Ce este curentul alternativ. Diferența dintre curentul continuu și curentul alternativ și caracteristicile acestora. Setări avansate de rețea

Una dintre caracteristicile curentului este tensiunea. În fiecare caz este produs de o anumită sursă. Să aruncăm o privire mai atentă la asta cantitate fizicași află ce este diferit presiune constantă din variabilă.

O mică retragere

Să ne amintim ce este „curent”. Este un fenomen în care particulele încărcate se mișcă într-o anumită direcție. Dacă acești, să zicem, electroni sau ioni se năpustesc întotdeauna în aceeași direcție, curentul se numește constant. Și când mișcarea particulelor ia periodic o direcție diferită, se vorbește despre curent alternativ.

Să trecem la tensiune. Esența sa este adesea dezvăluită prin analogie cu apa. Acesta din urmă nu curge de la sine. De exemplu, într-o țeavă înclinată, fluidul se mișcă în jos sub influența gravitației. Și cu cât apa este mai sus din sol, cu atât are mai multă energie potențială. La fel este și cu curentul: particulele „curg” sub influența tensiunii. Mai mult, la începutul călătoriei lor au mare potential, si in punctul final- mai mic.

Comparaţie

Potențialul mai mare este indicat de un plus, mai puțin - de un minus. Când vorbesc despre diferența dintre tensiunea continuă și tensiunea alternativă, se referă la dacă „+” și „–” rămân la locul lor atunci când particulele încărcate se mișcă. În cazul tensiunii constante, polaritatea este întotdeauna aceeași. Un exemplu aici este o sursă, cum ar fi o baterie. Este important ca tensiunea de acest fel să fie caracteristică curent continuu, indicat schematic printr-o linie dreaptă.

Cu tensiune alternativă, potențialele pozitive și negative la fiecare capăt al conductorului alternează pe măsură ce trece timpul. Un exemplu corespunzător este o rețea electrică obișnuită, la care dispozitivele sunt conectate printr-o priză. În acest caz se aplică curent alternativ, reprezentat grafic printr-o linie ondulată. Frecvența sa, de exemplu 50 Hz, înseamnă, printre altele, de câte ori pe secundă alternează plus și minus legat de tensiune.

Următoarea diagramă vă va ajuta să înțelegeți mai bine diferența dintre tensiunea continuă și cea alternativă:

Primul grafic demonstrează că în timp (t) tensiunea constantă (U) își menține valoarea. A doua imagine arată dinamica Tensiune AC: este fie zero, apoi maxim, apoi minim. În acest caz, este clar că toate valorile sunt repetate periodic. Trebuie spus că tensiunea alternativă adesea, dar nu întotdeauna, își dobândește parametrii tocmai conform legii sinusoidale. În alte cazuri, imaginea de pe diagramă are un aspect ușor diferit.

Orice inginer competent ar trebui să poată răspunde fără ezitare ce curent este în priză - constant sau alternativ. Se oferă fizică în universitățile tehnice Atentie speciala! Dar cei mai mulți cetățeni obișnuiți își pot trăi toată viața și nu știu asta. Și absolut degeaba! În zilele noastre există minim necesar cunoștințe pe care ar trebui să le aibă orice persoană educată modernă. Ce tip de curent este în priză trebuie să știți, la fel ca și tabelul înmulțirii.

Tipuri de curent electric în viața de zi cu zi

Pentru înţelegere deplină Voi da o mică teorie despre imagine, care va fi foarte util de știut. Curentul electric este o mișcare direcțională sarcini electrice. Poate apărea într-un circuit electric închis. Sunt:

DC sau DC - curent continuu. Denumirea internațională (-).
Curentul continuu curge într-o singură direcție, iar amploarea lui se modifică ușor în timp. Un exemplu izbitor pe care îl puteți găsi acasă sau într-un apartament este curentul de la baterii sau acumulatori electrici.

Curent alternativ. denumire sau AC - curent alternativ. Denumirea internațională (~).
Curentul alternativ se schimbă periodic în mărime și direcție. O perioadă de schimbare pe secundă este Hertz. În consecință, frecvența curentului alternativ este numărul de cicluri pe secundă. În Rusia și Europa frecvența utilizată este de 50 Hz, în SUA - 60 Hz. Curentul alternativ este utilizat pentru a opera diverse aparate electrice.

Care este curentul în prizele de uz casnic

După ce am înțeles teoria, să trecem direct la răspunsul la întrebarea - care este curentul în priză - alternativ sau direct? Cred că deja ai ghicit singur - desigur, curent alternativ. Tensiunea de operareîn rețea - 220-240 volți. Puterea curentului alternativ în apartamentele obișnuite este limitată la 16 A (Amperi), dar în unele cazuri poate ajunge până la 25 A. Prin puterea curentă limita standard- 3,5 kW.

Pentru mai puternic Inginerie Electrică sunt deja în uz rețele trifazate cu o tensiune de 380 Volți și un curent de până la 32A.

