+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Электрические цепи переменного тока

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

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

Периодический режим: . К такому режиму может быть отнесен и синусоидальный:

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

График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.

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


где

Тогда


где

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

Таким образом, синусоидальное напряжение можно представить на комплексной плоскости вращающимся вектором.

Тогда амплитудное значение напряжения будет представлять собой модуль или длину вектора напряжения.

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


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

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

Кривые напряжения и тока в активном сопротивлении

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



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

откуда



При синусоидальном законе действующие значения тока и напряжения:




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

Кривые напряжения и тока в индуктивном сопротивлении

Напряжение на индуктивности определяется выражением


где

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

Если напряжение на емкости меняется по закону синуса , то


-емкостное сопротивление.
Емкостное сопротивление выражается в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с конденсатором.

Кривые напряжения и тока в емкостном сопротивлении
В идеальной емкости ток опережает напряжение на 90°


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



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



где
— ток принужденного режима при di/dt=0
— ток свободного режима.
Свободные процессы исследуются с целью определения устойчивости системы. В устойчивой системе процессы должны затухать. Принужденный и свободный режимы в сумме определяют процессы, которые называются переходными, т.е. осуществляется переход от одного установившегося режима к другому.

При установившемся режиме ток и напряжение сохраняют в течение длительного времени амплитудные значения.
В цепях постоянного тока токи и напряжения остаются неизменными, а в цепях переменного тока остаются неизменными кривые изменения токов и напряжений.

Мощность цепи переменного тока

В периодическом синусоидальном режиме

Используя известное тригонометрическое преобразование



и обозначив , получим

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

где
— энергетическое значение коэффициента мощности,

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

 

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

Коэффициент мощности cosj показывает, какая часть полной мощности, вырабатываемой генератором и передаваемой нагрузке, необратимо используется нагрузкой. Он играет важную роль в электротехнике. В самом деле, если в цепи имеется значительный сдвиг по фазе между колебаниями тока и э. д. с, то коэффициент мощности мал и нагрузка потребляет от генератора малую активную мощность. Вместе с тем генератор должен вырабатывать полную мощность S. Эту же мощность должен отдавать генератору первичный двигатель. Таким образом, при низком коэффициенте мощности нагрузка потребляет лишь часть энергии, которую вырабатывает генератор. Оставшаяся часть энергии перекачивается периодически от генератора к потребителю и обратно и рассеивается в линиях электропередачи.

Максимально благоприятные условия передачи электроэнергии создаются в цепи, работающей в режиме резонанса. В самом деле, при приближении к резонансу амплитуда силы тока оказывается максимальной и коэффициент мощности стремится к единице. В этом случае активная мощность приближается к полной мощности, т. е. достигает максимума.
Повышение к. м. является важной народнохозяйственной задачей, от решения которой зависит эффективность использования вырабатываемой электроэнергии.
Уменьшение к. м. в промышленных цепях происходит в основном за счет содержащихся в них трансформаторов и асинхронных электродвигателей, имеющих значительные индуктивные сопротивления. Поэтому повысить к. м. при таких нагрузках можно путем подключения параллельно основной цепи компенсирующих конденсаторов, позволяющих приблизиться к режиму резонанса токов.
С целью повышения к. м. и экономии электроэнергии не следует допускать холостого хода (т. е. работы без нагрузки) трансформаторов и асинхронных электродвигателей, ибо в этом случае они представляют собой чисто индуктивные сопротивления и вызывают дополнительные потери мощности.
Коэффициент мощности (к. м.) ни в коем случае нельзя путать с коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Так, например, при определенном соотношении емкости и индуктивности коэффициент мощности в данной цепи может оказаться равным единице. Коэффициент же полезного действия цепи всегда меньше единицы.

Мощность цепи переменного тока

 



Мощность в активном сопротивлении

Мгновенное значение мощности для цепи с резистором:

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

Действующее значение мощности:

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

Аналогично можно проделать для цепи с идеальным конденсатором:

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

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

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

 

Лекция по теме: » Переменный ток»

Учебная дисциплина ОП.03 Электротехника и электроника

«ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. НЕРАЗВЕТВЛЁННАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНЫМ, ЕМКОСТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ. ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ. МОЩНОСТЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ».

План лекции:

1.Переменный ток и его значение.

2. Характеристики переменного тока.

3.Максимакльное (амплитудное) и действующее (мгновенное) значение напряжения и силы тока.

4. Преобразование переменного тока в постоянный.

5.Основные элементы цепи переменного тока.

6. Резистор в цепи переменного тока.

7.Конденсатор в цепи переменного тока.

8.Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

9. Мощность переменного тока. Коэффициент мощности.

10. Полное сопротивление в цепи переменного тока, содержащей резистор, конденсатор и катушку.

Сейчас невозможно представить себе нашу цивилизацию без электричества. Телевизоры, холодильники, компьютеры – вся бытовая техника работает на нем. Основным источником энергии является переменный ток.

Электрический ток, питающий розетки в наших домах, является переменным.

А что это такое? Каковы его характеристики? Чем же переменный ток отличается от постоянного?

В известном опыте Фарадея при движении полосового магнита относительно катушки появлялся ток, что фиксировалось стрелкой гальванометра, соединенного с катушкой. Если магнит привести колебательное движение относительно катушки, то стрелка гальванометра будет отклоняться то в одну сторону, то в другую – в зависимости от направления движения магнита. Это означает, что возникающий в катушке ток меняет свое направление. Такой ток называют переменным.

Переменный электрический ток представляет собой электромагнитные вынужденные колебания. Переменный ток в отличие от постоянного имеет период, амплитуду и частоту.

Переменный токэлектрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным.

Если говорить о переменном токе простыми словами, то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное.

Для чего нужен такой “переменчивый “ переменный ток, почему не использовать только постоянный?

Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов.

Использование переменного тока позволяет передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. Такое напряжение нельзя подавать в дома и квартиры, это очень опасно и сложно с технической стороны. Поэтому переменный электрический ток с электростанций подается на электрические подстанции, где происходит трансформация с высокого напряжения на более низкое, которое мы используем.

На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Характеристики переменного тока:

Период — это время одного полного колебания.

Т – период, с

Амплитуда – это наибольшее положительное или отрицательное значение силы тока или напряжения.

 Частота — это времени, в течение которого ток выполняет одно полное колебание, число полных колебаний за 1 с называется частотой тока и обозначается буквой f. Частота измеряется в герцах (Гц).

В промышленности и быту большинства стран используют переменный ток с частотой 50 Гц. В США частота промышленного тока 60 Гц.

Эта величина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние.

Иными словами в электрической розетке, которая есть в каждом доме и куда мы включаем утюги и пылесосы, плюс с минусом на правой и левой клеммах розетки будет меняться местами с частотой 50 раз в секунду — это и есть, частота переменного тока.

Амплитуда – характеризует состояние переменного тока с течением времени.

Мгновенное и максимальное значения. Величину переменной электродвижущей силы, силы тока, напряжения и мощности в любой момент времени называют мгновенными значениями этих величин и обозначают соответственно строчными буквами (e, i, u, p).
Максимальным значением (амплитудой) переменной э. д. с. (или напряжения или тока) называется та наибольшая величина, которой она достигает за один период. Максимальное значение электродвижущей силы обозначается Еm, напряжения — Um, тока — Im.

Действующим (или эффективным) значением переменного тока называется такая сила постоянного тока, которая, протекая через равное сопротивление и за одно и то же время, что и переменный ток, выделяет одинаковое количество тепла.

Для синусоидального переменного тока действующее значение меньше максимального в 1,41 раз, т. е. в  раз.

 Преобразование переменного тока в постоянный.

