Ποια είναι η διαφορά μεταξύ εναλλασσόμενου ρεύματος και... Διαφορά μεταξύ τάσης DC και AC

Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ένα ρεύμα του οποίου η αλλαγή μεγέθους και κατεύθυνσης επαναλαμβάνεται περιοδικά σε ίσα διαστήματα του χρόνου T.

Στον τομέα της παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, το εναλλασσόμενο ρεύμα έχει δύο βασικά πλεονεκτήματα έναντι του συνεχούς ρεύματος:

1) η ικανότητα (χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές) απλά και οικονομικά να αυξάνει και να μειώνει την τάση, αυτό είναι ζωτικής σημασίας για τη μετάδοση ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις.

2) μεγαλύτερη απλότητα των συσκευών ηλεκτροκινητήρων, άρα και χαμηλότερο κόστος.

Καλείται η τιμή μιας μεταβλητής ποσότητας (ρεύμα, τάση, emf) οποιαδήποτε στιγμή t στιγμιαία αξία και συμβολίζεται με πεζά γράμματα (ρεύμα i, τάση u, emf - e).

Η μεγαλύτερη από τις στιγμιαίες τιμές των περιοδικά μεταβαλλόμενων ρευμάτων, τάσεων ή emf ονομάζεται ανώτατο όριο ή πλάτος τιμές και χαρακτηρίζονται με κεφαλαία γράμματα με τον δείκτη "m" (I m, U m).

Το συντομότερο χρονικό διάστημα μετά το οποίο επαναλαμβάνονται οι στιγμιαίες τιμές μιας μεταβλητής ποσότητας (ρεύμα, τάση, emf) με την ίδια σειρά ονομάζεται περίοδος T, και το σύνολο των αλλαγών που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της περιόδου είναι κύκλος.

Το αντίστροφο της περιόδου ονομάζεται συχνότητα και συμβολίζεται με το γράμμα f.

Εκείνοι. συχνότητα – ο αριθμός των περιόδων ανά 1 δευτερόλεπτο.

Μονάδα συχνότητας 1/δευτ. - καλείται χέρτζ (Hz). Οι μεγαλύτερες μονάδες συχνότητας είναι kilohertz (kHz) και megahertz (MHz).

Λήψη εναλλασσόμενου ημιτονοειδούς ρεύματος.

Στην τεχνολογία, τα εναλλασσόμενα ρεύματα και οι τάσεις επιδιώκονται να λαμβάνονται σύμφωνα με τον απλούστερο περιοδικό νόμο - ημιτονοειδή. Επειδή ένα ημιτονοειδές είναι η μόνη περιοδική συνάρτηση που έχει παράγωγο παρόμοια με τον εαυτό του, με αποτέλεσμα το σχήμα των καμπυλών τάσης και ρεύματος σε όλους τους συνδέσμους του ηλεκτρικού κυκλώματος να είναι το ίδιο, γεγονός που απλοποιεί πολύ τους υπολογισμούς.

Για να λάβετε ρεύματα βιομηχανικής συχνότητας, χρησιμοποιήστε εναλλάκτες του οποίου η λειτουργία βασίζεται στον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, σύμφωνα με τον οποίο, όταν ένα κλειστό κύκλωμα κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ρεύμα σε αυτό.

Διάγραμμα κυκλώματος απλού εναλλάκτη

Οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής ισχύος, σχεδιασμένες για τάσεις 3–15 kV, κατασκευάζονται με σταθερή περιέλιξη στον στάτορα του μηχανήματος και περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνήτη-ρότορα. Με αυτό το σχέδιο, είναι ευκολότερο να μονωθούν αξιόπιστα τα καλώδια της σταθερής περιέλιξης και είναι ευκολότερο να εκτραπεί το ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα.

Μία περιστροφή του ρότορα μιας διπολικής γεννήτριας αντιστοιχεί σε μία περίοδο εναλλασσόμενου EMF που προκαλείται στην περιέλιξή της.

Εάν ο ρότορας κάνει n στροφές ανά λεπτό, τότε η συχνότητα του επαγόμενου emf

.

Επειδή σε αυτή την περίπτωση η γωνιακή ταχύτητα της γεννήτριας
, τότε μεταξύ αυτού και της συχνότητας που προκαλείται από το EMF υπάρχει μια σχέση
.

Φάση. Μετατόπιση φάσης.

Ας υποθέσουμε ότι η γεννήτρια έχει δύο ίδιες στροφές στον οπλισμό, μετατοπισμένες στο διάστημα. Όταν ο οπλισμός περιστρέφεται, στις στροφές προκαλούνται EMF της ίδιας συχνότητας και με τα ίδια πλάτη, επειδή τα πηνία περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα στο ίδιο μαγνητικό πεδίο. Αλλά λόγω της μετατόπισης των στροφών στο χώρο, το EMF δεν φτάνει ταυτόχρονα τα σημάδια πλάτους.

Αν τη στιγμή που αρχίζει η μέτρηση του χρόνου (t=0), η στροφή 1 βρίσκεται υπό γωνία ως προς το ουδέτερο επίπεδο
, και η στροφή 2 είναι υπό γωνία
. Στη συνέχεια, το EMF προκάλεσε στην πρώτη στροφή:

και στο δεύτερο:

Την ώρα της αντίστροφης μέτρησης:

Ηλεκτρικές γωνίες Και καλούνται οι καθοριστικές τιμές του emf στην αρχική χρονική στιγμή αρχικές φάσεις.

