Майк Зайдл, П.Е.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким и

в хорошем состоянии.»

Глен Шварц, ЧП

Нью-Джерси

«Вопросы соответствовали урокам, а материал урока

хороший справочный материал

для дизайна под дерево.»

Брайан Адамс, П.Е.

Миннесота

«Отлично, удалось получить полезную информацию с помощью простого телефонного звонка.»

Роберт Велнер, ЧП

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт прохождения курса «Строительство прибрежных районов — Проектирование»

Корпус Курс и

очень рекомендую. »

Денис Солано, ЧП

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики штата Нью-Джерси были очень

прекрасно приготовлено.»

Юджин Брекбилл, ЧП

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность скачивать учебные материалы на

обзор везде и

когда угодно.»

Тим Чиддикс, ЧП

Колорадо

«Отлично! Поддерживайте широкий выбор тем на выбор.»

Уильям Бараттино, ЧП

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой чепухи. Хороший опыт.»

Тайрон Бааш, П.Е.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были пробными и демонстрировали понимание

материала. Тщательный

и полный».

Майкл Тобин, ЧП

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что курс предложил мне, что

поможет в моей линии

работы.»

Рики Хефлин, ЧП

Оклахома

«Очень быстрая и простая навигация. Я определенно воспользуюсь этим сайтом снова.»

Анджела Уотсон, ЧП

Монтана

«Прост в исполнении. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата.»

Кеннет Пейдж, П.Е.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о нагреве воды с помощью солнечной энергии. Информативный

и отличное освежение.»

Луан Мане, ЧП

Коннетикут

«Мне нравится подход к подписке и возможности читать материалы в автономном режиме, а затем

вернись, чтобы пройти тест. »

Алекс Млсна, П.Е.

Индиана

«Я оценил количество информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях.»

Натали Дерингер, ЧП

Южная Дакота

«Материалы обзора и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, ЧП

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а затем вернуться

и пройди тест. Очень

удобный а на моем

собственное расписание.»

Майкл Гладд, ЧП

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет. »

Деннис Фундзак, ЧП

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат

. Спасибо за создание

процесс простой.»

Фред Шайбе, ЧП

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел подходящий мне курс и закончил

PDH за один час в

один час.»

Стив Торкилдсон, ЧП

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность загрузки документов для ознакомления с содержанием

и пригодность до

имея платить за

материал .»

Ричард Ваймеленберг, ЧП

Мэриленд

«Это хорошее пособие по ЭЭ для инженеров, не являющихся электриками. »

Дуглас Стаффорд, ЧП

Техас

«Всегда есть место для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, которому требуется

улучшение.»

Томас Сталкап, ЧП

Арканзас

«Мне очень нравится удобство прохождения викторины онлайн и получения немедленного

Сертификат

.»

Марлен Делани, ЧП

Иллинойс

«Обучающие модули CEDengineering — очень удобный способ доступа к информации по

многие различные технические области снаружи

по собственной специализации без

необходимость путешествовать.»

Гектор Герреро, ЧП

Грузия

Цепи переменного тока

На рисунке 1 показан график зависимости переменного напряжения и переменного тока от времени в цепи, которая имеет только резистор и источник переменного тока — генератор переменного тока.

Поскольку напряжение и ток достигают своих максимальных значений одновременно, они равны в фазе . Закон Ома и предыдущие выражения для мощности справедливы для этой цепи, если используется среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение) напряжения и среднеквадратичное значение тока, иногда называемое эффективным значением .Эти отношения равны

. Закон Ома выражается следующим образом: В _R = IR , где В _R — среднеквадратичное напряжение на резисторе, а I — среднеквадратичное значение напряжения в цепи.

Цепи резистор-конденсатор

Цепь с резистором, конденсатором и генератором переменного тока называется RC-цепью . Конденсатор в основном представляет собой набор проводящих пластин, разделенных изолятором; таким образом, постоянный ток не может проходить через конденсатор.Изменяющийся во времени ток может добавлять или снимать заряды с пластин конденсатора. Простая схема зарядки конденсатора показана на рисунке 2.