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно  подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель”

Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

 

 

Колебания силы тока в цепи резистора совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

Видео по теме:«Переменный электрический ток. Получение переменного тока» см. по ссылке:

Вопросы для самоконтроля:

1.Что такое переменный электрический ток?
2. Почему переменный ток получил такое широкое распространение?
3. Поясните, почему передача электроэнергии осуществляется с использованием переменного тока?
4. Что такое период, частота и фаза переменного тока?

5.Что называется действующим значением переменного тока? Какова связь действующих значений ЭДС, напряжения и тока с их амплитудными значениями?

6.По какой формуле определяется индуктивное сопротивление цепи переменному току?

7.По какой формуле определяется емкостное сопротивление цепи переменному току?

8.По какой формуле определяется сдвиг фаз между током и напряжением в цепях переменного тока?

9.По какой формуле вычисляется мощность переменного тока? Что называется коэффициентом мощности?

10.Как используется диод для выпрямления переменного тока?

Рассмотрим примеры решения задач:

Примеры решения расчетных задач

Задача 1. Определите сдвиг фаз колебаний напряжения  и силы тока  для электрической цепи, состоящей из последовательно включенных проводников с активным сопротивлением R = 1000 Ом, катушки индуктивностью L = 0,5 Гн и конденсатора емкостью С = 1 мкФ. Определите мощность, которая выделяется в цепи, если амплитуда напряжения U0 = 100 В, а частота  = 50 Гц.

Решение:

Сдвиг фаз между током и напряжением в цепях переменного тока определяется соотношением

(1)

здесь  = 2 — циклическая частота. Следовательно,

Мощность, которая выделяется в цепи, определится по формуле

Для цепи переменного тока справедливо соотношение

где Z — полное сопротивление (импеданс) цепи:

Следовательно, мощность, которая выделяется в цепи

    (2)

Подставив численные значения в (1), получим  (минус означает, что напряжение отстает по фазе). Тогда  . Подставив численные значения в (2), получим P = 0,5 Вт.

Ответ: 



Задача 2. Конденсатор неизвестной емкости, катушка с индуктивностью L и сопротивлением R подключены к источнику переменного напряжения (рис. 1). Сила тока в цепи равна . Определите амплитуду напряжения между обкладками конденсатора.

Решение:

Из условия задачи видно, что сила тока и напряжение в цепи меняются синфазно. Это означает, что совпадают индуктивное и емкостное сопротивления.

    (3)

Напряжение на конденсаторе будет равно

    (4)

Поскольку , то

    (5)

Подставляя (5) в (4), получим:

    (6)

С учетом (3) соотношение (6) примет вид:

Поэтому амплитудное значение напряжения между обкладками конденсатора будет равно

Ответ: 



Задача 3.  В электрической цепи из двух одинаковых конденсаторов емкости С и катушки с индуктивностью L, соединенных последовательно, в начальный момент времени один конденсатор имеет заряд q0, а второй не заряжен (рис. 2). Как будут изменяться со временем заряды конденсаторов и сила тока в контуре после замыкания ключа К?

Решение:

Цепь, приведенная на рис. 2, представляет собой колебательный контур. Сила тока в нем будет меняться по закону

    (7)

Чтобы ответить на вопрос задачи, нужно найти максимальное значение силы тока I0 и частоту колебаний . Частоту колебаний можно определить по формуле

    (8)

где Сэкв — емкость системы из двух последовательно соединенных конденсаторов емкостью С:

Подставляя значение Сэкв в (8), получим, что частота колебаний в контуре будет равна

    (9)

Подставим значение частоты (9) в выражение для силы тока (7), тогда получим, что сила тока в цепи будет меняться по закону

    (10)

Для определения I0 можно воспользоваться законом сохранения энергии. Пусть в некоторый момент времени заряд одного из конденсаторов равен q1 , тогда заряд второго конденсатора будет q2 = q0 — q1 . В начальный момент времени энергия контура сосредоточена в электрическом поле заряженного конденсатора, в произвольный момент времени она перераспределяется между энергией электрического поля двух заряженных конденсаторов и энергией магнитного поля, сосредоточенного в катушке индуктивности. Следовательно, согласно закону сохранения энергии,

Отсюда можно найти зависимость силы тока от заряда q1.

Чтобы найти максимальное значение силы тока, нужно взять производную от I по q1 и приравнять ее к нулю.

Из последнего выражения видно, что максимальное значение силы тока достигается при . Следовательно,

Подставляя полученное значение для максимального значения силы тока в (10), получим, что сила тока в цепи будет меняться по закону

Чтобы найти закон изменения зарядов на пластинах конденсатора, воспользуемся выражением . Преобразовав его, получим квадратное уравнение для q1:

Решая уравнение, получим:

Разные знаки означают, что в начальный момент времени любой конденсатор может либо иметь заряд q0, либо быть незаряженным. Пусть

Тогда

Ответ: 

Задача 4. Имеются два колебательных контура с одинаковыми катушками и конденсаторами. В катушку одного из контуров вставили железный сердечник, увеличивший ее индуктивность в n = 4 раза. Найдите отношение резонансных частот контуров и их энергий, если максимальные заряды на конденсаторах одинаковы.

Решение:

Резонансные частоты контуров могут быть определены по формуле Томсона:

Отсюда

Ответ: 



Задача 5. Два сопротивления R1 и R2 и два диода подключены к источнику переменного тока с напряжением U так, как показано на рис. 3. Найдите среднюю мощность, выделяющуюся в цепи.

Решение:

Ток половину периода идет через один диод (например, 1). За это время на сопротивлении R1 выделяется средняя мощность

В течение второго полупериода ток идет через диод 2, выделяя на нем среднюю мощность

Таким образом, за полный период выделяется средняя мощность

Ответ: 

Задачи для самостоятельного решения:

№ 1. В ц.п.т. с напряжением 220 В включена активная нагрузка сопротивлением 40 Ом. Определите ток цепи.

№ 2. Определите сопротивление конденсатора емкостью 5 мкФ при частоте 50 Гц.

№3. Определите сопротивление катушки индуктивностью 0,01 Гн при частоте 50 Гц.

№ 4. Определите ток, проходящий через катушку, индуктивное сопротивление которой 5 Ом, а активное сопротивление 1 Ом, если напряжение сети переменного тока 12 В.

№ 5. В ц.п.т. с напряжением 220 В включена эл.лампа, по спирали которой течет ток 5 А. Вычислите активную мощность этой лампы.

№ 6. В электрическую цепь напряжением 220 В последовательно включены реостат сопротивлением 5 Ом, катушка с активным сопротивлением 6 Ом и индуктивным сопротивлением 4 Ом, конденсатор с емкостным сопротивлением 3 Ом. Определите ток в цепи. Постройте векторную диаграмму токов и напряжений.

№ 7. В ц.п.т. с напряжением 220 В включены конденсатор емкостью 100 мкФ и катушка индуктивностью 0,05 Гн. Определите реактивную мощность цепи.

Постройте векторную диаграмму токов и напряжений.

№ 8. В ц.п.т. с напряжением 380 В включены активное сопротивление 50 Ом и конденсатор емкостью 1000 мкФ. Определите полную мощность цепи.

Постройте векторную диаграмму токов, напряжений и мощностей.

№ 9. В ц.п.т. напряжением 110 В последовательно включены активное сопротивление 30 Ом, емкостное – 45 Ом и индуктивное — 50 Ом. Определите полное сопротивление этой цепи.

№ 10. В ц.п.т. с напряжением 220 В включены активное сопротивление 20 Ом, конденсатор емкостью 100 мкФ и катушка индуктивностью 0,05 Гн. Определите полную мощность цепи. Постройте векторную диаграмму токов, напряжений, мощностей.

Домашнее задание:

1.Выучить и законспектировать лекцию.

