Ηλεκτρική ενέργεια-Αυτή είναι η κατευθυνόμενη ή διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων: ηλεκτρόνια στα μέταλλα, ιόντα στους ηλεκτρολύτες και ηλεκτρόνια και ιόντα στα αέρια. Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να είναι είτε άμεσο είτε εναλλασσόμενο.

Ορισμός συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος, πηγές του

D.C(DC, στα αγγλικά Direct Current) είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα του οποίου οι ιδιότητες και η κατεύθυνση δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Ορίστηκε D.C.και τάση με τη μορφή μικρής οριζόντιας παύλας ή δύο παράλληλων εκ των οποίων η μία είναι διακεκομμένη.

Χρησιμοποιείται συνεχές ρεύμασε αυτοκίνητα και σε σπίτια, σε πολλά ηλεκτρονικές συσκευές: φορητοί υπολογιστές, υπολογιστές, τηλεοράσεις κ.λπ. Το μετρούμενο ηλεκτρικό ρεύμα από την πρίζα μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα χρησιμοποιώντας τροφοδοτικό ή μετασχηματιστή τάσης με ανορθωτή.

Κάθε ηλεκτρικό εργαλείο, συσκευή ή συσκευή που τροφοδοτείται από μπαταρίες είναι επίσης καταναλωτής συνεχούς ρεύματος, επειδή μια μπαταρία ή συσσωρευτής είναι αποκλειστικά πηγή συνεχούς ρεύματος, το οποίο, εάν χρειάζεται, μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιώντας ειδικούς μετατροπείς (inverters).

Αρχή λειτουργίας εναλλασσόμενου ρεύματος

Εναλλασσόμενο ρεύμα(AC στα αγγλικά Εναλλασσόμενο ρεύμα) είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που αλλάζει σε μέγεθος και κατεύθυνση με την πάροδο του χρόνου. Στις ηλεκτρικές συσκευές δηλώνεται συμβατικά από ένα τμήμα ημιτονοειδούς κύματος "~".
Μερικές φορές μετά το ημιτονοειδές μπορεί να υποδεικνύονται τα χαρακτηριστικά του εναλλασσόμενου ρεύματος - συχνότητα, τάση, αριθμός φάσεων.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να είναι μονοφασικό ή τριφασικό, για το οποίο οι στιγμιαίες τιμές του ρεύματος και της τάσης ποικίλλουν σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο.

Τα κύρια χαρακτηριστικάεναλλασσόμενο ρεύμα - αποτελεσματική αξίατάση και συχνότητα.

Σημείωση, όπως στο αριστερό γράφημα για μονοφασικό ρεύμα η κατεύθυνση και το μέγεθος της τάσης αλλάζει με τη μετάβαση στο μηδέν σε μια χρονική περίοδο T, και στο δεύτερο γράφημα για τριφασικό ρεύμαυπάρχει μετατόπιση των τριών ημιτονοειδών κατά το ένα τρίτο της περιόδου. Στο δεξιό γράφημα, η φάση 1 υποδεικνύεται με το γράμμα "a" και η δεύτερη με το γράμμα "b". Είναι γνωστό ότι η πρίζα του σπιτιού έχει 220 βολτ. Αλλά λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν ότι αυτό είναι το πραγματικό νόημα AC τάση, αλλά το πλάτος ή η μέγιστη τιμή θα είναι μεγαλύτερη κατά τη ρίζα δύο, δηλαδή θα είναι ίση με 311 Volt.

Έτσι, εάν για συνεχές ρεύμα το μέγεθος και η κατεύθυνση της τάσης δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, τότε για το εναλλασσόμενο ρεύμα ρεύμα-τάσηαλλάζει συνεχώς σε μέγεθος και κατεύθυνση (το γράφημα κάτω από το μηδέν είναι η αντίθετη κατεύθυνση).