În ciuda faptului că electricitatea a intrat ferm în viața noastră, marea majoritate a utilizatorilor acestui beneficiu al civilizației nici măcar nu au o înțelegere superficială a ceea ce este curentul, ca să nu mai vorbim de modul în care curentul continuu diferă de curentul alternativ, care este diferența dintre ei. , si ce curent este in general . Prima persoană care s-a electrocutat a fost Alessandro Volta, după care și-a dedicat toată viața acestui subiect. De asemenea, să acordăm atenție acestui subiect pentru a avea o înțelegere generală a naturii electricității.

De unde vine curentul și de ce este diferit?

Vom încerca să evităm fizica complexă și vom folosi metoda analogiilor și simplificărilor pentru a lua în considerare această problemă. Dar înainte de asta, să ne amintim o glumă veche despre un examen, când un student cinstit a scos biletul „Ce este curentul electric”.

Scuze domnule profesor, mă pregăteam, dar am uitat”, a răspuns studentul cinstit. - Cum ai putut! Profesorul i-a reproșat: „Ești singura persoană de pe Pământ care știa asta!” (Cu)

Aceasta este desigur o glumă, dar în ea o cantitate mare adevăr. Prin urmare, nu vom căuta lauri Nobel, ci pur și simplu ne vom da seama de curent alternativ și curent continuu, care este diferența și ceea ce este considerat a fi surse de curent.

Ca bază, vom lua ipoteza că curentul nu este mișcarea particulelor (deși mișcarea particulelor încărcate transferă și sarcină și, prin urmare, creează curenți), ci mișcarea (transferul) excesului de sarcină într-un conductor dintr-un punct de sarcină mare (potențial) până la un punct de încărcare mai mică. O analogie este un rezervor; apa tinde să ocupe întotdeauna același nivel (pentru a egaliza potențialele). Dacă deschideți o gaură în baraj, apa va începe să curgă în jos, creând un curent continuu. Cu cât gaura este mai mare, cu atât va curge mai multă apă, curentul va crește, la fel și puterea și cantitatea de muncă pe care o poate face acest curent. Dacă procesul nu este controlat, apa va distruge barajul și va crea imediat o zonă de inundație cu suprafața la același nivel. Acest scurt circuit cu egalizarea potențialelor, însoțită de mare distrugere.

Astfel, curentul continuu apare în sursă (de obicei din cauza reacții chimice), în care apare o diferență de potențial în două puncte. Mișcarea sarcinii de la o valoare „+” mai mare la o valoare „-” mai mică egalizează potențialul în timp ce reacția chimică durează. Rezultatul egalizării pe deplin a potențialului, știm - „bateria este moartă”. Acest lucru duce la înțelegerea de ce Tensiunea DC și AC diferă semnificativ în caracteristicile de stabilitate. Bateria își consumă încărcarea, astfel încât tensiunea DC scade în timp. Pentru a-l menține la același nivel, se folosesc convertoare suplimentare. Inițial, omenirea a petrecut mult timp hotărând diferența dintre curentul continuu și curentul alternativ pentru utilizare pe scară largă, așa-zisul „Războiul curenților”. S-a încheiat cu victoria curentului alternativ nu numai pentru că au existat mai puține pierderi în timpul transmisiei pe distanță, dar și generarea de curent continuu din curent alternativ s-a dovedit a fi mai ușoară. Evident, curentul continuu obtinut in acest mod (fara sursa consumabila) are caracteristici mult mai stabile. De fapt, în acest caz, tensiunea alternativă și continuă sunt strict conectate, iar în timp depind doar de generarea de energie și de cantitatea de consum.

Astfel, curentul continuu prin natura sa este apariția unei sarcini neuniforme în volum (reacție chimică), care poate fi redistribuită folosind fire prin conectarea punctului de înaltă și baterie descarcata(potenţial).

Să ne oprim asupra acestei definiții, așa cum este general acceptată. Toți ceilalți curenți continui (nu bateriile) sunt derivați de la sursa de curent alternativ. De exemplu, în această imagine linia ondulată albastră este curentul nostru continuu, ca rezultat al conversiei curentului alternativ.

Fiți atenți la comentariile de pe imagine, „ un numar mare de circuite și plăci colectoare”. Dacă convertorul este diferit, imaginea va fi diferită. Aceeași linie albastră, curentul este aproape constant, dar pulsatoriu, amintiți-vă acest cuvânt. Aici, apropo, curentul continuu pur este linia roșie.

Relația dintre magnetism și electricitate

Acum să vedem cum diferă curentul alternativ de curentul continuu, care depinde de material. Cel mai important - apariția curentului alternativ nu depinde de reacțiile din material. Lucrând cu galvanic (curent continuu), s-a stabilit rapid că conductorii sunt atrași unul de celălalt ca magneții. Consecința a fost descoperirea că un câmp magnetic în anumite condiții generează un curent electric. Adică, magnetismul și electricitatea s-au dovedit a fi un fenomen interconectat cu o transformare inversă. Un magnet ar putea da curent unui conductor, iar un conductor cu curent ar putea fi un magnet. Această imagine prezintă o simulare a experimentelor lui Faraday, care, de fapt, a descoperit acest fenomen.