2. Разобрать и записать в тетрадь примеры решения задач, которые приведены в конце лекции.

3. Ответить на вопросы для самоконтроля.

4. Выполнить на оценку задания в тестовой форме:

Ответы (указав фамилию, имя, название теста и группу) прислать по следующему адресу в контакте: http://vk.com/id216653613

Основные расчетные электротехнические формулы

Электрическое сопротивление материала определяется по формулам:

Электрическое сопротивление, Ом, материала

R = U/I, где U — напряжение, В; I — сила тока, А.

Удельное электрическое сопротивление, Ом·м,

ρ=Rs/l. S – сечение проводника, м² ; l – длина проводника, м.

Под удельным электрическим сопротивлением материала понимают сопротивление проводника длиной 1 м и сечением 1 м² при 20°С.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется проводимостью:

v=1/ρ.

Если вместо сечения проводника S задан его диаметр D, то сечение, м², находят по формуле

S= πD²/4, где π =3,14.

Сопротивление материала зависит от температуры. Если материал нагрет до температуры t°С, то его сопротивление, Ом, при этой температуре равно:

Rt= R0[1 + α (t – t0)],

где R0 – сопротивление при начальной температуре t0°С, Ом; α – температурный коэффициент.

Далее приводятся значения α для различных материалов.

Медь,
алюминий,
вольфрам
0,004
Сталь 0,006
Латунь 0,002

Сопротивление нескольких проводников зависит от способа их соединения. Например, при параллельном соединении сопротивление трех проводников определяется по формуле:

Rоб=R1*R2*R3/(R1R2+R2R3+R3R1)

При последовательном соединении:

Rоб=R1+R2+R3.

Постоянный ток

Постоянный ток применяют для питания устройств связи, транзисторных приборов, стартеров автомобилей, электрокар, а также, для зарядки аккумуляторов.

В качестве источников постоянного тока используют гальванические элементы, солнечные батареи, термоэлектрогенераторы, генераторы постоянного тока.

При параллельном соединении нескольких проводников с током с равными напряжениями:

Iоб = I1+I2+…+In Uоб=U1=U2=…=Un

При последовательном соединении: Iоб = Imin; – где Imin, ток наименьшего по мощности источника тока (генератора, аккумуляторной батареи).

Uоб = U1+U2+…+Un

Основные параметры цепей однофазного переменного тока

Однофазный переменный ток промышленной частоты имеет 50 периодов колебаний в секунду, или 50 Гц. Его применяют для питания небольших вентиляторов, электробытовых приборов, электроинструмента, при электросварке и для питания большинства осветительных приборов.

Частота переменного тока, Гц:

f= 1/T = np/60, где п — частота вращения генератора, мин -1; р – число пар полюсов генератора.

Мощность однофазного переменного тока:

активная, Вт, Ра = IUcosφ;

реактивная, вар, Q = IUsinφ;

кажущаяся, В А, S = IU =√ (P 2α+Q 2)

Если в цепь переменного однофазного тока включено только активное сопротивление (например, нагревательные элементы или электрические лампы), то значение силы тока и мощности в каждый момент времени определяют по закону Ома:

I=U/R; Рa = IU = I²R=U²/R.

Коэффициент мощности в цепи с индуктивной нагрузкой

Cosφ= Рa/IU= Рa/S.

Основные параметры цепей трехфазного переменного тока

Трехфазный переменный ток используют для питания большинства промышленных электроприемников. Частота трехфазного переменного тока 50 Гц.

В трехфазных системах обмотки генератора и электроприемника соединяют по схемам «звезда» или «треугольник». При соединении в звезду концы всех трех обмоток генератора (или электроприемника) объединяют в общую точку, называемую нулевой или нейтралью (рис. 5а).

При соединении в треугольник начало первой обмотки соединяют с концом второй, начало второй обмотки — с концом третьей и начало третьей — с концом первой обмотки (рис. 5б).

Если от генератора отходят только три провода, то такая система называется трехфазной трехпроводной; если от него отходит еще и четвертый нулевой провод, то систему называют трехфазной четырехпроводной.

Трехфазные трехпроводные сети используют для питания трехфазных силовых потребителей, а четырехпроводные сети – для питания преимущественно осветительных и бытовых нагрузок.

В трехфазных системах различают фазные и линейные токи и напряжения. При соединении фаз звездой линейный I и фазный Iφ токи равны:

а напряжение U =√3Uφ

При соединении треугольником

I =√3Iφ

а напряжение U = Uφ.

Мощность переменного трехфазного тока:

генератора:

  • активная, Вт, Рг =√3IUcosφ ,
  • реактивная, вар, Q=√3IUsinφ
  • полная, ВА, S = √3IU.

где φ – угол сдвига фаз между фазным напряжением генератора и током в той же фазе приемника, который равен току в линии при соединении обмоток генератора звездой.

приемника:

  • активная, Вт, Рп =3UφIcosφп=√3 IUcosφп ,
  • реактивная, вар, Q=√3 UφIsinφп=√3 UIsinφ
  • полная, ВА, S = √3UI.

где φ – угол сдвига фаз между фазным напряжением приемника и током в той же фазе приемника, который равен току линейному только при соединении звездой.

Подсчет количества теплоты, выделяемой при протекании электрического тока по проводнику.

Количество теплоты, Дж, выделяемой электрическим током в проводнике,

Q=I²Rt где t — время, с.

При определении теплового действия электрического тока учитывают, что 1 кВт·ч выделяет 864 ккал (3617 кДж).

Если у Вас остались вопросы – обращайтесь к нам, в авторизованный сервисный центр “Эл Ко-сервис” Мы всегда рады помочь Вам в решении возникших у Вас проблем.

Инженерно-технический отдел авторизованного сервисного центра “Эл Ко-сервис”

Электротехника, переменный ток

История развития электротехники

Определение 1

Электротехника — отрасль науки, изучающая процессы, связан¬ные с практическим применением электрических и магнитных явлений.

Становлению электротехники, как самостоятельной отрасли науки предшествовал очень длительный период накопления знаний об электрических явлениях, в течении которых были сделаны попытки использования тока для передачи сигнала, а также в медицине. В 17 и 18 веках изучению электрических явлений были посвящены работы Кулона, Ломоносова, Франклина и других ученых. Настоящим прорывом стало появление первого непрерывного источника электрического тока — вольтова столба, изобретенного Вольтом в 1800 году, также решающую роль сыграло появление более совершенных гальванических элементов. Данные события поспособствовали увеличению исследований электрического тока в начале 19 века, такими учеными, как Ом, Араго, Фарадей, Ампер, Генри и другие. В 1832 году была открыта электромагнитная индукция, что стало причиной появления первых генераторов и двигателей.

Создание надежных источников электрического тока сделало возможным удовлетворение потребностей в электрической энергии. Особую роль в этом сыграли изобретения и открытия Столетова, Ленца, Кирхгофа, Якоби, Гопкинсона и других. Дальнейшее развитие электротехники было связано с появлением электротехнической промышленности и массовым распространением электрического освещения, заменившее во второй половине 19 века газовое. Первым, кто в 1802 году, после открытия электрической дуги, предложил использовать электрическую энергию для освещения, был Петров. Первым доступным источником энергии была свеча Яблочкова. В 1875 году Лодыгин разработал несколько типов ламп накаливания, впоследствии усовершенствованных Эдисоном. Широкое распространение такие лампы получили в 90-х годах 19 века.

В 80-х годах 19 века электрическая энергия начала применяться для получения высококачественных сталей, алюминия, цинка. В 1878 году Сименс создал первую электроплавильную печь. В 70-х годах принимались первые попытки использования электрической энергии на транспорте:

  1. Испытания электрического тягового двигателя Пироцким.
  2. Строительство электрической дороги в Берлине Сименсом.
  3. Открытие первых трамвайных линий в Америке.
  4. Использование тяги дороги на подземных железных дорогах.