Και έτσι ήρθαμε στην έννοια της συχνότηταςείναι ο λόγος του αριθμού των πλήρων κύκλων (περιόδων) προς μια μονάδα χρόνου περιοδικά μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού ρεύματος. Μετρήθηκε σε Hertz. Εδώ και στην Ευρώπη η συχνότητα είναι 50 Hertz, στις ΗΠΑ είναι 60 Hz.

Τι σημαίνει συχνότητα 50 Hertz;Σημαίνει ότι έχουμε εναλλασσόμενο ρεύμααλλάζει την κατεύθυνση προς τα αντίθετα και πίσω (τμήμα Τ- στο γράφημα) 50 φορές το δευτερόλεπτο!

Οι πηγές AC είναιόλες οι πρίζες του σπιτιού και οτιδήποτε συνδέεται απευθείας με καλώδια ή καλώδια στον ηλεκτρικό πίνακα. Πολλοί άνθρωποι έχουν μια ερώτηση: γιατί δεν υπάρχει συνεχές ρεύμα στην πρίζα; Η απάντηση είναι απλή. Στα δίκτυα AC είναι εύκολο και με ελάχιστες απώλειεςη τιμή της τάσης μετατρέπεται στο απαιτούμενο επίπεδο χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή σε οποιοδήποτε όγκο. Η τάση πρέπει να αυξηθεί για να είναι δυνατή η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλες αποστάσειςμε ελάχιστες απώλειες σε βιομηχανική κλίμακα.
Από το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας, όπου βρίσκονται ισχυρές ηλεκτρογεννήτριες, βγαίνει τάση 330.000-220.000, μετά κοντά στο σπίτι μας σε υποσταθμό μετασχηματιστή μετατρέπεται από τιμή 10.000 Volt σε τριφασική τάση 380 Volt, που έρχεται στην πολυκατοικία. , και μονοφασική τάση έρχεται στο διαμέρισμά μας, γιατί μεταξύ της τάσης είναι 220 V, και μεταξύ των αντίθετων φάσεων στον ηλεκτρικό πίνακα είναι 380 Volt.

Και ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της εναλλασσόμενης τάσης είναι ότι ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρεςΟι κινητήρες AC είναι δομικά πιο απλοί και λειτουργούν πολύ πιο αξιόπιστα από τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος.

Πώς να κάνετε το εναλλασσόμενο ρεύμα σταθερό

Για τους καταναλωτές που λειτουργούν με συνεχές ρεύμα, το εναλλασσόμενο ρεύμα μετατρέπεται χρησιμοποιώντας ανορθωτές.

Μετατροπέας DC σε AC

Εάν δεν υπάρχουν δυσκολίες με τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα, τότε με την αντίστροφη μετατροπή όλα είναι πολύ πιο περίπλοκα. Στο σπίτι για αυτό χρησιμοποιείται μετατροπέας- αυτή είναι μια γεννήτρια περιοδική τάσηαπό σταθερό, σε σχήμα κοντά σε ημιτονοειδές.

Ένα από τα χαρακτηριστικά του ρεύματος είναι η τάση. Σε κάθε περίπτωση παράγεται από συγκεκριμένη πηγή. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτό φυσική ποσότητακαι μάθετε τι είναι διαφορετικό σταθερή πίεσηαπό μεταβλητή.

Μια μικρή υποχώρηση

Ας θυμηθούμε τι είναι το «ρεύμα». Είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο φορτισμένα σωματίδια κινούνται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Εάν αυτά, ας πούμε, τα ηλεκτρόνια ή τα ιόντα ορμούν πάντα προς την ίδια κατεύθυνση, το ρεύμα ονομάζεται σταθερό. Και όταν η κίνηση των σωματιδίων παίρνει περιοδικά διαφορετική κατεύθυνση, μιλούν για εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ας περάσουμε στην ένταση. Η ουσία του συχνά αποκαλύπτεται κατ' αναλογία με το νερό. Το τελευταίο δεν ρέει από μόνο του. Για παράδειγμα, σε έναν κεκλιμένο σωλήνα, το ρευστό κινείται προς τα κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας. Και όσο πιο ψηλά είναι το νερό από το έδαφος, τόσο περισσότερη δυναμική ενέργεια έχει. Είναι το ίδιο με το ρεύμα: τα σωματίδια «ρέουν» υπό την επίδραση της τάσης. Επιπλέον, στην αρχή του ταξιδιού τους έχουν μεγάλες δυνατότητες, και στο τελικό σημείο- μικρότερο.