Η διαφορά στις αρχικές φάσεις δύο ημιτονοειδών μεγεθών της ίδιας συχνότητας ονομάζεται γωνία φάσης .

Η ποσότητα για την οποία οι μηδενικές τιμές (μετά από τις οποίες παίρνει θετικές τιμές) ή οι τιμές θετικού πλάτους επιτυγχάνονται νωρίτερα από την άλλη θεωρείται προχωρημένο σε φάση, και αυτό για το οποίο επιτυγχάνονται οι ίδιες τιμές αργότερα - υστερεί σε φάση.

Εάν δύο ημιτονοειδείς ποσότητες φτάσουν ταυτόχρονα το πλάτος και τις μηδενικές τιμές τους, τότε οι ποσότητες λέγονται ότι είναι σε φάση . Εάν η γωνία μετατόπισης φάσης των ημιτονοειδών μεγεθών είναι 180 0
, τότε λέγεται ότι αλλάζουν μέσα αντιφάση.

Τώρα είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς τον ανθρώπινο πολιτισμό χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Τηλεοράσεις, υπολογιστές, ψυγεία, πιστολάκια μαλλιών, πλυντήρια ρούχων - όλες οι οικιακές συσκευές λειτουργούν σε αυτό. Για να μην αναφέρουμε τη βιομηχανία και τις μεγάλες εταιρείες. Η κύρια πηγή ενέργειας για τους ηλεκτρικούς δέκτες είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα. Τι είναι αυτό; Ποιες είναι οι παράμετροι και τα χαρακτηριστικά του; Ποια είναι η διαφορά μεταξύ συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος; Λίγοι γνωρίζουν τις απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις.

Μεταβλητή vs Constant

Στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, χάρη στις ανακαλύψεις στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού, προέκυψε μια συζήτηση σχετικά με το τι είδους ρεύμα ήταν καλύτερο να χρησιμοποιηθεί για την ικανοποίηση των ανθρώπινων αναγκών. Πώς ξεκίνησαν όλα; Ο Thomas Edison ίδρυσε την εταιρεία του το 1878, η οποία αργότερα έγινε η διάσημη General Electric. Η εταιρεία έγινε γρήγορα πλούσια και κέρδισε την εμπιστοσύνη των επενδυτών και των απλών πολιτών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, καθώς κατασκευάστηκαν αρκετές εκατοντάδες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνεχούς ρεύματος σε όλη τη χώρα. Η αξία του Έντισον βρίσκεται στην εφεύρεση του συστήματος τριών συρμάτων. Το συνεχές ρεύμα λειτούργησε εξαιρετικά με τους πρώτους ηλεκτρικούς κινητήρες και τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Αυτοί ήταν στην πραγματικότητα οι μόνοι δέκτες ενέργειας εκείνη την εποχή. Ο μετρητής, που επίσης εφευρέθηκε από τον Έντισον, λειτουργούσε αποκλειστικά με συνεχές ρεύμα. Ωστόσο, η αναπτυσσόμενη εταιρεία του Edison αντιτάχθηκε από ανταγωνιστικές εταιρείες και εφευρέτες που ήθελαν να αντιτάξουν το συνεχές ρεύμα στο εναλλασσόμενο ρεύμα.

Μειονεκτήματα της εφεύρεσης του Έντισον

Ο George Westinghouse, μηχανικός και επιχειρηματίας, παρατήρησε έναν αδύναμο κρίκο στην πατέντα του Edison - τεράστιες απώλειες σε αγωγούς. Ωστόσο, δεν μπόρεσε να αναπτύξει ένα σχέδιο που θα μπορούσε να ανταγωνιστεί αυτήν την εφεύρεση. Ποιο είναι το μειονέκτημα του συνεχούς ρεύματος του Έντισον; Το κύριο πρόβλημα είναι η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε αποστάσεις. Και αφού όσο αυξάνεται αυξάνεται και η αντίσταση των αγωγών, αυτό σημαίνει ότι θα αυξάνονται και οι απώλειες ισχύος. Για να χαμηλώσετε αυτό το επίπεδο, είναι απαραίτητο είτε να αυξήσετε την τάση και αυτό θα οδηγήσει σε μείωση της ισχύος του ίδιου του ρεύματος είτε σε πάχυνση του σύρματος (δηλαδή, μείωση της αντίστασης του αγωγού). Δεν υπήρχαν τρόποι αποτελεσματικής αύξησης της τάσης συνεχούς ρεύματος εκείνη την εποχή, έτσι τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας του Έντισον διατήρησαν την τάση κοντά στα διακόσια βολτ. Δυστυχώς, οι ροές ισχύος που μεταδίδονται με αυτόν τον τρόπο δεν μπορούσαν να καλύψουν τις ανάγκες των βιομηχανικών επιχειρήσεων. Το συνεχές ρεύμα δεν μπορούσε να εγγυηθεί την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ισχυρούς καταναλωτές που βρίσκονταν σε σημαντική απόσταση από το εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Και ήταν πολύ ακριβό να αυξηθεί το πάχος των καλωδίων ή να κατασκευαστούν περισσότεροι σταθμοί.