Первоначально в момент времени t = 0 переключатель (S) разомкнут, и на конденсаторе нет заряда.Когда ключ замкнут, ток будет проходить через резистор и заряжать конденсатор. Ток прекратится, когда падение напряжения на конденсаторе сравняется с потенциалом батареи (В) . Как только конденсатор достигнет максимального заряда, ток уменьшится до нуля. Ток достигает максимума сразу после замыкания ключа и экспоненциально уменьшается со временем. Емкостная постоянная времени (τ, греческая буква тау) — это время, за которое заряд уменьшается до 1/ e от его первоначального значения, где e — натуральный логарифм.Конденсатор с большой постоянной времени будет изменяться медленно. Емкостная постоянная времени τ = RC .

Из правил Кирхгофа получены следующие выражения для разности потенциалов на конденсаторе (V _C ) и токе (I) в цепи:

где В это потенциал аккумулятора.

Резистивно-индуктивные цепи

Цепь с резистором, катушкой индуктивности и генератором переменного тока представляет собой RL-цепь .Когда ключ замкнут в цепи RL, в катушке индуктивности индуцируется противо-ЭДС. Следовательно, току требуется время, чтобы достичь своего максимального значения, а постоянная времени, называемая индуктивной постоянной времени , определяется как

Уравнения для тока как функции времени и для потенциала на катушке индуктивности 

В приведенных выше обсуждениях RC- и RL-цепей для простоты использовался переключатель. Размыкание и замыкание переключателя дает реакцию, подобную реакции переменного тока.Цепи RC и RL похожи друг на друга, потому что увеличение напряжения приводит к току, который изменяется экспоненциально в каждой цепи, но в других отношениях реакции различаются. Эти различия в поведении, описанные ниже, приводят к разным откликам в цепях переменного тока.

Реактивное сопротивление

Теперь рассмотрим цепь переменного тока, состоящую только из конденсатора и генератора переменного тока. Графики тока и напряжения на конденсаторе в зависимости от времени показаны на рис.Кривые , а не в фазе, как это было для цепи резистора и генератора переменного тока. (См. рисунок .) Кривые показывают, что для конденсатора напряжение достигает своего максимального значения через одну четверть периода после того, как ток достигает своего максимального значения. Таким образом, напряжение отстает от тока через конденсатор на 90 градусов.

Емкостное сопротивление (X _c ) выражает препятствующее влияние конденсатора на ток и определяется как

, где C в фарадах, а частота (f) в герцах. Закон OHM дает V _C = IX _C , где C _{C C C — это среднеквадратичное напряжение через конденсатор и I — это текущий RMS в цепи.}

Рассмотрим цепь только с катушкой индуктивности и генератором переменного тока. На рисунке показаны графики зависимости тока и напряжения катушки индуктивности от времени.Обратите внимание еще раз, что напряжение и ток не совпадают по фазе. Напряжение для этой цепи достигает своего максимального значения за одну четверть периода до того, как ток достигает своего максимума; таким образом, напряжение опережает ток на 90 градусов.

Протеканию тока в цепи препятствует противо-ЭДС катушки индуктора.Эффективное сопротивление называется индуктивным сопротивлением (X _L ) и определяется как (X _L ) = 2π fL , где L измеряется в генри, а 9016,6 f 9016,6 герц. Закон Ома дает (V _L ) = IX _L , где (V _L ) — среднеквадратичное напряжение на катушке индуктивности, а I — среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности.

Цепь резистор-индуктор-конденсатор

Цепь с резистором, катушкой индуктивности, конденсатором и генератором переменного тока называется цепью RLC .Фазовые соотношения этих элементов можно резюмировать следующим образом:

• Мгновенное напряжение на резисторе В _R совпадает по фазе с мгновенным током.

• Мгновенное напряжение на дросселе В _L опережает мгновенный ток на 90 градусов.

• Мгновенное напряжение на конденсаторе В _c отстает от мгновенного тока.

Поскольку напряжения на разных элементах не совпадают по фазе, отдельные напряжения нельзя просто суммировать в цепях переменного тока. Уравнения для полного напряжения и фазового угла равны

.

, где все напряжения являются действующими значениями. Закон Ома для общего случая цепей переменного тока теперь выражается В = IZ , где R заменено на полное сопротивление ( Z ), измеряемое в омах. Импеданс определяется как

.