Σύγκριση

Το μεγαλύτερο δυναμικό υποδεικνύεται με ένα συν, λιγότερο - με ένα μείον. Όταν μιλούν για τη διαφορά μεταξύ άμεσης τάσης και εναλλασσόμενης τάσης, εννοούν εάν το «+» και το «–» παραμένουν στη θέση τους όταν κινούνται φορτισμένα σωματίδια. Στην περίπτωση σταθερής τάσης, η πολικότητα είναι πάντα η ίδια. Ένα παράδειγμα εδώ είναι μια πηγή όπως μια μπαταρία. Είναι σημαντικό αυτό το είδος τάσης να είναι χαρακτηριστικό συνεχούς ρεύματος, που υποδεικνύεται σχηματικά με μια ευθεία γραμμή.

Με εναλλασσόμενη τάση, τα θετικά και αρνητικά δυναμικά σε κάθε άκρο του αγωγού εναλλάσσονται καθώς περνά ο χρόνος. Αντίστοιχο παράδειγμα είναι ένα κανονικό ηλεκτρικό δίκτυο, στο οποίο συνδέονται συσκευές μέσω πρίζας. Σε αυτή την περίπτωση, λειτουργεί εναλλασσόμενο ρεύμα, που γραφικά αναπαρίσταται με μια κυματιστή γραμμή. Η συχνότητά του, για παράδειγμα 50 Hz, σημαίνει, μεταξύ άλλων, πόσες φορές ανά δευτερόλεπτο εναλλάσσονται τα συν και πλην που σχετίζονται με την τάση.

Το παρακάτω διάγραμμα θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε καλύτερα τη διαφορά μεταξύ άμεσης και εναλλασσόμενης τάσης:

Το πρώτο γράφημα δείχνει ότι με την πάροδο του χρόνου (t) η σταθερή τάση (U) διατηρεί την τιμή της. Η δεύτερη εικόνα δείχνει τη δυναμική της εναλλασσόμενης τάσης: είναι είτε μηδέν, μετά μέγιστη και μετά ελάχιστη. Είναι ξεκάθαρα ορατό ότι όλες οι τιμές επαναλαμβάνονται περιοδικά. Πρέπει να ειπωθεί ότι η εναλλασσόμενη τάση συχνά, αλλά όχι πάντα, αποκτά τις παραμέτρους της ακριβώς σύμφωνα με τον ημιτονοειδές νόμο. Σε άλλες περιπτώσεις, η εικόνα στο γράφημα έχει ελαφρώς διαφορετική εμφάνιση.

Αν και ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣχρησιμοποιούμε καθημερινά Καθημερινή ζωή, δεν μπορούν όλοι να απαντήσουν πώς το εναλλασσόμενο ρεύμα διαφέρει από το συνεχές, παρά το γεγονός ότι αυτό συζητείται στο πλαίσιο σχολικό πρόγραμμα σπουδών. Επομένως, είναι λογικό να υπενθυμίσουμε τις βασικές αρχές.

Γενικοί ορισμοί

Η φυσική διαδικασία κατά την οποία τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται με εύρυθμο (κατευθυντικό) τρόπο ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Συνήθως χωρίζεται σε μεταβλητό και σταθερό. Για το πρώτο, η κατεύθυνση και το μέγεθος παραμένουν αμετάβλητα, αλλά για το δεύτερο, αυτά τα χαρακτηριστικά αλλάζουν σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο μοτίβο.