AC εναντίον DC

Χάρη στον μετασχηματιστή που αναπτύχθηκε το 1876 από τον μηχανικό Pavel Yablochkov, η αλλαγή της τάσης του εναλλασσόμενου ρεύματος ήταν πολύ απλή, γεγονός που κατέστησε δυνατή τη μετάδοσή του σε εκατοντάδες και χιλιάδες χιλιόμετρα. Ωστόσο, εκείνη την εποχή δεν υπήρχαν κινητήρες που να λειτουργούσαν με εναλλασσόμενο ρεύμα. Συνεπώς, δεν υπήρχαν σταθμοί παραγωγής ή δίκτυα μεταφοράς.

Εφευρέσεις του Νίκολα Τέσλα

Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημα της σταθεράς δεν κράτησε πολύ. Ο Νίκολα Τέσλα, που εργαζόταν ως μηχανικός στην εταιρεία του Έντισον, συνειδητοποίησε ότι το συνεχές ρεύμα δεν μπορούσε να παράσχει στην ανθρωπότητα ηλεκτρική ενέργεια. Ήδη το 1887, ο Tesla έλαβε αρκετές πατέντες για συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος. Ένας ολόκληρος αγώνας ξεκίνησε για πιο αποτελεσματικά συστήματα. Οι κύριοι ανταγωνιστές της Tesla ήταν οι Thomson και Stanley. Και το 1888, μια ξεκάθαρη νίκη κέρδισε ένας Σέρβος μηχανικός που παρείχε ένα σύστημα ικανό να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια σε αποστάσεις εκατοντάδων μιλίων. Ο νεαρός εφευρέτης συνελήφθη γρήγορα από τον Westinghouse. Ωστόσο, αμέσως ξεκίνησε μια αντιπαράθεση μεταξύ των εταιρειών Edison και Westinghouse. Ήδη το 1891, ο Tesla ανέπτυξε ένα τριφασικό σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο κατέστησε δυνατή τη νίκη του διαγωνισμού για την κατασκευή ενός τεράστιου σταθμού παραγωγής ενέργειας. Έκτοτε, το εναλλασσόμενο ρεύμα κατέλαβε ξεκάθαρα την ηγετική θέση. Η μόνιμη έχανε έδαφος σε όλα τα μέτωπα. Ειδικά όταν εμφανίστηκαν ανορθωτές που μπορούσαν να μετατρέψουν το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές, κάτι που έγινε βολικό για όλους τους δέκτες.

Ορισμός εναλλασσόμενου ρεύματος

Ένα παράδειγμα απλής γεννήτριας

Η απλούστερη πηγή είναι ένα ορθογώνιο πλαίσιο από χαλκό, το οποίο είναι τοποθετημένο σε άξονα και περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας έναν ιμάντα κίνησης. Τα άκρα αυτού του πλαισίου είναι συγκολλημένα με χάλκινους δακτυλίους ολίσθησης, οι οποίοι γλιστρούν πάνω από τις βούρτσες. Ένας μαγνήτης δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο ομοιόμορφα κατανεμημένο στο διάστημα. Η πυκνότητα των γραμμών μαγνητικής δύναμης εδώ είναι η ίδια σε οποιοδήποτε μέρος. Το περιστρεφόμενο πλαίσιο διασχίζει αυτές τις γραμμές και μια εναλλασσόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) προκαλείται στις πλευρές του. Με κάθε περιστροφή, η φορά του συνολικού EMF αντιστρέφεται, καθώς οι πλευρές εργασίας του πλαισίου διέρχονται από διαφορετικούς πόλους του μαγνήτη ανά περιστροφή. Δεδομένου ότι η ταχύτητα τομής των γραμμών δύναμης αλλάζει, το μέγεθος της ηλεκτροκινητικής δύναμης γίνεται επίσης διαφορετικό. Επομένως, εάν το πλαίσιο περιστρέφεται ομοιόμορφα, η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη θα αλλάζει περιοδικά τόσο σε κατεύθυνση όσο και σε μέγεθος μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας εξωτερικά όργανα και, ως αποτέλεσμα, να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία εναλλασσόμενου ρεύματος σε εξωτερικά κυκλώματα.

Ημιτονοειδής

Τι είναι αυτό; Το εναλλασσόμενο ρεύμα χαρακτηρίζεται γραφικά από μια καμπύλη που μοιάζει με κύμα - ένα ημιτονοειδές. Αντίστοιχα, το EMF, το ρεύμα και η τάση, που αλλάζουν σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, ονομάζονται ημιτονοειδείς παράμετροι. Η καμπύλη ονομάζεται έτσι επειδή είναι μια εικόνα μιας τριγωνομετρικής μεταβλητής - ημιτόνου. Είναι η ημιτονοειδής φύση του εναλλασσόμενου ρεύματος που είναι πιο συνηθισμένη σε όλες τις ηλεκτρολογικές μηχανές.