Acum analogia este pentru curentul alternativ. Magnetul nostru va fi forța de atracție, iar generatorul de curent va fi o clepsidră cu apă. Pe o jumătate a ceasului vom scrie „sus”, pe cealaltă „jos”. Ne întoarcem ceasul și vedem cum apa curge „în jos”, când toată apa a trecut peste, o întoarcem din nou și apa curge „în sus”. În ciuda faptului că avem un curent, acesta își schimbă direcția de două ori pe fiecare ciclu complet. Conform științei, va arăta astfel: frecvența curentului depinde de viteza de rotație a generatorului în câmpul magnetic. În anumite condiții, vom obține o undă sinusoidală pură, sau pur și simplu curent alternativ cu amplitudini diferite.

Din nou! Acest lucru este foarte important pentru înțelegerea diferenței dintre curentul continuu și curentul alternativ. În ambele analogii, apa curge „în vale”. Dar în cazul curentului continuu, rezervorul se va goli mai devreme sau mai târziu, iar pentru curent alternativ, ceasul va revărsa apă foarte mult timp, este într-un volum închis. Dar în ambele cazuri apa curge la vale. Adevărat, în cazul curentului alternativ, jumătate din timp curge în jos, dar în sus. Cu alte cuvinte, direcția de mișcare a curentului alternativ este o mărime algebrică, adică „+” și „-” își schimbă continuu locurile, în timp ce direcția de mișcare a curentului rămâne neschimbată. Încercați să vă gândiți și să înțelegeți această diferență. Este atât de la modă să spui online: „Ai înțeles, acum știi totul”.

Ce cauzează marea varietate de curenți

Dacă înțelegeți diferența dintre curenții continui și cei alternativi, apare o întrebare firească - de ce sunt atât de mulți dintre ei, curenți? Am alege un curent ca standard și totul ar fi la fel.

Dar, după cum se spune, „nu toți curenții sunt la fel de utili”, apropo, să ne gândim care curent este mai periculos: constant sau alternativ, dacă ne-am imaginat aproximativ nu natura curentului, ci mai degrabă caracteristicile sale. Omul este un colodiu care conduce bine electricitatea. Un set de elemente diferite în apă (noi suntem 70% apă, dacă nu știe cineva). Dacă unui astfel de colodiu i se aplică o tensiune - se aplică un șoc electric, atunci particulele din interiorul nostru vor începe să transfere sarcina. Așa cum ar trebui să fie, de la un punct de potențial ridicat la un punct de potențial scăzut. Cel mai periculos lucru este să stai pe pământ, care este în general un punct cu potențial zero infinit. Cu alte cuvinte, vom transfera tot curentul, adică diferența de sarcini, la pământ. Deci, cu o direcție constantă de mișcare a sarcinii, procesul de egalizare a potențialului din corpul nostru are loc fără probleme. Suntem ca nisipul care lasă apa să treacă prin noi. Și putem „absorbi” în siguranță multă apă. Cu curent alternativ, imaginea este puțin diferită - toate particulele noastre vor fi „trase” ici și acolo. Nisipul nu va putea trece cu ușurință prin apă și va fi totul agitat. Prin urmare, răspunsul la întrebarea care curent este mai periculos: curent continuu sau alternativ, răspunsul este clar - alternativ. Pentru referință, pragul de curent continuu care pune viața în pericol este de 300 mA. Pentru curentul alternativ, aceste valori depind de frecvență și încep de la 35mA. La un curent de 50 hertzi 100mA. De acord, o diferență de 3-10 ori în sine răspunde la întrebarea: care este mai periculos? Dar acesta nu este argumentul principal în alegerea unui standard actual. Să organizăm tot ce este luat în considerare atunci când alegem tipul de curent:

• Livrarea curentului către distante lungi . Aproape tot curentul continuu se va pierde;
• Convertiți în eterogen circuite electrice cu un nivel incert al consumului. Pentru curent continuu, problema este practic de nerezolvat;
• Menținerea unei tensiuni constante pentru curentul alternativ este cu două ordine de mărime mai ieftină decât pentru curentul continuu;
• Conversie energie electricaîn puterea mecanică este mult mai ieftină în motoarele și mecanismele de curent alternativ. Astfel de motoare au dezavantajele lor și în unele zone nu pot înlocui motoarele de curent continuu;
• Pentru utilizare în masă Astfel, curentul continuu are un avantaj - este mai sigur pentru oameni.

De aici compromisul rezonabil pe care l-a ales omenirea. Nu doar un curent, ci întregul set de transformări disponibile de la generare, livrare către consumator, distribuție și utilizare. Nu vom enumera totul, dar luăm în considerare răspunsul principal la întrebarea articolului, „cum diferă curentul continuu de curentul alternativ”, într-un cuvânt – caracteristici. Acesta este probabil cel mai corect răspuns pentru orice scop casnic. Și pentru a înțelege standardele, vă sugerăm să luați în considerare principalele caracteristici ale acestor curenți.

Principalele caracteristici ale curenților utilizați astăzi

Dacă pentru curentul continuu caracteristicile au rămas în general neschimbate de la descoperirea sa, atunci cu curenții alternativi totul este mult mai complicat. Priviți această imagine - un model de mișcare curentă într-un sistem trifazat de la generație până la consum

Din punctul nostru de vedere, este un model foarte clar, care arată clar cum să eliminați una, două sau trei faze. În același timp, puteți vedea cum ajunge la consumator.