Οι παραπάνω ορισμοί είναι πολύ απλοποιημένοι, αν και εξηγούν τη διαφορά μεταξύ συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος. Για να κατανοήσουμε καλύτερα ποια είναι αυτή η διαφορά, είναι απαραίτητο να δώσουμε γραφική εικόνακαθένα από αυτά και εξηγήστε επίσης πώς δημιουργείται εναλλασσόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη στην πηγή. Για να το κάνουμε αυτό, ας στραφούμε στην ηλεκτρική μηχανική, ή μάλλον στις θεωρητικές της βάσεις.

Πηγές EMF

Οι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος κάθε είδους είναι δύο τύπων:

• πρωτογενής, με τη βοήθειά τους, παράγεται ηλεκτρική ενέργεια με τη μετατροπή της μηχανικής, ηλιακής, θερμικής, χημικής ή άλλης ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
• δευτερεύοντα, δεν παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, αλλά τη μετατρέπουν, για παράδειγμα, από μεταβλητή σε σταθερή ή αντίστροφα.

Η μόνη κύρια πηγή εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος είναι μια γεννήτρια ένα απλοποιημένο διάγραμμα μιας τέτοιας συσκευής.

Ονομασίες:

• 1 – κατεύθυνση περιστροφής.
• 2 – μαγνήτης με πόλους S και N.
• 3 – μαγνητικό πεδίο.
• 4 – συρμάτινο πλαίσιο.
• 5 – EMF;
• 6 – επαφές δακτυλίου.
• 7 – τρέχοντες συλλέκτες.

Αρχή λειτουργίας

Η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται από τη γεννήτρια που φαίνεται στο σχήμα σε ηλεκτρική ενέργεια ως εξής:

Λόγω ενός τέτοιου φαινομένου όπως η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, όταν το πλαίσιο "4" περιστρέφεται, τοποθετημένο στο μαγνητικό πεδίο "3" (που προκύπτει μεταξύ των διαφορετικών πόλων του μαγνήτη "2"), σχηματίζεται ένα emf "5" σε αυτό. Η τάση τροφοδοτείται στο δίκτυο μέσω των συλλεκτών ρεύματος "7" από τις επαφές δακτυλίου "6", στις οποίες είναι συνδεδεμένο το πλαίσιο "4".

Βίντεο: συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα - διαφορές

Όσον αφορά το μέγεθος του EMF, εξαρτάται από την ταχύτητα τομής των γραμμών ισχύος "3" από το πλαίσιο "4". Λόγω των χαρακτηριστικών ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ελάχιστη ταχύτηταδιασταύρωση, και επομένως η χαμηλότερη τιμή ηλεκτροκινητική δύναμηθα είναι τη στιγμή που το πλαίσιο είναι μέσα κατακόρυφη θέση, κατά συνέπεια, το μέγιστο είναι στην οριζόντια.

Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, στη διαδικασία της ομοιόμορφης περιστροφής προκαλείται ένα emf, τα χαρακτηριστικά του μεγέθους και της κατεύθυνσης του οποίου αλλάζουν με μια ορισμένη περίοδο.

Γραφικές εικόνες

Χάρη στην εφαρμογή γραφική μέθοδος, μπορείτε να λάβετε μια οπτική αναπαράσταση των δυναμικών αλλαγών διαφόρων ποσοτήτων. Παρακάτω είναι ένα γράφημα των αλλαγών τάσης με την πάροδο του χρόνου για ένα γαλβανικό στοιχείο 3336L (4,5 V).

Όπως μπορείτε να δείτε, το γράφημα είναι μια ευθεία γραμμή, δηλαδή η τάση της πηγής παραμένει αμετάβλητη.