Παράμετροι και χαρακτηριστικά

Το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ένα φαινόμενο που χαρακτηρίζεται από ορισμένες παραμέτρους. Αυτά περιλαμβάνουν το πλάτος, τη συχνότητα και την περίοδο. Το τελευταίο (που συμβολίζεται με το γράμμα Τ) είναι η χρονική περίοδος κατά την οποία η τάση, το ρεύμα ή το EMF ολοκληρώνουν έναν κύκλο πλήρους αλλαγής. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ο ρότορας της γεννήτριας, τόσο μικρότερη θα είναι η περίοδος. Η συχνότητα (f) είναι ο αριθμός των πλήρων περιόδων ρεύματος, τάσης ή emf. Μετριέται σε Hz (hertz) και δείχνει τον αριθμό των περιόδων σε ένα δευτερόλεπτο. Κατά συνέπεια, όσο μεγαλύτερη είναι η περίοδος, τόσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα. Το πλάτος ενός φαινομένου όπως το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι η μεγαλύτερη τιμή του. Το πλάτος της τάσης, του ρεύματος ή της ηλεκτροκινητικής δύναμης γράφεται με γράμματα με τον δείκτη «t» - U t I t, E t, αντίστοιχα. Συχνά οι παράμετροι και τα χαρακτηριστικά του εναλλασσόμενου ρεύματος περιλαμβάνουν την πραγματική τιμή. Η τάση, το ρεύμα ή το EMF που δρα στο κύκλωμα σε κάθε χρονική στιγμή είναι μια στιγμιαία τιμή (σημειώνεται με πεζά γράμματα - i, u, e). Ωστόσο, είναι δύσκολο να αξιολογηθεί το εναλλασσόμενο ρεύμα, η εργασία που εκτελεί και η θερμότητα που δημιουργείται από τη στιγμιαία τιμή, καθώς αλλάζει συνεχώς. Επομένως, χρησιμοποιείται το ρεύμα, το οποίο χαρακτηρίζει την ισχύ του συνεχούς ρεύματος, το οποίο απελευθερώνει τόση θερμότητα κατά τη διέλευση από τον αγωγό όση και το εναλλασσόμενο ρεύμα.

Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε τι είναι το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα και το τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα.

Η έννοια του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος δίνεται στο εγχειρίδιο φυσικής ενός γενικού εκπαιδευτικού ιδρύματος - σχολείου. - ένα ρεύμα με τη μορφή αρμονικού ημιτονοειδούς σήματος, τα κύρια χαρακτηριστικά του οποίου είναι η πραγματική τάση και συχνότητα, οι αλλαγές στην κατεύθυνση και το μέγεθος με την πάροδο του χρόνου.

Συχνότηταείναι ο αριθμός των πλήρους μεταβολών της πολικότητας ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα δευτερόλεπτο. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα σε μια κανονική οικιακή πρίζα με συχνότητα 50 Hertz αλλάζει την κατεύθυνση από θετική σε αρνητική και πίσω ακριβώς πενήντα φορές σε ένα δευτερόλεπτο. Μια πλήρης αλλαγή στην κατεύθυνση (πολικότητα) ενός ηλεκτρικού ρεύματος από θετικό σε αρνητικό και από πίσω σε θετικό ονομάζεται - περίοδος ταλάντωσης ηλεκτρικού ρεύματος. Κατά την περίοδο Ττο εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα αλλάζει την κατεύθυνσή του δύο φορές.

Για οπτική παρατήρηση ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμασυνήθως χρησιμοποιούν. Για την αποφυγή ηλεκτροπληξίας και την προστασία του παλμογράφου από την τάση δικτύου στην είσοδο, χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές απομόνωσης. Για να μετρήσετε μια περίοδο, δεν έχει διαφορά σε ποιο ισοδύναμο (ίσο πλάτος) θα μετρηθεί. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις μέγιστες θετικές ή αρνητικές κορυφές ή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη μηδενική τιμή. Αυτό εξηγείται στο σχήμα.

Από ένα εγχειρίδιο φυσικής γνωρίζουμε ότι το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική μηχανή - μια γεννήτρια. Το απλούστερο μοντέλο μιας γεννήτριας είναι ένα μαγνητικό πλαίσιο που περιστρέφεται στο μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη.

Ας φανταστούμε ένα ορθογώνιο συρμάτινο πλαίσιο με πολλές στροφές, που περιστρέφεται ομοιόμορφα σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο. Το emf που προκύπτει σε αυτό το πλαίσιο. η επαγωγή αλλάζει σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο. Περίοδος ταλάντωσης ΤΤο εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια πλήρης περιστροφή του μαγνητικού πλαισίου γύρω από τον άξονά του.

Ένα από τα σημαντικά χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι δύο τιμές εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος - η μέγιστη τιμή και η μέση τιμή.

Μέγιστη τιμή τάσης ηλεκτρικού ρεύματος Umaxείναι η τιμή τάσης που αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή του ημιτονοειδούς.

Μέση τιμή τάσης ηλεκτρικού ρεύματος Usrείναι μια τιμή τάσης ίση με 0,636 της μέγιστης. Μαθηματικά μοιάζει με αυτό:

U av = 2 * U max / π = 0,636 U max

Το ημιτονοειδές κύμα μέγιστης τάσης μπορεί να παρακολουθηθεί στην οθόνη του παλμογράφου. Καταλάβετε τι είναι μέση τιμή εναλλασσόμενης ηλεκτρικής τάσηςΜπορείτε να πραγματοποιήσετε ένα πείραμα σύμφωνα με το σχήμα και την περιγραφή παρακάτω.