В начале 20 века использование электроэнергии стало комплексной технико-экономической проблемой, из-за необходимости в создании электрического двигателя, который должен был удовлетворять требованиями электропривода. Решение появилось после создания многофазных систем переменного тока. В конце 80-х годов Доливо-Добровольский смог решить эту проблему комплексно, благодаря созданию трехфазных трансформаторов и трехфазных асинхронных двигателей.

Переменный электрический ток

Определение 2

Переменный электрический ток – это электрический ток, направление и величина которого изменяются с течением времени (в редких случаях может изменяться только величина).

Основными параметрами переменного электрического тока являются:

  1. Период.
  2. Частота.
  3. Амплитуда.

Самым распространенным в электротехнике является синусоидальный переменный ток, график которого изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Синусоидальный переменный ток. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Im — максимальное значение; Т — период; i — значение тока в любой момент времени t.

Синусоидальный переменный ток изменяется по закону синуса

$i = Im + sin(wt+j)$

где, w — угловая скорость; j — начальная фаза переменного синусоидального тока.

Если два синусоидальных тока достигают нулевых и максимальных значений одновременно, то это означает, что они совпадают по фазе. Если фазы различны, то токи сдвинуты по фазе. Самой распространенной является трехфазная электрическая схема, состоящая из трех однофазных электрических цепей. Электродвижущие силы, которые действуют в каждой из них, обладают одинаковой частотой, но сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов.

Однофазная электрическая цепь, входящая в состав многофазной, называется фазой. Если все фазы связаны между собой (электрически), то такая система называется электрически связанной. Фазы могут соединяться между собой треугольником, звездой без нейтрального провода, а также звездой с нейтральным проводом.

Переменный синусоидальный ток так же, как и постоянный электрический ток, обладает тепловым действием. По закону Ленца количество теплоты, которое выделяется на участке электрической цепи можно рассчитать по следующей формуле:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

I — величина тока; t — время; R — электрическое сопротивление.

Промышленный переменный электрический ток вырабатывается электрическими станциями. К потребителям он поступает по линиям электропередач. Из-за большой протяженности этих линий, потери энергии в них велики. Для их уменьшения уменьшают силу тока, посредством повышения электрического напряжения при помощи трансформаторов.

Готовый кроссворд по электротехнике — на тему «Переменный ток»

По горизонтали
3. Сопротивление таких элементов (например, резистор), на которых происходит безвозвратное преобразование электрической энергии в другой вид энергии
4. Промежуток времени, за который напряжение или ток совершают одно полное колебание
6. Диод, используется в солнечных батареях
9. Соединение трехфазной системы, при котором концы обмоток источника или концы потребителя соединены в одной точке
10. Ток, изменяющий свое значение и направление с течением времени
11. Элемент цепи обладающий реактивно емкостным сопротивлением
15. Явление резкого возрастания амплитуды электрических колебаний, возникающее при совпадении частоты источника с частотой собственных колебаний колебательного контура
16. Значение напряжения или силы тока, которые показывают электроизмерительные приборы
17. Элемент цепи обладающий реактивно индуктивным сопротивлением
18. Сопротивление таких элементов, которые создают угол сдвига фаз между током и напряжением (например, катушка индуктивности и конденсатор)
19. Максимальное значение напряжения или силы тока
20. Значение напряжения или силы тока в конкретный момент времени
По вертикали
1. Напряжение между двумя линейными проводами или напряжение между двумя любыми фазами
2. Резонанс наблюдаемый в электрической цепи с параллельно включенными активны сопротивлением, индуктивностью и емкостью
5. Ток в режиме резонанса напряжений принимает … значение
7. Ток, протекающий через обмотку источника или через потребитель
8. Резонанс наблюдаемый в электрической цепи с последовательно включенными активны сопротивлением, индуктивностью и емкостью
12. Соединение трехфазной системы, при котором начало одной фазы соединяется с концом другой фазы
13. Система из трех синусоидальных эдс, имеющих одинаковую частоту, амплитуду, но сдвинутых по фазе друг относительно друга на 120
14. Величина, обратная периода, показывающая количество полных колебаний за единицу времени

Основы электротехники

Список видео, входящих в плейлист «Основы электротехники»:

  1. Введение
  2. Электрическая цепь
  3. Расчет режима цепи
  4. Переменный ток
  5. Полупроводники
  6. Переходные процессы
  7. Трёхфазные цепи
  8. Качество электроэнергии

01. Введение

В первом ролике вводятся две главных сущности электротехники – поле и заряд, – три базовые величины – напряжение, ток и сопротивление, – и, конечно, закон Ома.

02. Электрическая цепь

В ролике рассказывается о переходе от реальных физических объектов к электрической цепи и её схеме. Вводятся понятия источника и потребителя электрической энергии, выводится закон Джоуля-Ленца об электрической мощности. Показана разница между напряжением и ЭДС.

03. Расчет режима цепи

В ролике рассказывается об основных методах расчёта электрической цепи: правилах Кирхгофа, методе контурных токов и балансе мощностей.

04. Переменный ток

В ролике показан переход от постоянного тока к переменному, описывается работа ёмкости и индуктивности, вводятся понятия активной, реактивной и полной мощностей, а также рассказывается о векторных диаграммах.

05. Полупроводники

В ролике рассказывается о принципах работы полупроводников, об их применении в качестве диодов и транзисторов, показаны и разобраны базовые полупроводниковые схемы.

06. Переходные процессы

В ролике показана природа возникновения переходных процессов в электрических цепях, рассмотрено поведение реактивных элементов (ёмкости и индуктивности) при включении и выключении питания.

07. Трёхфазные цепи

В ролике рассказывается о трёхфазных электрических цепях и описываются основные понятия, с ними связанные. Рассматривается применение трёхфазных цепей в электроэнергетике и силовой электронике. Описана работа моста Ларионова.

08. Качество электроэнергии

В ролике рассказывается о несинусоидальном напряжении, нелинейных и несимметричных цепях, сделан обзор основных показателей качества электроэнергии. Рассмотрена работа простейшего RC-фильтра.

Переменный синусоидальный ток

Переменный ток — это ток, который периодически изменяется как по модулю, так и по направлению. Появляется переменный ток благодаря электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция это явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока проходящего через него. Чтобы понять, как именно возникает ток, представим себе рамку (кусочек проволоки прямоугольной формы), которая находится под воздействием магнитного поля B.

 

Пока рамка находится в покое, тока в ней нет. Но как только мы начнём её поворачивать, электроны, которые находятся в рамке, начнут перемещаться вместе с ней, то есть двигаться в магнитном поле. Вследствие этого магнитное поле начинает действовать на электроны, заставляя их двигаться по рамке. Чем больше линий магнитного поля пронизывает рамку, тем сила действующая на электроны больше, следовательно, и электрический ток тоже. Получается, что ток достигает максимума в момент, когда рамка перпендикулярна магнитному полю (наибольшее количество линии пронизывает рамку) и равен нулю, когда параллельна (наименьшее количество линии пронизывает рамку). Соответственно и сила, которая действует на электроны, тоже изменяется. После прохождения момента, когда рамка параллельна вектору магнитной индукции B, ток в ней начинает течь в обратную сторону. 

Ток, который получается при вращении рамки, изменяясь во времени, описывает синусоиду, то есть является синусоидальным. Переменный синусоидальный ток является частным случаем периодического переменного тока. Закон, описывающий изменение тока, имеет вид: 

 

Амплитуда Im – это наибольшая абсолютная величина, которую принимает периодически изменяющийся ток.