Τώρα παρουσιάζουμε ένα γράφημα της δυναμικής των μεταβολών της τάσης κατά τη διάρκεια ενός κύκλου (πλήρης περιστροφή του πλαισίου) της γεννήτριας.

Οριζόντιος άξοναςεμφανίζει τη γωνία περιστροφής σε μοίρες, η κατακόρυφη εμφανίζει το μέγεθος του EMF (τάση)

Για λόγους σαφήνειας, θα δείξουμε την αρχική θέση του πλαισίου στη γεννήτρια, που αντιστοιχεί στο σημείο εκκίνησης της αναφοράς στο γράφημα (0°)

Ονομασίες:

• 1 – μαγνήτες S και N;
• 2 – πλαίσιο;
• 3 – κατεύθυνση περιστροφής του πλαισίου.
• 4 – μαγνητικό πεδίο.

Τώρα ας δούμε πώς θα αλλάξει το EMF κατά τη διάρκεια ενός κύκλου περιστροφής του πλαισίου. ΣΕ Αρχική θέσηΤο EMF θα είναι μηδέν. Κατά τη διαδικασία περιστροφής, αυτή η τιμή θα αρχίσει να αυξάνεται ομαλά, φτάνοντας στο μέγιστο τη στιγμή που το πλαίσιο βρίσκεται σε γωνία 90°. Η περαιτέρω περιστροφή του πλαισίου θα οδηγήσει σε μείωση του EMF, φτάνοντας στο ελάχιστο τη στιγμή της περιστροφής κατά 180°.

Συνεχίζοντας τη διαδικασία, μπορείτε να δείτε πώς η ηλεκτροκινητική δύναμη αλλάζει κατεύθυνση. Η φύση των αλλαγών στο EMF που άλλαξε κατεύθυνση θα είναι η ίδια. Δηλαδή, θα αρχίσει να αυξάνεται σταδιακά, φτάνοντας σε μια κορυφή στο σημείο που αντιστοιχεί σε περιστροφή 270°, μετά την οποία θα μειωθεί έως ότου το πλαίσιο ολοκληρώσει έναν πλήρη κύκλο περιστροφής (360°).

Εάν το γράφημα συνεχιστεί για αρκετούς κύκλους περιστροφής, θα δούμε ένα ημιτονοειδές χαρακτηριστικό εναλλασσόμενου ρεύματος. Η περίοδός του θα αντιστοιχεί σε μία περιστροφή του πλαισίου και το πλάτος του θα αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή του EMF (εμπρός και πίσω).

Τώρα ας περάσουμε σε ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικόεναλλασσόμενο ρεύμα - συχνότητα. Για τον χαρακτηρισμό του γίνεται αποδεκτό λατινικό γράμμα«f», και η μονάδα μέτρησής του είναι τα Hertz (Hz). Αυτή η παράμετρος εμφανίζει τον αριθμό πλήρων κύκλων (περιόδων) αλλαγής EMF μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.

Η συχνότητα καθορίζεται από τον τύπο: . Η παράμετρος "T" εμφανίζει την ώρα του ενός πλήρης κύκλος(περίοδος), μετρημένη σε δευτερόλεπτα. Αντίστοιχα, γνωρίζοντας τη συχνότητα, είναι εύκολο να προσδιοριστεί ο χρόνος της περιόδου. Για παράδειγμα, στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιείται ηλεκτρικό ρεύμα με συχνότητα 50 Hz, επομένως, ο χρόνος περιόδου του θα είναι δύο εκατοστά του δευτερολέπτου (1/50 = 0,02).

Τριφασικές γεννήτριες

Σημειώστε ότι το πιο οικονομικό με κερδοφόρο τρόποθα χρησιμοποιηθεί λήψη εναλλασσόμενου ρεύματος τριφασική γεννήτρια. Ένα απλοποιημένο διάγραμμα του σχεδιασμού του φαίνεται στο σχήμα.