Χρησιμοποιώντας έναν παλμογράφο, συνδέστε μια ημιτονοειδή τάση στην είσοδό του. Χρησιμοποιήστε το κουμπί μετατόπισης κάθετης σάρωσης για να μετακινήσετε το "μηδέν" σάρωσης στη χαμηλότερη γραμμή της κλίμακας οθόνης παλμογράφου. Τεντώστε και μετακινήστε την οριζόντια σάρωση έτσι ώστε ένα μισό κύμα ημιτονοειδούς τάσης να χωράει σε δέκα (πέντε) κελιά της οθόνης του παλμογράφου. Χρησιμοποιώντας το κουμπί κάθετης σάρωσης (κέρδους), τεντώστε τη σάρωση έτσι ώστε το μέγιστο πλάτος του μισού κύματος να ταιριάζει ακριβώς σε δέκα (πέντε) κελιά στην οθόνη του παλμογράφου. Προσδιορίστε το πλάτος του ημιτονοειδούς σε δέκα τμήματα. Αθροίστε και τις δέκα τιμές και διαιρέστε με το δέκα - βρείτε τη «μέση βαθμολογία» του. Ως αποτέλεσμα, θα λάβετε μια τιμή τάσης περίπου ίση με το 6,36 της μέγιστης τιμής της - 10.

Όργανα μέτρησης– βολτόμετρα, μετρητές, πολύμετρα μέτρησης εναλλασσόμενης τάσης έχουν στο κύκλωμά τους ανορθωτή και πυκνωτή εξομάλυνσης. Αυτή η αλυσίδα «στρογγυλοποιεί» τον πολλαπλασιαστή της διαφοράς μεταξύ της μέγιστης και της μετρούμενης τάσης στον αριθμό 0,7. Επομένως, εάν παρατηρήσετε ένα ημιτονοειδές τάσης με πλάτος 10 βολτ στην οθόνη του παλμογράφου, τότε το βολτόμετρο (tseshka, πολύμετρο) θα δείξει όχι 10, αλλά περίπου 7 βολτ. Πιστεύετε ότι η πρίζα του σπιτιού σας έχει 220 βολτ; Είναι αλήθεια, αλλά όχι απόλυτα! Τα 220 βολτ είναι η μέση τιμή τάσης μιας οικιακής πρίζας, που υπολογίζεται κατά μέσο όρο από μια συσκευή μέτρησης - ένα βολτόμετρο. Η μέγιστη τάση προκύπτει από τον τύπο:

U max = U meas / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 βολτ

Γι' αυτό, όταν «σοκάρεστε» από ρεύμα από πρίζα 220 volt, να ξέρετε ότι αυτή είναι η ψευδαίσθησή σας. Στην πραγματικότητα, τρέμετε περίπου στα 315 βολτ.

Τριφασικό ρεύμα

Μαζί με απλό ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα, το λεγόμενο τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα. Επιπλέον, το τριφασικό ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο κύριος τύπος ενέργειας που χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο. Το τριφασικό ρεύμα έχει αποκτήσει δημοτικότητα λόγω της λιγότερο δαπανηρής μετάδοσης ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Εάν το συνηθισμένο (μονοφασικό) ηλεκτρικό ρεύμα απαιτεί δύο καλώδια, τότε το τριφασικό ρεύμα, το οποίο έχει τρεις φορές περισσότερη ενέργεια, απαιτεί μόνο τρία καλώδια. Θα μάθετε τη φυσική έννοια αργότερα σε αυτό το άρθρο.

Φανταστείτε αν όχι ένα, αλλά τρία πανομοιότυπα πλαίσια να περιστρέφονται γύρω από έναν κοινό άξονα, τα επίπεδα του οποίου περιστρέφονται μεταξύ τους κατά 120 μοίρες. Στη συνέχεια οι ημιτονοειδείς εμφ που προκύπτουν σε αυτά. θα είναι επίσης εκτός φάσης κατά 120 μοίρες (βλ. εικόνα).

Τέτοια τρία συντονισμένα εναλλασσόμενα ρεύματα ονομάζονται τριφασικό ρεύμα. Μια απλοποιημένη διάταξη περιελίξεων σύρματος σε τριφασική γεννήτρια ρεύματος απεικονίζεται στο σχήμα.

Η σύνδεση των περιελίξεων της γεννήτριας κατά μήκος τριών ανεξάρτητων γραμμών φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Αυτή η σύνδεση με έξι καλώδια είναι αρκετά δυσκίνητη. Δεδομένου ότι μόνο οι διαφορές δυναμικού είναι σημαντικές για φαινόμενα στα ηλεκτρικά κυκλώματα, ένας αγωγός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δύο φάσεις ταυτόχρονα, χωρίς να μειώνεται η χωρητικότητα φορτίου για κάθε φάση. Με άλλα λόγια, στην περίπτωση σύνδεσης των περιελίξεων της γεννήτριας σε διαμόρφωση "αστέρι" χρησιμοποιώντας "μηδέν", η ενέργεια μεταφέρεται από τρεις πηγές μέσω τεσσάρων συρμάτων (βλ. σχήμα), στα οποία είναι κοινό ένα - το ουδέτερο καλώδιο.

Τρία καλώδια μπορούν να μεταδώσουν ενέργεια από τρεις (σχεδόν ανεξάρτητες) πηγές ηλεκτρικού ρεύματος που συνδέονται με ένα «τρίγωνο» ταυτόχρονα.