Ca urmare, avem un lanț de generație, tensiune alternativă și continuă (curenți) la stadiul de consumator. În consecință, cu cât mai departe de consumator, cu atât curenții și tensiunile sunt mai mari. De fapt, în priza noastră cel mai simplu și mai slab este curentul alternativ monofazat, 220V cu o frecvență fixă ​​de 50 Hz. Doar o creștere a frecvenței poate face ca curentul să fie de înaltă frecvență la această tensiune. Cel mai simplu exemplu este în bucătăria ta. Imprimarea cu microunde convertește curentul simplu în curent de înaltă frecvență, ceea ce ajută de fapt la gătit. Apropo, să răspundem la întrebarea despre puterea microundelor - acesta este exact cât de mult curent „obișnuit” transformă în curenți de înaltă frecvență.

Merită să ne amintim că orice transformare a curentilor nu este „degeaba”. Pentru a obține curent alternativ, trebuie să rotiți arborele cu ceva. Pentru a obține un curent constant din acesta, va trebui să disipați o parte din energie sub formă de căldură. Chiar și curenții de transmisie a energiei vor trebui disipați sub formă de căldură atunci când sunt livrați în apartament cu ajutorul unui transformator. Adică, orice modificare a parametrilor actuali este însoțită de pierderi. Și, desigur, pierderile însoțesc livrarea curentului către consumator. Această cunoaștere aparent teoretică ne permite să înțelegem de unde provin plățile noastre în exces pentru energie, eliminând jumătate dintre întrebările despre de ce există 100 de ruble pe contor, dar 115 pe chitanță.

Să revenim la curente. Se pare că am menționat totul și chiar știm cum diferă curentul continuu de curentul alternativ, așa că haideți să vă reamintim ce curenți există în general.

• DC, sursa este fizica reacțiilor chimice cu o modificare a sarcinii, poate fi obținută prin conversia curentului alternativ. Varietate - curent de impuls, care își modifică parametrii într-o gamă largă, dar nu schimbă direcția de mișcare.
• Curent alternativ. Poate fi monofazat, bifazat sau trifazat. Frecvență standard sau înaltă. Astfel de clasificare simplă destul de suficient.

Concluzie sau fiecare curent are propriul său dispozitiv

Fotografia arată generatorul de curent de la centrala hidroelectrică Sayano-Shushenskaya. Și această fotografie arată locul unde a fost instalat.

Și acesta este un bec obișnuit.

Nu este adevărat că diferența de scară este uimitoare, deși primul a fost creat, printre altele, pentru munca celui de-al doilea? Dacă te gândești la acest articol, devine clar că, cu cât dispozitivul este mai aproape de o persoană, cu atât folosește mai des curent continuu. Cu excepția motoarelor de curent continuu și a aplicațiilor industriale, acesta este într-adevăr un standard bazat tocmai pe faptul că am aflat care curent este mai periculos, curentul continuu sau alternativ. Caracteristicile curenților de uz casnic se bazează pe același principiu, deoarece curentul alternativ 220V 50Hz este un compromis între pericol și pierderi. Prețul compromisului este automatizarea de protecție: de la siguranță la RCD. Îndepărtându-ne de oameni, ne aflăm în zona caracteristicilor tranzitorii, unde atât curenții, cât și tensiunile sunt mai mari și unde pericolul pentru oameni nu este luat în considerare, dar se acordă atenție măsurilor de siguranță - zona de utilizare industrială a curentului. . Cel mai îndepărtat lucru de oameni, chiar și în industrie, este transmiterea și generarea energiei. Nu are nimic de făcut pentru un simplu muritor aici - aceasta este o zonă de profesioniști și specialiști care știu să gestioneze această putere. Dar chiar și cu utilizarea zilnică a electricității și, desigur, atunci când lucrați cu echipamente electrice, înțelegerea naturii de bază a curenților nu va fi niciodată de prisos.

Curent alternativ , spre deosebire de , se modifică continuu atât în ​​mărime, cât și în direcție, iar aceste modificări apar periodic, adică se repetă exact la intervale egale de timp.

Pentru a induce un astfel de curent într-un circuit, ei folosesc surse de curent alternativ care creează o FEM alternativă care se schimbă periodic în mărime și direcție. Se numesc astfel de surse generatoare de curent alternativ.

În fig. Figura 1 prezintă o diagramă a dispozitivului (modelului) dintre cele mai simple.

Cadru dreptunghiular, făcut din sârmă de cupru, montat pe o axă și se rotește în câmp folosind o transmisie cu curea. Capetele cadrului sunt lipite pe inele de contact din cupru, care, rotindu-se cu cadrul, alunecă de-a lungul plăcilor de contact (perii).

Figura 1. Diagrama unui alternator simplu

Să ne asigurăm că un astfel de dispozitiv chiar este sursă de CEM variabilă.

Să presupunem că un magnet creează între polii săi, adică unul în care densitatea liniilor magnetice de forță în orice parte a câmpului este aceeași. rotindu-se, cadrul traversează liniile de forță camp magnetic, iar în fiecare dintre laturile sale a și b.