Όπως μπορείτε να δείτε, η γεννήτρια χρησιμοποιεί τρία πηνία τοποθετημένα με μετατόπιση 120°, συνδεδεμένα μεταξύ τους με ένα τρίγωνο (στην πράξη, μια τέτοια σύνδεση των περιελίξεων της γεννήτριας δεν χρησιμοποιείται λόγω χαμηλής απόδοσης). Όταν ένας από τους πόλους του μαγνήτη περνά από το πηνίο, προκαλείται ένα emf σε αυτό.

Ποιος είναι ο λόγος για την ποικιλία των ηλεκτρικών ρευμάτων;

Πολλοί μπορεί να έχουν μια βάσιμη ερώτηση - γιατί να χρησιμοποιήσετε μια τέτοια ποικιλία ηλεκτρικών ρευμάτων εάν μπορείτε να επιλέξετε ένα και να το κάνετε τυπικό; Το θέμα είναι ότι δεν είναι κάθε τύπος ηλεκτρικού ρεύματος κατάλληλος για την επίλυση ενός συγκεκριμένου προβλήματος.

Ως παράδειγμα, δίνουμε συνθήκες υπό τις οποίες η χρήση σταθερής τάσης δεν θα είναι μόνο ασύμφορη, αλλά μερικές φορές και αδύνατη:

• Το έργο της μετάδοσης τάσης σε αποστάσεις είναι ευκολότερο να εφαρμοστεί για εναλλασσόμενη τάση.
• είναι σχεδόν αδύνατο να μετατραπεί το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα για ετερογενή ηλεκτρικά κυκλώματα που έχουν αβέβαιο επίπεδο κατανάλωσης.
• Η διατήρηση του απαιτούμενου επιπέδου τάσης σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος είναι πολύ πιο δύσκολη και δαπανηρή από το εναλλασσόμενο ρεύμα.
• Οι κινητήρες για εναλλασσόμενη τάση είναι κατασκευαστικά απλούστεροι και φθηνότεροι από ό,τι για την άμεση τάση. Σε αυτό το σημείο πρέπει να σημειωθεί ότι για τέτοιους κινητήρες (ασύγχρονους) υψηλό επίπεδορεύμα εκκίνησης, το οποίο δεν τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση ορισμένων προβλημάτων.

Τώρα δίνουμε παραδείγματα προβλημάτων όπου είναι πιο κατάλληλο να χρησιμοποιείται σταθερή τάση:

• για να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής ασύγχρονοι κινητήρεςαπαιτείται αλλαγή της συχνότητας του δικτύου τροφοδοσίας, η οποία απαιτεί πολύπλοκο εξοπλισμό. Για κινητήρες που λειτουργούν με συνεχές ρεύμα, αρκεί να αλλάξετε την τάση τροφοδοσίας. Γι' αυτό τοποθετούνται σε ηλεκτρικά οχήματα.
• θρέψη ηλεκτρονικά κυκλώματαΟ εξοπλισμός επιμετάλλωσης και πολλές άλλες συσκευές μεταφέρονται επίσης με σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα.
• Η τάση συνεχούς ρεύματος είναι πολύ πιο ασφαλής για τον άνθρωπο από την εναλλασσόμενη τάση.

Με βάση τα παραδείγματα που αναφέρονται παραπάνω, υπάρχει ανάγκη χρήσης διάφοροι τύποιΤάση.

Σταθερό και μεταβλητό Προς την

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ συνεχούς ρεύματος από μεταβλητή

Στο προηγούμενο άρθρο, τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα μάθατε πώς συμβαίνει η διατεταγμένη κίνηση των ηλεκτρονίων σε ένα κλειστό κύκλωμα. Τώρα, θα σας πω πώς είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να είναι άμεσο ή εναλλασσόμενο. Σε τι διαφέρει το εναλλασσόμενο ρεύμα από το συνεχές; Χαρακτηριστικά συνεχούς ρεύματος.