Σε βιομηχανικές γεννήτριες και μετασχηματιστές μετατροπέων, μια τάση φάσης προς φάση 220 βολτ συνήθως συνδέεται χρησιμοποιώντας μια σύνδεση δέλτα. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει "ουδέτερο" καλώδιο.

Το "Star" χρησιμοποιείται για τη μετάδοση τάσης δικτύου χρησιμοποιώντας "μηδέν". Σε αυτή την περίπτωση, εφαρμόζεται τάση 220 βολτ στη φάση σε σχέση με το "μηδέν". Η τάση φάσης προς φάση είναι 380 βολτ.

Συχνό φαινόμενο την εποχή της «αυθάδης κλοπής δημοκρατίας» ήταν το κάψιμο οικιακού εξοπλισμού σε διαμερίσματα αξιοσέβαστων πολιτών, όταν, λόγω αδύναμης καλωδίωσης, το κοινό «μηδέν» κάηκε, στη συνέχεια, ανάλογα με το πόσες οικιακές συσκευές γύρισαν. στα διαμερίσματα, οι τηλεοράσεις και τα ψυγεία αυτού του ατόμου κάηκαν, ποιος τα περιλάμβανε λιγότερο. Αυτό προκαλείται από το φαινόμενο της «ανισορροπίας φάσης», που συμβαίνει όταν σπάσει το μηδέν. Αντί για 220 βολτ, μια τάση ενδιάμεσης φάσης 380 βολτ όρμησε στην πρίζα των αξιοσέβαστων πολιτών. Μέχρι τώρα, σε πολλά κοινόχρηστα διαμερίσματα και κτίρια που μοιάζουν με κατοικίες στις ρωσικές πόλεις και κωμοπόλεις μας, αυτό το φαινόμενο δεν έχει εξαλειφθεί πλήρως.

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι κάτι χωρίς το οποίο η ζωή μας είναι αδιανόητη σήμερα, και χωρίς το οποίο οι άνθρωποι θα μπορούσαν να ζήσουν μόλις πριν από 150 χρόνια. Ό,τι πάνω στο οποίο βασίζεται η ύπαρξη του σύγχρονου ανθρώπου βασίζεται στο ρεύμα. Οι τηλεοράσεις, οι υπολογιστές, ο φωτισμός, τα ψυγεία και τα πλυντήρια ρούχων βασίζονται στο φαινόμενο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και δεν είναι ακόμη δυνατό να αντικατασταθεί με κάτι άλλο.

Τι είναι τρέχον και τι είδους είναι θα δούμε σε αυτό το άρθρο.

Τι είναι επίκαιρο

Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η σκόπιμη κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, ή μάλλον, όχι τα ίδια τα φορτία, αλλά οι φορείς τους, επειδή τα φορτία δεν μπορούν να υπάρξουν μόνα τους, χωρίς καμία υλική βάση. Ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο δεν είναι ακόμα ρεύμα, αλλά δύο είναι ήδη ρεύμα. Αλήθεια, δεν είναι ξεκάθαρο σε ποια απόσταση πρέπει να είναι μεταξύ τους για να είναι τρέχοντα. Αν υποθέσουμε ότι δύο ηλεκτρόνια σε απόσταση ενός χιλιομέτρου το ένα από το άλλο κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση με την ίδια ταχύτητα, θα είναι ρεύμα; Θα υπάρχει, αλλά όχι ρεύμα αγωγιμότητας, αλλά ρεύμα μεταφοράς.

Από τη φύση τους, τα ρεύματα είναι δύο τύπων - άμεσο και εναλλασσόμενο και μπορούν να ρέουν σε αγωγούς, ημιαγωγούς, υγρά και αέρια, ακόμη και σε κενό.

Οι κύριες παράμετροι του ρεύματος μπορούν να ονομαστούν τάση και ρεύμα και η παράμετρος του αγώγιμου μέσου είναι η αντίσταση ή η αγωγιμότητα.

Τι χρειάζεται για να ρέει το ρεύμα;

Κάθε μέσο έχει τις δικές του ελάχιστες συνθήκες για τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Για παράδειγμα, για έναν ηλεκτρολύτη αρκεί να υπάρχει μόνο διαφορά δυναμικού, ενώ για ένα αγώγιμο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι επίσης απαραίτητο αυτοκλείσιμο του κυκλώματος. Στο διάστημα, δύο φορτισμένα σωματίδια μπορούν απλά να πετάξουν, ακόμη και σε μεγάλη απόσταση το ένα από το άλλο, και αυτό θα είναι ρεύμα, επειδή στον ορισμό της έννοιας «ηλεκτρικό ρεύμα» δεν υπάρχει κριτήριο για την απόσταση των φορτίων, αλλά οποιοδήποτε Η κατευθυνόμενη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου είναι ηλεκτρικό ρεύμα.

Ας δούμε τι σημαίνει να είσαι υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Το γεγονός είναι ότι στη φύση δεν υπάρχει μεμονωμένο ηλεκτρικό πεδίο, επειδή οποιοδήποτε ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο και το αντίστροφο. Ως αποτέλεσμα, μόνο ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μπορεί να υπάρξει, επομένως κάθε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που επιταχύνει φορτισμένα σωματίδια δημιουργεί αυτόματα ηλεκτρικό ρεύμα, ακόμα κι αν η πηγή του ήταν μόνιμος μαγνήτης.