Laturile c și d ale cadrului nu funcționează, deoarece atunci când cadrul se rotește, acestea nu intersectează liniile câmpului magnetic și, prin urmare, nu participă la crearea EMF.

În orice moment de timp, EMF care apare în partea a este opusă în direcție cu EMF care apare în partea b, dar în cadrul ambelor EMF acționează în conformitate și în total constituie EMF total, adică indus de întregul cadru.

Acest lucru este ușor de verificat dacă folosim ceea ce știm pentru a determina direcția EMF regulă mana dreapta .

Pentru a face acest lucru, trebuie să poziționați palma mâinii drepte astfel încât să fie îndreptată spre polul nord al magnetului, iar degetul mare îndoit coincide cu direcția de mișcare a acelei părți a cadrului în care dorim să determinăm direcția EMF. Apoi, direcția EMF în ea va fi indicată de degetele întinse ale mâinii.

Pentru orice poziție a cadrului determinăm direcția EMF în laturile a și b, ele se adună întotdeauna și formează un EMF total în cadru. În acest caz, cu fiecare rotație a cadrului, direcția EMF totală din acesta se schimbă în sens opus, deoarece fiecare dintre părțile de lucru ale cadrului trece sub diferiți poli ai magnetului într-o singură rotație.

Mărimea EMF indusă în cadru se modifică, de asemenea, pe măsură ce viteza cu care laturile cadrului intersectează liniile câmpului magnetic se modifică. Într-adevăr, în momentul în care cadrul se apropie de poziția sa verticală și depășește-o, viteza de intersecție a liniilor de forță de pe părțile laterale ale cadrului este cea mai mare și cea mai mare EMF este indusă în cadru. În acele momente în timp în care cadrul trece de poziția orizontală, părțile sale par să alunece de-a lungul liniilor magnetice de forță fără a le traversa și nu este indusă nicio fem.

Prin urmare, cu rotirea uniformă a cadrului, în el va fi indus un EMF, schimbându-se periodic atât în ​​mărime cât și în direcție.

EMF care apare în cadru poate fi măsurat cu un dispozitiv și utilizat pentru a crea un curent într-un circuit extern.

Folosind , puteți obține o fem alternativă și, prin urmare, un curent alternativ.

Curentul alternativ este pentru scopuri industriale și este generat generatoare puternice acţionat de turbine cu abur sau apă şi motoare cu ardere internă.

Reprezentarea grafică a curenților continui și alternativi

Metoda grafică face posibilă reprezentarea vizuală a procesului de modificare a unei anumite variabile în funcție de timp.

Grafic variabile, modificându-se în timp, începeți prin a construi două drepte reciproc perpendiculare, numite axe ale graficului. Apoi axă orizontală segmentele de timp sunt reprezentate pe o anumită scară, iar pe o scară verticală, de asemenea, pe o anumită scară, valorile mărimii al cărei grafic urmează să fie reprezentat (EMF, tensiune sau curent).

În fig. 2 sunt reprezentate grafic curenți continui și alternativi. În acest caz, trasăm valorile curente, iar vertical în sus de la punctul de intersecție al axelor O trasăm valorile curente ale unei direcții, care este de obicei numită pozitivă, și în jos din acest punct - în direcția opusă, care este de obicei numit negativ.

Punctul O însuși servește simultan ca început de numărătoare inversă a valorilor curente (vertical în jos și în sus) și timp (orizontal la dreapta). Cu alte cuvinte, acest punct corespunde valorii zero a curentului și momentului inițial de timp de la care intenționăm să urmărim cum se va schimba curentul în viitor.

Să verificăm corectitudinea a ceea ce este construit în Fig. 2 și un grafic al unui curent constant de 50 mA.

Deoarece acest curent este constant, adică nu își schimbă magnitudinea și direcția în timp, aceleași valori ale curentului, adică 50 mA, vor corespunde momentelor diferite de timp. Prin urmare, la un moment egal cu zero, adică în momentul inițial al observării noastre a curentului, acesta va fi egal cu 50 mA. Prin trasarea în sus pe axa verticală a unui segment egal cu valoarea curentă de 50 mA, obținem primul punct al graficului nostru.

Trebuie să facem același lucru pentru următorul moment de timp, corespunzător punctului 1 pe axa timpului, adică să lăsăm deoparte un segment vertical în sus din acest punct, de asemenea, egal cu 50 mA. Sfârșitul segmentului va determina al doilea punct al graficului.

După ce am efectuat o construcție similară pentru câteva momente ulterioare de timp, vom obține o serie de puncte, a căror legătură va da o linie dreaptă, care este reprezentare grafică curent continuu valoare 50 mA.

Să trecem acum la studii graficul emf variabil. În fig. 3 în partea de sus prezintă un cadru care se rotește într-un câmp magnetic, iar în partea de jos este o reprezentare grafică a variabilei EMF emergente.

Figura 3. Trasarea unui grafic al variabilei EMF

Să începem să rotim uniform cadrul în sensul acelor de ceasornic și să urmărim progresul modificării EMF în el, luând poziția orizontală a cadrului ca moment inițial.