D.C

Συνεχές ρεύμα ή DC στα αγγλικά σημαίνει ένα ηλεκτρικό ρεύμα που δεν αλλάζει κατεύθυνση σε καμία χρονική περίοδο και κινείται πάντα από το συν στο μείον. Στο διάγραμμα υποδεικνύεται ως συν (+) και μείον (-) στο σώμα μιας συσκευής που λειτουργεί με συνεχές ρεύμα, εφαρμόζεται μια ονομασία με τη μορφή μιας (-) ή (=) λωρίδας. Σημαντικό χαρακτηριστικόσυνεχές ηλεκτρικό ρεύμα είναι η δυνατότητα συσσώρευσής του, δηλ. συσσώρευση σε μπαταρίες ή απόκτησή της μέσω χημική αντίδρασησε μπαταρίες. Πολλά σύγχρονα φορητά ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ, εργασία χρησιμοποιώντας συσσωρευμένα ηλεκτρικό φορτίοσυνεχές ρεύμα, το οποίο βρίσκεται στις μπαταρίες ή στις μπαταρίες αυτών των ίδιων συσκευών.

Εναλλασσόμενο ρεύμα

(Εναλλασσόμενο ρεύμα) ή ACΑγγλική συντομογραφία που δηλώνει ένα ρεύμα που αλλάζει την κατεύθυνση και το μέγεθός του σε μια χρονική περίοδο. Επί ηλεκτρικά διαγράμματακαι κτίρια ηλεκτρική συσκευήπου λειτουργεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, το σύμβολο για το εναλλασσόμενο ρεύμα ορίζεται ως τμήμα ημιτονοειδούς κύματος "~". Αν μιλάμε για εναλλασσόμενο ρεύμα με απλά λόγια , τότε μπορούμε να πούμε ότι σε περίπτωση σύνδεσης λάμπαστο δίκτυο AC, το συν και το πλην στις επαφές του θα αλλάξουν θέση με ορισμένη συχνότηταή διαφορετικά, το ρεύμα θα αλλάξει την κατεύθυνση από εμπρός σε αντίστροφη. Στο σχήμα, η αντίθετη κατεύθυνση είναι η περιοχή του γραφήματος κάτω από το μηδέν.

Τώρα ας καταλάβουμε ποια είναι η συχνότητα. Συχνότητα είναι η χρονική περίοδος κατά την οποία το ρεύμα εκτελεί μια πλήρη ταλάντωση ο αριθμός των πλήρων ταλαντώσεων σε 1 s ονομάζεται συχνότητα του ρεύματος και συμβολίζεται με το γράμμα f. Η συχνότητα μετριέται σε Hertz (Hz). Στη βιομηχανία και την καθημερινή ζωή, οι περισσότερες χώρες χρησιμοποιούν εναλλασσόμενο ρεύμα με συχνότητα 50 Hz.Αυτή η τιμή δείχνει τον αριθμό των αλλαγών στην κατεύθυνση του ρεύματος σε ένα δευτερόλεπτο προς το αντίθετο και την επιστροφή στο την αρχική κατάσταση. Με άλλα λόγια, σε πρίζα, που βρίσκεται σε κάθε σπίτι και όπου ενεργοποιούμε σίδερα και ηλεκτρικές σκούπες, συν και πλην στους δεξιούς και αριστερούς ακροδέκτες της πρίζας θα αλλάξουν θέσεις με συχνότητα 50 φορές το δευτερόλεπτο - αυτή είναι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος. Γιατί χρειαζόμαστε ένα τέτοιο "μεταβλητό" εναλλασσόμενο ρεύμα, γιατί να μην χρησιμοποιούμε μόνο συνεχές ρεύμα; Αυτό γίνεται για να είναι δυνατή η λήψη της απαιτούμενης τάσης σε οποιαδήποτε ποσότητα με τη χρήση μετασχηματιστών χωρίς σημαντικές απώλειες. Η χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος καθιστά δυνατή τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε βιομηχανική κλίμακα σε μεγάλες αποστάσεις με ελάχιστες απώλειες.