Τι είναι συνεχές ρεύμα

Το συνεχές ρεύμα είναι η κατευθυντική κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων, του οποίου οι παράμετροι δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Δηλαδή, εάν η ισχύς του ρεύματος, η τάση και η αντίσταση του ηλεκτρικού κυκλώματος είναι σταθερές και το ρεύμα ρέει όλη την ώρα μόνο προς μία κατεύθυνση, τότε ένα τέτοιο ρεύμα είναι σταθερό.

Για να ρέει συνεχές ρεύμα στο μέταλλο, είναι απαραίτητο η πηγή σταθερής τάσης να κλείνει στον εαυτό της χρησιμοποιώντας έναν αγωγό (αυτό ακριβώς το μέταλλο).

Το συνεχές ρεύμα χρησιμοποιείται σήμερα σχεδόν σε όλο τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό, όπως υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα και γενικά οτιδήποτε υπάρχουν μεγάλα τροφοδοτικά - πρόκειται για αντάπτορες που μετατρέπουν το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα.

Για να αποκτήσετε συνεχές ρεύμα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια χημική πηγή ενέργειας, η οποία ονομάζεται γαλβανική κυψέλη, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία ή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος, η οποία χρησιμοποιείται σήμερα στην παραγωγή και σε ορισμένες συγκεκριμένες ενεργειακές εγκαταστάσεις.

AC

Το εναλλασσόμενο ρεύμα στους αγωγούς χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι αλλάζει την κατεύθυνση ή/και το μέγεθος του ρεύματος και της τάσης και μπορεί να το κάνει τόσο περιοδικά όσο και μη.

Εναλλασσόμενο ρεύμα κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας Νίκολα Τέσλακαι από τότε μπήκε γερά στη ζωή μας. Σήμερα, τα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος μεταφέρουν εναλλασσόμενο ρεύμα, όπως και οι πρίζες μας, και σχεδόν όλες οι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα. Μπορείτε να πάρετε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιώντας μια ειδική πηγή ή χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια (μια μηχανή που μετατρέπει την κίνηση σε ηλεκτρική ενέργεια).

Κύριες διαφορές μεταξύ AC και DC

Ας απαντήσουμε στην ερώτηση γιατί υπήρχε ανάγκη να δημιουργηθεί εναλλασσόμενο ρεύμα εξαρχής, αν υπήρχε συνεχές ρεύμα θα υπήρχε, δεν υπήρχε τίποτα κακό με αυτό. Εδώ είναι το θέμα. Χρειαζόταν εναλλασσόμενο ρεύμα προκειμένου να δημιουργηθεί μια ριζικά νέα μέθοδος επικοινωνίας, που δεν υπήρχε ακόμη στη Γη - μια ασύρματη μέθοδος μετάδοσης πληροφοριών από απόσταση. Προφανώς τα ταχυδρομικά περιστέρια και οι τηλέγραφοι με τηλέφωνα δεν μπορούσαν πλέον να ικανοποιήσουν τις αυξανόμενες ανάγκες του πολιτισμού και το συνεχές ρεύμα δεν μπορεί επιτρέπουν στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να διαδοθούν στο διάστημα. Και αυτή είναι η πρώτη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων ρευμάτων.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να προκαλέσει τη διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, αλλά το συνεχές ρεύμα όχι. Όλες οι κεραίες υπάρχουν χάρη στο εναλλασσόμενο ρεύμα.

Δεύτερον, υπήρχε την ανάγκη μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, και κατά τη μεταφορά συνεχούς ρεύματος, εμφανίστηκαν μεγάλες απώλειες επαγωγής. Το εναλλασσόμενο ρεύμα μειώνει σημαντικά αυτές τις απώλειες και αυτή είναι η δεύτερη σημαντική διαφορά.

Κατά τη μετάδοση εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω καλωδίων, υπάρχουν λιγότερες απώλειες από ό,τι κατά τη μετάδοση συνεχούς ρεύματος.

Τρίτον, το εναλλασσόμενο ρεύμα επιτρέπει στον πυκνωτή και το πηνίο να συσσωρεύουν φόρτιση, με αποτέλεσμα αυτό που φαίνεται να είναι μια μπαταρία που δεν χρειάζεται ηλεκτρολύτες μέσα. Και οι συνηθισμένες μπαταρίες και συσσωρευτές, όπως αυτοί που βρίσκονται σε κινητά τηλέφωνα και φορητούς υπολογιστές, φορτίζονται από συνεχές ρεύμα. Και αυτή είναι η τρίτη διαφορά.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να φορτίσει μόνο τον πυκνωτή και το πηνίο, ενώ το συνεχές ρεύμα μπορεί να φορτίσει μόνο μια πηγή χημικής ενέργειας (μπαταρία).

Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κατευθυντική, διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων.

Το συνεχές ρεύμα έχει σταθερές ιδιότητες και την κατεύθυνση κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων που δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Χρησιμοποιείται από πολλές ηλεκτρικές συσκευές σε σπίτια αλλά και σε αυτοκίνητα. Οι σύγχρονοι υπολογιστές, οι φορητοί υπολογιστές, οι τηλεοράσεις και πολλές άλλες συσκευές λειτουργούν από συνεχές ρεύμα. Για τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα, χρησιμοποιούνται ειδικά τροφοδοτικά και μετασχηματιστές τάσης.