În acest moment inițial, EMF va fi zero, deoarece părțile laterale ale cadrului nu intersectează liniile magnetice de forță. Pe grafic, această valoare EMF zero corespunzătoare momentului t = 0 va fi reprezentată de punctul 1.

Odată cu rotirea ulterioară a cadrului, în el va începe să apară un emf și va crește în valoare până când cadrul atinge pozitie verticala. Pe grafic, această creștere a EMF va fi reprezentată ca o curbă ascendentă netedă care atinge apogeul (punctul 2).

Pe măsură ce cadrul se apropie pozitie orizontala EMF din ea va scădea și va scădea la zero. Pe grafic, aceasta va fi reprezentată ca o curbă netedă descendentă.

În consecință, în timpul corespunzător unei jumătăți de rotație a cadrului, EMF din acesta a reușit să crească de la zero la valoarea sa maximă și din nou să scadă la zero (punctul 3).

Odată cu rotirea ulterioară a cadrului, va apărea din nou un emf în el și va crește treptat în valoare, dar direcția sa se va schimba deja în sens opus, ceea ce poate fi verificat prin aplicarea regulii mâinii drepte.

Graficul ia în considerare schimbarea direcției EMF prin aceea că curba care prezintă EMF intersectează axa timpului și este acum situată sub această axă. EMF crește din nou până când cadrul ia o poziție verticală.

Apoi EMF va începe să scadă, iar valoarea sa va deveni egal cu zero, când cadrul revine la poziția inițială, după ce a efectuat o revoluție completă. Pe grafic acest lucru va fi exprimat prin faptul că curba EMF, atinsă apogeul în direcția opusă (punctul 4), apoi se întâlnește cu axa timpului (punctul 5)

Acest lucru încheie un ciclu de schimbare a EMF, dar dacă continuăm să rotim cadrul, începe imediat un al doilea ciclu, repetându-l exact pe primul, care, la rândul său, va fi urmat de un al treilea, apoi de un al patrulea și așa mai departe până când oprim cadrul de rotație.

Astfel, pentru fiecare revoluție a cadrului, EMF care apare în acesta completează un ciclu complet al schimbării sale.

Dacă cadrul este închis la orice circuit extern, atunci un curent alternativ va curge prin circuit, graficul căruia va fi același ca aspect cu graficul EMF.

Curba sub formă de undă pe care am obținut-o se numește undă sinusoidală, iar curentul, fem sau tensiunea care se modifică conform acestei legi se numește sinusoidal.

Curba în sine se numește undă sinusoidală deoarece este o reprezentare grafică a unei mărimi trigonometrice variabile numită sinus.

Natura sinusoidală a schimbării curentului este cea mai comună în inginerie electrică, prin urmare, când vorbim despre curent alternativ, în majoritatea cazurilor ne referim la curent sinusoidal.

Pentru a compara diferiți curenți alternativi (EMF și tensiuni), există cantități care caracterizează un anumit curent. Sunt chemați Parametrii AC.

Perioada, amplitudinea și frecvența - parametrii curentului alternativ

Curentul alternativ este caracterizat de doi parametri - perioada și amplitudinea, știind despre care putem judeca ce fel de curent alternativ este și construim un grafic al curentului.

Perioada de timp în care are loc un ciclu complet de schimbare a curentului se numește perioadă. Perioada este desemnată prin litera T și se măsoară în secunde.

Perioada de timp în care are loc jumătate din ciclul complet al schimbării curentului se numește semiciclu.În consecință, perioada de schimbare a curentului (EMF sau tensiune) constă din două semicicluri. Este destul de evident că toate perioadele aceluiași curent alternativ sunt egale între ele.

După cum se poate observa din grafic, în timpul unei perioade de schimbare curentul atinge de două ori valoarea sa maximă.

Valoarea maximă a unui curent alternativ (emf sau tensiune) se numește amplitudinea sau valoarea curentului de amplitudine.

Im, Em și Um sunt desemnări în general acceptate pentru amplitudinile curentului, EMF și tensiune.

În primul rând, am acordat atenție, însă, după cum se poate observa din grafic, există nenumărate valori intermediare care sunt mai mici decât amplitudinea.

Valoarea curentului alternativ (EMF, tensiune) corespunzătoare oricărui moment selectat în timp se numește valoarea sa instantanee.

i, e și u sunt denumiri în general acceptate pentru valorile instantanee ale curentului, fem și tensiune.

Valoarea curentului instantaneu, precum și valoarea sa de amplitudine, pot fi determinate cu ușurință folosind un grafic. Pentru a face acest lucru, din orice punct de pe axa orizontală corespunzător momentului de timp care ne interesează, trasăm o linie verticală până la punctul de intersecție cu curba curentă; segmentul rezultat al dreptei verticale va determina valoarea curentului in acest moment, adică valoarea sa instantanee.

Este evident că valoarea instantanee a curentului după timpul T/2 din punctul de plecare al graficului va fi egală cu zero, iar după timpul T/4 valoarea sa de amplitudine. Curentul își atinge și valoarea de amplitudine; dar în sens invers, după un timp egal cu 3/4 T.