Начальная фаза ψ — аргумент синусоидального тока (угол), отсчитываемый от точки перехода тока через нуль к положительному значению.

Время, за которое ток в проводнике дважды изменяет своё направление, называют периодом T. Период измеряется в секундах.

Циклической частотой f называется величина обратная периоду . Измеряется в Герцах, в домашней розетке циклическая частота тока равна 50 Гц, её также называют промышленной частотой. При такой частоте период тока равен , это значит, что за две сотых секунды ток в нашей розетке меняет свое направление два раза.

Угловая частота ω показывает с какой скоростью изменяется фаза тока и определяется как

 

Среднее значение Iср синусоидального тока за период Т определяют из геометрических представлений: площадь прямоугольника с основанием T/2 и высотой Iср приравнивают площади ограниченной кривой тока:

 

После упрощения получаем формулу: 

Действующее значение синусоидального тока определяется из энергетических представлений: действующий ток равен по величине такому постоянному току I, который в активном сопротивлении R за период Т выделяет такое количество энергии, как и данный ток i. То есть действующее значение, это своеобразная аналогия между переменным и постоянным током.
Для синусоидального тока действующее значение определяется по формуле: 


или

Это основное что нужно знать о переменном синусоидальном токе.

Читайте также — Мгновенная мощность

  • Просмотров: 26582
  • Переменный ток | Инжиниринг | Fandom

    Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока, где направление тока остается постоянным. Обычная форма волны в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна, так как это обеспечивает наиболее эффективную передачу энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, такие как треугольные или прямоугольные волны.

    В общем, AC относится к форме, в которой электричество доставляется на предприятия и жилые дома. Однако аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

    Уильям Стэнли-младший разработал одну из первых практических катушек для выработки переменного тока. Его конструкция была ранним предшественником современного трансформатора, названного индукционной катушкой.С 1881 по 1889 год система, используемая сегодня, была разработана Николя Тесла, Джорджем Вестингаузом, Люсьеном Голларом, Джоном Гиббсом и Оливером Шалленджером. Эти системы преодолели ограничения, накладываемые использованием постоянного тока, как это было обнаружено в системе, которую Томас Эдисон впервые использовал для коммерческого распределения электроэнергии.

    Первая передача переменного тока на большие расстояния произошла в 1891 году недалеко от Теллурида, штат Колорадо, а через несколько месяцев в Германии. Томас Эдисон решительно выступал за использование постоянного тока (DC), имея множество патентов на эту технологию, но в конечном итоге переменный ток стал широко использоваться (см. «Война токов»).Чарльз Протеус Стейнмец из General Electric решил многие проблемы, связанные с производством и передачей электроэнергии с использованием переменного тока.

    Распределение и бытовое электроснабжение [править | править источник]

    Основная статья: Распределение электроэнергии

    Напряжение переменного тока может повышаться или понижаться трансформатором до другого напряжения. Высоковольтные системы передачи электроэнергии постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии.Однако они, как правило, более дорогие и менее эффективные, чем трансформаторы, или не существовали, когда Эдисон, Вестингауз и Тесла проектировали свои системы питания.

    Использование более высокого напряжения приводит к более эффективной передаче энергии. Потери мощности в проводнике являются произведением квадрата силы тока и сопротивления проводника, описываемого формулой. Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток удвоится, потери мощности будут в четыре раза больше.Поскольку передаваемая мощность равна произведению тока, напряжения и косинуса разности фаз φ (), то же количество мощности может передаваться с меньшим током за счет увеличения напряжения. Поэтому при передаче больших объемов мощности выгодно распределять мощность с помощью чрезвычайно высоких напряжений (иногда до сотен киловольт). Однако высокое напряжение также имеет недостатки, главными из которых являются повышенная опасность для любого, кто соприкасается с ними, требуется дополнительная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними.На электростанции напряжение генерируется на трехфазном низком напряжении с частотой 50 или 60 Гц, повышается до высокого напряжения для распределения и понижается с нейтралью до относительно низкого уровня для потребителя. обычно от 200 до 500 В между фазами и от 100 до 250 В между каждой фазой и нейтралью.

    Трехфазное производство электроэнергии очень распространено и является более эффективным использованием коммерческих генераторов. Электрическая энергия вырабатывается вращением катушки внутри магнитного поля в больших генераторах с высокими капитальными затратами.Однако относительно просто и экономично включить в статор генератора три отдельные катушки (вместо одной). Эти наборы катушек физически разделены и расположены под углом 120 ° друг к другу. Формируются три формы волны тока, которые не совпадают по фазе на 120 ° друг с другом, но имеют одинаковую величину.

    Трехфазные системы спроектированы таким образом, что они сбалансированы по нагрузке; если нагрузка правильно сбалансирована, в нейтральной точке не будет протекать ток. Кроме того, даже в наихудшем случае несбалансированной (линейной) нагрузки ток нейтрали не будет превышать наибольший из фазных токов.Для трехфазных при низких (нормальных сетевых) напряжениях обычно используется четырехпроводная система, подобная этой, что снижает требования к кабелям на одну треть по сравнению с использованием отдельной нейтрали для каждой фазы. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником первичной обмотки и вторичной звездой, поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания.

    Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль передаются в собственность.Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главную плату. От трехфазной главной платы могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи (а в некоторых случаях также отключаются цепи с двумя фазами (не путать с двухфазными) и нейтралью).

    Трехпроводные однофазные системы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке. Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине.Малые электроинструменты и освещение должны питаться от местного трансформатора с центральным ответвлением с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняя приемлемое напряжение для работы инструментов.

    Третий провод обычно (должен быть всегда , но есть много старых, несовместимых или сторонних установок, где это не так) подключен между отдельными электрическими приборами в доме и основным потребительским блоком или распределительным щитом .Третий провод известен в Великобритании и большинстве других англоязычных стран как провод заземления , но в (англоговорящей) Северной Америке это провод заземления . То, что происходит с заземляющим проводом перед основной платой, меняется, но есть три основных возможности, которые перечислены здесь под их европейскими названиями:

    • TT (земля потребителя вообще не подключена к нейтрали)
    • TN-S (нейтраль и земля отдельно от нейтрали трансформатора)
    • TN-C-S (нейтраль и земля соединены на входе).

    Существует также TN-C, где нейтраль и земля соединяются прямо во время установки, но это гораздо менее распространено, чем другие, и требует специальных процедур для обеспечения безопасности.

    Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае замыкания на землю любой части системы предохранитель или прерыватель какой-либо формы сделали систему безопасной. В системе TT высокое сопротивление контура заземления означает, что необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО). В других системах заземления это может быть покрыто обычными устройствами защиты от перегрузки по току.УЗО все еще можно использовать в таких системах, поскольку они могут защитить от небольших замыканий на землю, например, через человека.

    Частоты блока питания переменного тока по странам [править | править источник]

    Электрооборудование изготавливается производителем для использования на определенной частоте, как правило, 50 или 60 Гц или для обеих частот. Если указано для одной частоты, это оборудование не может и не должно использоваться на другой частоте из-за возгорания и, следовательно, причин пожара.

    Частота электросети зависит от страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60 Гц.Страны с частотой 60 герц: Американское Самоа, Антигуа и Барбуда, Аруба, Багамы, Белиз, Бермуды, Канада, Каймановы острова, Колумбия, Коста-Рика, Куба, Доминиканская Республика, Сальвадор, Французская Полинезия, Гуам, Гватемала, Гайана, Гаити, Гондурас, Южная Корея, Маршалловы острова, Мексика, Микронезия, Монтсеррат, Никарагуа, Северные Марианские острова, Палау, Панама, Перу, Филиппины, Пуэрто-Рико, Сент-Китс и Невис, Суринам, Тайвань, Тринидад и Тобаго, Острова Теркс и Кайкос, Соединенные Штаты. Штаты, Венесуэла, Виргинские острова (U.С.), Остров Уэйк. [1]

    В следующих странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц: Бахрейн, Бразилия (в основном 60 Гц), Япония (60 Гц используется в западных префектурах), Либерия (теперь официально 50 Гц, ранее 60 Гц. и многие независимые электростанции с частотой 60 Гц все еще существуют). [2]

    См. Также Список стран, в которых есть вилки сетевого питания, напряжение и частота.