Παρεχόμενη τάση ισχυρές γεννήτριεςστα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας είναι περίπου 330.000-220.000 Volt. Αυτή η τάση δεν μπορεί να τροφοδοτηθεί σε σπίτια και διαμερίσματα, είναι πολύ επικίνδυνη και δύσκολη. τεχνική πλευρά. Επομένως, παρέχεται εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ηλεκτρικούς υποσταθμούς, όπου γίνεται ο μετασχηματισμός από την υψηλή τάση στην χαμηλότερη τάση που χρησιμοποιούμε.

Μετατροπή AC σε DC

Από το εναλλασσόμενο ρεύμα, μπορείτε να λάβετε συνεχές ρεύμα, για αυτό πρέπει απλώς να συνδέσετε το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος γέφυρα διόδουή όπως λέγεται και «ανορθωτής». Από το όνομα «ανορθωτής» είναι απολύτως σαφές τι κάνει μια γέφυρα διόδου που ανορθώνει ένα ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα σε μια ευθεία γραμμή, αναγκάζοντας έτσι τα ηλεκτρόνια να κινηθούν προς μια κατεύθυνση.

τι είναι δίοδοςΚαι πώς λειτουργεί μια γέφυρα διόδου;, μπορείτε να το μάθετε στα επόμενα άρθρα μου.

Τώρα είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς τον ανθρώπινο πολιτισμό χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. τηλεοράσεις, υπολογιστές, ψυγεία, πιστολάκια μαλλιών, πλυντήρια- όλα Συσκευέςλειτουργεί σε αυτό. Για να μην αναφέρουμε τη βιομηχανία και τις μεγάλες εταιρείες. Η κύρια πηγή ενέργειας για τους ηλεκτρικούς δέκτες είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα. Και 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 πολλές 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 το πρώτο ηλεκτροκινητήρεςκαι λαμπτήρες πυρακτώσεως. Αυτοί ήταν στην πραγματικότητα οι μόνοι δέκτες ενέργειας εκείνη την εποχή. Ο μετρητής, ο οποίος 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 περισσότερα αποτελεσματικά συστήματα. Οι κύριοι ανταγωνιστές της Tesla ήταν οι Thomson και Stanley. Και το 1888, ένας Σέρβος μηχανικός έλαβε μια ξεκάθαρη νίκη, ο οποίος παρείχε ένα σύστημα ικανό να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργειασε 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, η Tesla ανέπτυξε ένα τριφασικό σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο επέτρεψε να κερδίσει τον διαγωνισμό για την κατασκευή ενός τεράστιου σταθμός 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

Ως το πιο απλή πηγήχρήση ορθογώνιο πλαίσιο, κατασκευασμένο 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 περιστρέψετε το πλαίσιο ομοιόμορφα, η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη θα αλλάζει περιοδικά τόσο σε κατεύθυνση όσο και σε μέγεθος εξωτερικές συσκευέςκαι, ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιείται για τη δημιουργία εναλλασσόμενου ρεύματος σε εξωτερικά κυκλώματα.

Ημιτονοειδής

Τι είναι; Το εναλλασσόμενο ρεύμα χαρακτηρίζεται γραφικά από μια καμπύλη που μοιάζει με κύμα - ένα ημιτονοειδές. Κατά συνέπεια, 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 ενός τριγωνομετρικού μεταβλητό μέγεθος- ημιτονοειδής. 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 (δηλώνεται με το γράμμα T) είναι η χρονική περίοδος κατά την οποία η τάση, το ρεύμα ή το EMF ολοκληρώνουν έναν κύκλο πλήρη αλλαγή. 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 μικρότερη 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. Τάση, ρεύμα ή emf που δρα στο κύκλωμα κάθε στιγμή - στιγμιαία τιμή (σημειωμένη 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.