Deci, graficul arată cum se modifică curentul din circuit în timp și că fiecare moment în timp corespunde unei singure valori specifice atât a mărimii, cât și a direcției curentului. În acest caz, valoarea curentului la un moment dat de timp într-un punct al circuitului va fi exact aceeași în orice alt punct al acestui circuit.

Se numește numărul de perioade complete încheiate de un curent într-o secundă Frecvența AC si este desemnat Literă latină f.

Pentru a determina frecvența curentului alternativ, adică a afla câte perioade de schimbare se completează curentul într-o secundă?, este necesar să se împartă 1 secundă la timpul unei perioade f = 1/T. Cunoscând frecvența curentului alternativ, puteți determina perioada: T = 1/f

Se măsoară într-o unitate numită herți.

Dacă avem curent alternativ, a cărui frecvență este egală cu 1 hertz, atunci perioada unui astfel de curent va fi egală cu 1 secundă. Și, invers, dacă perioada de schimbare a curentului este de 1 secundă, atunci frecvența unui astfel de curent este de 1 hertz.

Deci am definit Parametrii AC - perioadă, amplitudine și frecvență, - care fac posibilă distingerea diferiților curenți alternativi, emfs și tensiuni între ele și construirea graficelor acestora atunci când este necesar.

Atunci când determinați rezistența diferitelor circuite la curent alternativ, utilizați o altă cantitate auxiliară care caracterizează curentul alternativ, așa-numita frecventa unghiulara sau circulara.

Frecvența circulară notat raportat la frecvența f prin relația 2pif

Să explicăm această dependență. Când construim un grafic al variabilei EMF, am văzut că în timpul unei revoluții complete a cadrului, are loc un ciclu complet de modificări EMF. Cu alte cuvinte, pentru ca cadrul să facă o rotație, adică să se rotească cu 360°, este nevoie de timp egal cu o perioadă, adică T secunde. Apoi, în 1 secundă, cadrul face o revoluție de 360°/T. Prin urmare, 360°/T este unghiul prin care cadrul se rotește în 1 secundă și exprimă viteza de rotație a cadrului, care este denumită în mod obișnuit viteza unghiulara sau circulara.

Dar deoarece perioada T este legată de frecvența f prin raportul f = 1/T, viteza circulară poate fi exprimată în termeni de frecvență și va fi egală cu 360°f.

Deci, am ajuns la concluzia că 360°f. Cu toate acestea, pentru comoditatea utilizării frecvenței circulare în tot felul de calcule, unghiul de 360° corespunzător unei revoluții este înlocuit cu o expresie radială egală cu 2pi radiani, unde pi = 3,14. Astfel, obținem în sfârșit 2pif. Prin urmare, pentru a determina frecvența circulară a curentului alternativ (), este necesar să se înmulțească frecvența în herți cu constantă Numărul este 6,28.

În acest articol vă vom spune ce sunt curentul electric alternativ și curentul alternativ trifazat.

Conceptul de curent electric alternativ este dat într-un manual de fizică de educație generală instituție educațională- scoli. - curent sub forma unui semnal armonic sinusoidal, ale cărui principale caracteristici sunt tensiune efectivăși frecvență, schimbări de direcție și magnitudine în timp.

Frecvență– aceasta este cantitatea modificări complete polaritatea curentului electric alternativ într-o secundă. Aceasta înseamnă că curentul dintr-o priză obișnuită de uz casnic cu o frecvență de 50 Herți își schimbă direcția de la pozitiv la negativ și înapoi exact de cincizeci de ori într-o secundă. O schimbare completă a direcției (polarității) unui curent electric de la pozitiv la negativ și înapoi la pozitiv se numește - perioada de oscilație a curentului electric. În cursul perioadei T curentul electric alternativ își schimbă direcția de două ori.

Pentru observare vizuală curent alternativ sinusoidal utilizați de obicei . Pentru a preveni șocurile electrice și pentru a proteja osciloscopul de tensiunea de rețea la intrare, se folosesc transformatoare de izolare. Pentru a măsura o perioadă, nu face nicio diferență la ce puncte echivalente (amplitudine egală) să o măsoare. Puteți utiliza vârfurile maxime pozitive sau negative sau puteți utiliza valoarea zero. Acest lucru este explicat în figură.

Dintr-un manual de fizică știm că curentul electric alternativ este generat folosind o mașină electrică - un generator. Cel mai simplu model Generatorul este un cadru magnetic care se rotește în câmpul magnetic al unui magnet permanent.

Să ne imaginăm un cadru de sârmă dreptunghiular cu mai multe spire, care se rotește uniform într-un câmp magnetic uniform. EMF care apare în acest cadru. inducția se modifică după o lege sinusoidală. Perioada de oscilație T curentul electric alternativ este o revoluție completă a cadrului magnetic în jurul axei sale.

Unul dintre caracteristici importante curentul electric sunt două valori ale curentului electric alternativ - valoarea maximă și valoarea medie.

Valoarea maximă a tensiunii curentului electric Umax este valoarea tensiunii corespunzătoare valorii maxime a sinusoidei.