    В очень ранних схемах генерации переменного тока использовались произвольные частоты, основанные на удобстве конструкции парового двигателя, водяной турбины и генератора, поскольку частота не была критичной для ламп накаливания.В различных системах использовались частоты от 16 2/3 Гц до 133 Гц, при этом более низкие частоты были предпочтительны там, где нагрузки в основном состоят из двигателей, а более высокие частоты предпочитались для уменьшения мерцания освещения. Например, в городе Ковентри, Англия, в 1895 году была уникальная однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая использовалась до 1906. Когда асинхронные двигатели стали обычным явлением, стало важно стандартизировать частоту для совместимости с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить генерирующие установки в сеть для экономии и безопасности работы.

    Принято считать, что Никола Тесла выбрал 60 герц как самую низкую частоту, при которой уличное освещение не мерцает заметно. Происхождение частоты 50 Гц, используемой в других частях света, открыто для обсуждения, но, вероятно, это округление 60 Гц до структуры 1-2-5-10, называемой набором предпочтительных чисел, популярным в метрической системе. стандарты.

    Другие частоты были довольно распространены в первой половине 20-го века и используются в отдельных случаях сегодня, часто привязанные к системе 60 Гц через вращающийся преобразователь или статический преобразователь частоты инвертора.Электроэнергия 25 Гц использовалась в Онтарио, Квебеке, на севере США, а также для электрификации железных дорог. В 1950-х годах большая часть этой электрической системы, от генераторов до бытовых приборов, была преобразована и стандартизирована на 60 Гц. Около 25 Гц генераторы все еще существуют на электростанциях Beck 1 и Rankine около Ниагарского водопада для обеспечения энергией крупных промышленных потребителей, которые не хотели заменять существующее оборудование; и около 25 Гц двигателей в насосах для паводковых вод Нового Орлеана [3]. Низкая частота упрощает конструкцию низкоскоростных электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких приложений, как железные дороги, но также вызывает заметное мерцание ламп накаливания и нежелательное мерцание люминесцентных ламп.Мощность 16,67 Гц (1/3 частоты сети) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, например, в Швеции и Швейцарии.

    В оффшорной, текстильной, морской, компьютерной, авиационной и космической отраслях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя.

    Приборы с питанием от переменного тока могут издавать характерный гул на частотах, кратных используемым ими переменным токам. Большинство стран выбрали свой телевизионный стандарт, соответствующий (или, по крайней мере, приблизительно) частоте их электросети.Это помогает предотвратить появление нефильтрованного гула линии электропередач и магнитных помех, вызывающих видимые частоты биений на отображаемом изображении.

    Математика переменного напряжения [править | править источник]

    Синусоидальная волна, 360 градусов за один цикл

    Переменные токи обычно связаны с переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

    где

    A — это амплитуда в вольтах (также называемая пиковым напряжением ),
    ω — угловая частота в радианах в секунду, а
    t — время в секундах.

    Поскольку угловая частота представляет больший интерес для математиков, чем для инженеров, ее обычно переписывают так:

    где

    f — частота в герцах.

    Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение sin ( x ) равно +1, а минимальное значение — -1, напряжение переменного тока колеблется между + A и — A .Размах напряжения, записанный как В P-P , следовательно, составляет (+ A ) — (- A ) = 2 × A .

    В распределительной сети напряжение переменного тока почти всегда задается как среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), записанное в формате В действующее значение .

    Для информации в Великобритании используется питание 240 В переменного тока (следует отметить, что в настоящее время в Великобритании официально составляет 230 В + 10% –6%, но на самом деле в большинстве случаев напряжения все еще ближе к 240 В, чем 230 В).Он так называется, потому что его действующее значение составляет (по крайней мере номинально) 240 В. Это означает, что он имеет такой же эффект нагрева, что и 240 В постоянного тока.

    Европейский Союз (включая Великобританию) официально согласовал поставку 230 В, 50 Гц. Однако они сделали диапазоны допусков очень широкими — ± 10%. Некоторые страны фактически устанавливают более строгие стандарты, чем этот, например, Великобритания устанавливает 230 В + 10% -6%. Таким образом, большинство расходных материалов по старым стандартам соответствуют новым и не нуждаются в замене.

    • « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • « AC-DC: внутри генератора переменного тока ». Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим схемам: Том II — AC ». 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
    • Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
    • « Переменный ток (AC) «.Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
    • « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
    • « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
    • « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ». Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
    • Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «. JC Physics, 2002.
    • .
    • « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
    • « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
    • Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
    • 50/60 Гц, информация
    • Цепи переменного тока Анимации и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC

    Переменный ток | Инжиниринг | Fandom

    Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока, где направление тока остается постоянным.Обычная форма волны в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна, так как это обеспечивает наиболее эффективную передачу энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, такие как треугольные или прямоугольные волны.

    В общем, AC относится к форме, в которой электричество доставляется на предприятия и жилые дома. Однако аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

    Уильям Стэнли-младший разработал одну из первых практических катушек для выработки переменного тока. Его конструкция была ранним предшественником современного трансформатора, названного индукционной катушкой. С 1881 по 1889 год система, используемая сегодня, была разработана Николя Тесла, Джорджем Вестингаузом, Люсьеном Голларом, Джоном Гиббсом и Оливером Шалленджером. Эти системы преодолели ограничения, накладываемые использованием постоянного тока, как это было обнаружено в системе, которую Томас Эдисон впервые использовал для коммерческого распределения электроэнергии.

    Первая передача переменного тока на большие расстояния произошла в 1891 году недалеко от Теллурида, штат Колорадо, а через несколько месяцев в Германии. Томас Эдисон решительно выступал за использование постоянного тока (DC), имея множество патентов на эту технологию, но в конечном итоге переменный ток стал широко использоваться (см. «Война токов»). Чарльз Протеус Стейнмец из General Electric решил многие проблемы, связанные с производством и передачей электроэнергии с использованием переменного тока.

    Распределение и бытовое электроснабжение [править | править источник]

    Основная статья: Распределение электроэнергии

    Напряжение переменного тока может повышаться или понижаться трансформатором до другого напряжения. Высоковольтные системы передачи электроэнергии постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии. Однако они, как правило, более дорогие и менее эффективные, чем трансформаторы, или не существовали, когда Эдисон, Вестингауз и Тесла проектировали свои системы питания.

    Использование более высокого напряжения приводит к более эффективной передаче энергии. Потери мощности в проводнике являются произведением квадрата силы тока и сопротивления проводника, описываемого формулой. Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток удвоится, потери мощности будут в четыре раза больше. Поскольку передаваемая мощность равна произведению тока, напряжения и косинуса разности фаз φ (), то же количество мощности может передаваться с меньшим током за счет увеличения напряжения.Поэтому при передаче больших объемов мощности выгодно распределять мощность с помощью чрезвычайно высоких напряжений (иногда до сотен киловольт). Однако высокое напряжение также имеет недостатки, главными из которых являются повышенная опасность для любого, кто соприкасается с ними, требуется дополнительная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними. На электростанции напряжение генерируется на трехфазном низком напряжении с частотой 50 или 60 Гц, повышается до высокого напряжения для распределения и понижается с нейтралью до относительно низкого уровня для потребителя. обычно от 200 до 500 В между фазами и от 100 до 250 В между каждой фазой и нейтралью.