Όλες οι ηλεκτρικές συσκευές και τα ηλεκτρικά εργαλεία που τροφοδοτούνται από μπαταρίες θεωρούνται καταναλωτές συνεχούς ρεύματος, καθώς μια μπαταρία είναι πηγή ρεύματος συνεχούς ρεύματος που μπορεί να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιώντας μετατροπείς.

Διαφορά μεταξύ AC και DC

Μεταβλητό είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που μπορεί να αλλάξει στην κατεύθυνση κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων και σε μέγεθος με την πάροδο του χρόνου. Οι πιο σημαντικές παράμετροι του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι η συχνότητα και η τάση του. Στα σύγχρονα ηλεκτρικά δίκτυα σε διάφορες εγκαταστάσεις, χρησιμοποιείται εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο έχει μια ορισμένη τάση και συχνότητα. Στη Ρωσία, στα οικιακά ηλεκτρικά δίκτυα, το ρεύμα έχει τάση 220 V και συχνότητα 50 Hz. Η συχνότητα του ηλεκτρικού εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο αριθμός των αλλαγών στην κατεύθυνση κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων σε 1 δευτερόλεπτο, δηλαδή, σε συχνότητα 50 Hz, αλλάζει κατεύθυνση 50 φορές ανά δευτερόλεπτο. Έτσι, η διαφορά μεταξύ εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεχούς ρεύματος είναι ότι στο εναλλασσόμενο ρεύμα τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να αλλάξουν την κατεύθυνση κίνησης.

Πηγές εναλλασσόμενου ρεύματος σε αντικείμενα για διάφορους σκοπούς είναι οι πρίζες. Συνδέουμε διάφορες οικιακές συσκευές σε πρίζες που λαμβάνουν την απαιτούμενη τάση. Το εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται στα ηλεκτρικά δίκτυα επειδή η τάση μπορεί να μετατραπεί στις απαιτούμενες τιμές χρησιμοποιώντας εξοπλισμό μετασχηματιστή με ελάχιστες απώλειες. Με άλλα λόγια, είναι πολύ πιο εύκολη και φθηνότερη η μεταφορά από τις πηγές ενέργειας στους τελικούς καταναλωτές.

Μετάδοση εναλλασσόμενου ρεύματος στους καταναλωτές

Η διαδρομή του εναλλασσόμενου ρεύματος ξεκινά με σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπου εγκαθίστανται ισχυρές ηλεκτρογεννήτριες, από τις οποίες εξέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα με τάση 220-330 kV. Μέσω ηλεκτρικών καλωδίων, το ρεύμα ρέει σε υποσταθμούς μετασχηματιστών που είναι εγκατεστημένοι σε κοντινή απόσταση από αντικείμενα ηλεκτρικής κατανάλωσης - σπίτια, διαμερίσματα, επιχειρήσεις και άλλες κατασκευές.

Οι υποσταθμοί λαμβάνουν ηλεκτρικό ρεύμα με τάση περίπου 10 kV και το μετατρέπουν σε τριφασική τάση 380 V. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα ρεύμα με τάση 380 V χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία αντικειμένων που απαιτείται από ισχυρά οικιακά και βιομηχανικά αντικείμενα συσκευές, αλλά πιο συχνά στο σημείο όπου εισάγεται ηλεκτρισμός σε ένα σπίτι ή διαμέρισμα, η τάση πέφτει στα συνηθισμένα 220 V.

Μετατροπή AC σε DC

Έχουμε ήδη καταλάβει ότι οι πρίζες των οικιακών ηλεκτρικών συστημάτων περιέχουν εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά πολλοί σύγχρονοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας χρειάζονται σταθερό ρεύμα. Η μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικών ανορθωτών. Η όλη διαδικασία μετατροπής περιλαμβάνει τρία στάδια:

1. Σύνδεση γέφυρας διόδου με 4 διόδους της απαιτούμενης ισχύος. Μια τέτοια γέφυρα μπορεί να «κόψει» τις ανώτερες τιμές των ημιτονοειδών εναλλασσόμενου ρεύματος ή να κάνει την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων μονής κατεύθυνσης.
2. Σύνδεση φίλτρου κατά της παραμόρφωσης ή ειδικού πυκνωτή στην έξοδο της γέφυρας διόδου. Το φίλτρο μπορεί να διορθώσει τις βυθίσεις μεταξύ των κορυφών των ημιτονοειδών AC. Η σύνδεση ενός πυκνωτή μειώνει σοβαρά τον κυματισμό και μπορεί να τον ελαχιστοποιήσει.
3. Σύνδεση σταθεροποιητών τάσης για μείωση κυματισμού.

Η μετατροπή ρεύματος μπορεί να πραγματοποιηθεί και προς τις δύο κατευθύνσεις, δηλαδή η σταθερά μπορεί επίσης να μετατραπεί σε εναλλασσόμενη. Αλλά αυτή η διαδικασία είναι πολύ πιο περίπλοκη και πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικών μετατροπέων, οι οποίοι είναι ακριβοί.