Valoarea medie a tensiunii curentului electric Usr este o valoare a tensiunii egală cu 0,636 din maxim. Matematic arata cam asa:

U av = 2 * U max / π = 0,636 U max

Unda sinusoidală de tensiune maximă poate fi monitorizată pe ecranul osciloscopului. Înțelegeți ce este valoarea medie a variabilei tensiune electrică Puteți efectua un experiment conform figurii și descrierii de mai jos.

Folosind un osciloscop, conectați o tensiune sinusoidală la intrarea acestuia. Folosiți butonul de compensare a baleiajului vertical pentru a muta „zero” de baleiaj pe linia cea mai de jos a scării ecranului osciloscopului. Întindeți și deplasați scanarea orizontală astfel încât o jumătate de undă de tensiune sinusoidală să se potrivească în zece (cinci) celule ale ecranului osciloscopului. Folosind butonul de scanare verticală (amplificare), întindeți scanarea astfel încât amplitudinea maximă a semi-undă să se potrivească exact zece (cinci) celule pe ecranul osciloscopului. Determinați amplitudinea sinusoidei în zece secțiuni. Însumați toate cele zece valori și împărțiți la zece - găsiți „scorajul mediu”. Ca rezultat, veți obține o valoare a tensiunii aproximativ egală cu 6,36 din valoarea sa maximă - 10.

Instrumente de masura– voltmetrele, contoarele, multimetrele pentru măsurarea tensiunii alternative au în circuitul lor un redresor și un condensator de netezire. Acest lanț „rotunjește” multiplicatorul diferenței dintre tensiunea maximă și cea măsurată la 0,7. Prin urmare, dacă observați un sinusoid de tensiune cu o amplitudine de 10 volți pe ecranul osciloscopului, atunci voltmetrul (tseshka, multimetru) va afișa nu 10, ci aproximativ 7 volți. Crezi că priza de acasă are 220 de volți? Este adevărat, dar nu în întregime adevărat! 220 de volți este tensiunea medie priză de uz casnic, în medie instrument de masurare- voltmetru. Tensiunea maximă rezultă din formula:

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

De aceea, atunci când ești „șocat” de priză electrică 220 de volți, să știi că aceasta este iluzia ta. De fapt, tremurați la aproximativ 315 volți.

Curent trifazat

Alături de curent alternativ sinusoidal simplu, așa-numitul curent alternativ trifazat. În plus, curentul electric trifazat este principalul tip de energie utilizat în întreaga lume. Curentul trifazat a câștigat popularitate datorită transmiterii mai puțin costisitoare a energiei pe distanțe lungi. Dacă curentul electric obișnuit (monofazat) necesită două fire, atunci curent trifazat, care are de trei ori mai multă energie, necesită doar trei fire. Veți învăța semnificația fizică mai târziu în acest articol.

Imaginează-ți dacă nu unul, ci trei cadre identice se rotesc în jurul unei axe comune, ale căror planuri sunt rotite unul față de celălalt cu 120 de grade. Apoi emf-urile sinusoidale care apar în ele. va fi, de asemenea, defazat cu 120 de grade (vezi figura).

Astfel de trei curenți alternativi coordonați se numesc curent trifazat. O aranjare simplificată a înfășurărilor de sârmă într-un generator de curent trifazat este ilustrată în figură.

Conexiunea înfășurărilor generatorului de-a lungul a trei linii independente este prezentată în figura de mai jos.

Această conexiune cu șase fire este destul de greoaie. Deoarece doar diferențele de potențial sunt importante pentru fenomenele din circuitele electrice, un conductor poate fi utilizat pentru două faze simultan, fără a reduce capacitatea de sarcină pentru fiecare fază. Cu alte cuvinte, în cazul conectării înfășurărilor generatorului într-o configurație „stea” folosind un „zero”, energia este transferată din trei surse prin patru fire (a se vedea figura), în care unul este comun - firul neutru.

Trei fire pot transmite energie de la trei surse (practic independente) de curent electric conectate printr-un „triunghi” simultan.

În generatoarele industriale și transformatoarele convertoare, o tensiune fază-la-fază de 220 de volți este de obicei conectată folosind o conexiune delta. În acest caz, nu există un fir „neutru”.

„Star” este folosit pentru a transmite tensiunea rețelei folosind „zero”. În acest caz, se aplică o tensiune de 220 de volți în faza relativă la „zero”. Tensiunea de la fază la fază este de 380 volți.

O întâmplare obișnuită în vremurile „furării cu descurajare a democrației” a fost arderea echipamente de uz casnicîn apartamentele cetățenilor respectabili, când „zeroul” comun a ars din cauza cablajului slab, apoi în funcție de cât de mult aparate electrocasnice aprinse în apartamente, televizoarele și frigiderele erau aprinse la cei care le porneau cel mai puțin. Acest lucru este cauzat de fenomenul de „dezechilibru de fază”, care apare atunci când zero este rupt. În loc de 220 de volți, o tensiune de interfaza de 380 de volți a intrat în priza cetățenilor respectabili. Până acum, în multe apartamente și clădiri comunale asemănătoare locuințelor din orașele și orașele noastre rusești, acest fenomen nu a fost complet eradicat.