    Трехфазное производство электроэнергии очень распространено и является более эффективным использованием коммерческих генераторов. Электрическая энергия вырабатывается вращением катушки внутри магнитного поля в больших генераторах с высокими капитальными затратами. Однако относительно просто и экономично включить в статор генератора три отдельные катушки (вместо одной). Эти наборы катушек физически разделены и расположены под углом 120 ° друг к другу. Формируются три формы волны тока, которые не совпадают по фазе на 120 ° друг с другом, но имеют одинаковую величину.

    Трехфазные системы спроектированы таким образом, что они сбалансированы по нагрузке; если нагрузка правильно сбалансирована, в нейтральной точке не будет протекать ток. Кроме того, даже в наихудшем случае несбалансированной (линейной) нагрузки ток нейтрали не будет превышать наибольший из фазных токов. Для трехфазных при низких (нормальных сетевых) напряжениях обычно используется четырехпроводная система, подобная этой, что снижает требования к кабелям на одну треть по сравнению с использованием отдельной нейтрали для каждой фазы. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником первичной обмотки и вторичной звездой, поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания.

    Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль передаются в собственность. Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главную плату. От трехфазной главной платы могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи (а в некоторых случаях также отключаются цепи с двумя фазами (не путать с двухфазными) и нейтралью).

    Трехпроводные однофазные системы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке.Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине. Малые электроинструменты и освещение должны питаться от местного трансформатора с центральным ответвлением с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняя приемлемое напряжение для работы инструментов.

    Третий провод обычно (должен быть всегда , но есть много старых, несовместимых или сторонних установок, где это не так) подключен между отдельными электрическими приборами в доме и основным потребительским блоком или распределительным щитом .Третий провод известен в Великобритании и большинстве других англоязычных стран как провод заземления , но в (англоговорящей) Северной Америке это провод заземления . То, что происходит с заземляющим проводом перед основной платой, меняется, но есть три основных возможности, которые перечислены здесь под их европейскими названиями:

    • TT (земля потребителя вообще не подключена к нейтрали)
    • TN-S (нейтраль и земля отдельно от нейтрали трансформатора)
    • TN-C-S (нейтраль и земля соединены на входе).

    Существует также TN-C, где нейтраль и земля соединяются прямо во время установки, но это гораздо менее распространено, чем другие, и требует специальных процедур для обеспечения безопасности.

    Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае замыкания на землю любой части системы предохранитель или прерыватель какой-либо формы сделали систему безопасной. В системе TT высокое сопротивление контура заземления означает, что необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО). В других системах заземления это может быть покрыто обычными устройствами защиты от перегрузки по току.УЗО все еще можно использовать в таких системах, поскольку они могут защитить от небольших замыканий на землю, например, через человека.

    Частоты блока питания переменного тока по странам [править | править источник]

    Электрооборудование изготавливается производителем для использования на определенной частоте, как правило, 50 или 60 Гц или для обеих частот. Если указано для одной частоты, это оборудование не может и не должно использоваться на другой частоте из-за возгорания и, следовательно, причин пожара.

    Частота электросети зависит от страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60 Гц.Страны с частотой 60 герц: Американское Самоа, Антигуа и Барбуда, Аруба, Багамы, Белиз, Бермуды, Канада, Каймановы острова, Колумбия, Коста-Рика, Куба, Доминиканская Республика, Сальвадор, Французская Полинезия, Гуам, Гватемала, Гайана, Гаити, Гондурас, Южная Корея, Маршалловы острова, Мексика, Микронезия, Монтсеррат, Никарагуа, Северные Марианские острова, Палау, Панама, Перу, Филиппины, Пуэрто-Рико, Сент-Китс и Невис, Суринам, Тайвань, Тринидад и Тобаго, Острова Теркс и Кайкос, Соединенные Штаты. Штаты, Венесуэла, Виргинские острова (U.С.), Остров Уэйк. [1]

    В следующих странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц: Бахрейн, Бразилия (в основном 60 Гц), Япония (60 Гц используется в западных префектурах), Либерия (теперь официально 50 Гц, ранее 60 Гц. и многие независимые электростанции с частотой 60 Гц все еще существуют). [2]

    См. Также Список стран, в которых есть вилки сетевого питания, напряжение и частота.

    В очень ранних схемах генерации переменного тока использовались произвольные частоты, основанные на удобстве конструкции парового двигателя, водяной турбины и генератора, поскольку частота не была критичной для ламп накаливания.В различных системах использовались частоты от 16 2/3 Гц до 133 Гц, при этом более низкие частоты были предпочтительны там, где нагрузки в основном состоят из двигателей, а более высокие частоты предпочитались для уменьшения мерцания освещения. Например, в городе Ковентри, Англия, в 1895 году была уникальная однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая использовалась до 1906. Когда асинхронные двигатели стали обычным явлением, стало важно стандартизировать частоту для совместимости с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить генерирующие установки в сеть для экономии и безопасности работы.

    Принято считать, что Никола Тесла выбрал 60 герц как самую низкую частоту, при которой уличное освещение не мерцает заметно. Происхождение частоты 50 Гц, используемой в других частях света, открыто для обсуждения, но, вероятно, это округление 60 Гц до структуры 1-2-5-10, называемой набором предпочтительных чисел, популярным в метрической системе. стандарты.

    Другие частоты были довольно распространены в первой половине 20-го века и используются в отдельных случаях сегодня, часто привязанные к системе 60 Гц через вращающийся преобразователь или статический преобразователь частоты инвертора.Электроэнергия 25 Гц использовалась в Онтарио, Квебеке, на севере США, а также для электрификации железных дорог. В 1950-х годах большая часть этой электрической системы, от генераторов до бытовых приборов, была преобразована и стандартизирована на 60 Гц. Около 25 Гц генераторы все еще существуют на электростанциях Beck 1 и Rankine около Ниагарского водопада для обеспечения энергией крупных промышленных потребителей, которые не хотели заменять существующее оборудование; и около 25 Гц двигателей в насосах для паводковых вод Нового Орлеана [3]. Низкая частота упрощает конструкцию низкоскоростных электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких приложений, как железные дороги, но также вызывает заметное мерцание ламп накаливания и нежелательное мерцание люминесцентных ламп.Мощность 16,67 Гц (1/3 частоты сети) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, например, в Швеции и Швейцарии.

    В оффшорной, текстильной, морской, компьютерной, авиационной и космической отраслях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя.

    Приборы с питанием от переменного тока могут издавать характерный гул на частотах, кратных используемым ими переменным токам. Большинство стран выбрали свой телевизионный стандарт, соответствующий (или, по крайней мере, приблизительно) частоте их электросети.Это помогает предотвратить появление нефильтрованного гула линии электропередач и магнитных помех, вызывающих видимые частоты биений на отображаемом изображении.

    Математика переменного напряжения [править | править источник]

    Синусоидальная волна, 360 градусов за один цикл

    Переменные токи обычно связаны с переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

    где

    A — это амплитуда в вольтах (также называемая пиковым напряжением ),
    ω — угловая частота в радианах в секунду, а
    t — время в секундах.

    Поскольку угловая частота представляет больший интерес для математиков, чем для инженеров, ее обычно переписывают так:

    где

    f — частота в герцах.

    Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение sin ( x ) равно +1, а минимальное значение — -1, напряжение переменного тока колеблется между + A и — A .Размах напряжения, записанный как В P-P , следовательно, составляет (+ A ) — (- A ) = 2 × A .

    В распределительной сети напряжение переменного тока почти всегда задается как среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), записанное в формате В действующее значение .

    Для информации в Великобритании используется питание 240 В переменного тока (следует отметить, что в настоящее время в Великобритании официально составляет 230 В + 10% –6%, но на самом деле в большинстве случаев напряжения все еще ближе к 240 В, чем 230 В).Он так называется, потому что его действующее значение составляет (по крайней мере номинально) 240 В. Это означает, что он имеет такой же эффект нагрева, что и 240 В постоянного тока.

    Европейский Союз (включая Великобританию) официально согласовал поставку 230 В, 50 Гц. Однако они сделали диапазоны допусков очень широкими — ± 10%. Некоторые страны фактически устанавливают более строгие стандарты, чем этот, например, Великобритания устанавливает 230 В + 10% -6%. Таким образом, большинство расходных материалов по старым стандартам соответствуют новым и не нуждаются в замене.

    • « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • « AC-DC: внутри генератора переменного тока ». Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим схемам: Том II — AC ». 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
    • Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
    • « Переменный ток (AC) «.Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
    • « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
    • « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
    • « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ». Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
    • Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «. JC Physics, 2002.
    • .
    • « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
    • « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
    • Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
    • 50/60 Гц, информация
    • Цепи переменного тока Анимации и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC

    Переменный ток | Инжиниринг | Fandom

    Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока, где направление тока остается постоянным.Обычная форма волны в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна, так как это обеспечивает наиболее эффективную передачу энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, такие как треугольные или прямоугольные волны.

    В общем, AC относится к форме, в которой электричество доставляется на предприятия и жилые дома. Однако аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

    Уильям Стэнли-младший разработал одну из первых практических катушек для выработки переменного тока. Его конструкция была ранним предшественником современного трансформатора, названного индукционной катушкой. С 1881 по 1889 год система, используемая сегодня, была разработана Николя Тесла, Джорджем Вестингаузом, Люсьеном Голларом, Джоном Гиббсом и Оливером Шалленджером. Эти системы преодолели ограничения, накладываемые использованием постоянного тока, как это было обнаружено в системе, которую Томас Эдисон впервые использовал для коммерческого распределения электроэнергии.

    Первая передача переменного тока на большие расстояния произошла в 1891 году недалеко от Теллурида, штат Колорадо, а через несколько месяцев в Германии. Томас Эдисон решительно выступал за использование постоянного тока (DC), имея множество патентов на эту технологию, но в конечном итоге переменный ток стал широко использоваться (см. «Война токов»). Чарльз Протеус Стейнмец из General Electric решил многие проблемы, связанные с производством и передачей электроэнергии с использованием переменного тока.

    Распределение и бытовое электроснабжение [править | править источник]

    Основная статья: Распределение электроэнергии

    Напряжение переменного тока может повышаться или понижаться трансформатором до другого напряжения. Высоковольтные системы передачи электроэнергии постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии. Однако они, как правило, более дорогие и менее эффективные, чем трансформаторы, или не существовали, когда Эдисон, Вестингауз и Тесла проектировали свои системы питания.

    Использование более высокого напряжения приводит к более эффективной передаче энергии. Потери мощности в проводнике являются произведением квадрата силы тока и сопротивления проводника, описываемого формулой. Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток удвоится, потери мощности будут в четыре раза больше. Поскольку передаваемая мощность равна произведению тока, напряжения и косинуса разности фаз φ (), то же количество мощности может передаваться с меньшим током за счет увеличения напряжения.Поэтому при передаче больших объемов мощности выгодно распределять мощность с помощью чрезвычайно высоких напряжений (иногда до сотен киловольт). Однако высокое напряжение также имеет недостатки, главными из которых являются повышенная опасность для любого, кто соприкасается с ними, требуется дополнительная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними. На электростанции напряжение генерируется на трехфазном низком напряжении с частотой 50 или 60 Гц, повышается до высокого напряжения для распределения и понижается с нейтралью до относительно низкого уровня для потребителя. обычно от 200 до 500 В между фазами и от 100 до 250 В между каждой фазой и нейтралью.

    Трехфазное производство электроэнергии очень распространено и является более эффективным использованием коммерческих генераторов. Электрическая энергия вырабатывается вращением катушки внутри магнитного поля в больших генераторах с высокими капитальными затратами. Однако относительно просто и экономично включить в статор генератора три отдельные катушки (вместо одной). Эти наборы катушек физически разделены и расположены под углом 120 ° друг к другу. Формируются три формы волны тока, которые не совпадают по фазе на 120 ° друг с другом, но имеют одинаковую величину.

    Трехфазные системы спроектированы таким образом, что они сбалансированы по нагрузке; если нагрузка правильно сбалансирована, в нейтральной точке не будет протекать ток. Кроме того, даже в наихудшем случае несбалансированной (линейной) нагрузки ток нейтрали не будет превышать наибольший из фазных токов. Для трехфазных при низких (нормальных сетевых) напряжениях обычно используется четырехпроводная система, подобная этой, что снижает требования к кабелям на одну треть по сравнению с использованием отдельной нейтрали для каждой фазы. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником первичной обмотки и вторичной звездой, поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания.

    Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль передаются в собственность. Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главную плату. От трехфазной главной платы могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи (а в некоторых случаях также отключаются цепи с двумя фазами (не путать с двухфазными) и нейтралью).

    Трехпроводные однофазные системы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке.Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине. Малые электроинструменты и освещение должны питаться от местного трансформатора с центральным ответвлением с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняя приемлемое напряжение для работы инструментов.

    Третий провод обычно (должен быть всегда , но есть много старых, несовместимых или сторонних установок, где это не так) подключен между отдельными электрическими приборами в доме и основным потребительским блоком или распределительным щитом .Третий провод известен в Великобритании и большинстве других англоязычных стран как провод заземления , но в (англоговорящей) Северной Америке это провод заземления . То, что происходит с заземляющим проводом перед основной платой, меняется, но есть три основных возможности, которые перечислены здесь под их европейскими названиями:

    • TT (земля потребителя вообще не подключена к нейтрали)
    • TN-S (нейтраль и земля отдельно от нейтрали трансформатора)
    • TN-C-S (нейтраль и земля соединены на входе).

    Существует также TN-C, где нейтраль и земля соединяются прямо во время установки, но это гораздо менее распространено, чем другие, и требует специальных процедур для обеспечения безопасности.

    Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае замыкания на землю любой части системы предохранитель или прерыватель какой-либо формы сделали систему безопасной. В системе TT высокое сопротивление контура заземления означает, что необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО). В других системах заземления это может быть покрыто обычными устройствами защиты от перегрузки по току.УЗО все еще можно использовать в таких системах, поскольку они могут защитить от небольших замыканий на землю, например, через человека.

    Частоты блока питания переменного тока по странам [править | править источник]

    Электрооборудование изготавливается производителем для использования на определенной частоте, как правило, 50 или 60 Гц или для обеих частот. Если указано для одной частоты, это оборудование не может и не должно использоваться на другой частоте из-за возгорания и, следовательно, причин пожара.

    Частота электросети зависит от страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60 Гц.Страны с частотой 60 герц: Американское Самоа, Антигуа и Барбуда, Аруба, Багамы, Белиз, Бермуды, Канада, Каймановы острова, Колумбия, Коста-Рика, Куба, Доминиканская Республика, Сальвадор, Французская Полинезия, Гуам, Гватемала, Гайана, Гаити, Гондурас, Южная Корея, Маршалловы острова, Мексика, Микронезия, Монтсеррат, Никарагуа, Северные Марианские острова, Палау, Панама, Перу, Филиппины, Пуэрто-Рико, Сент-Китс и Невис, Суринам, Тайвань, Тринидад и Тобаго, Острова Теркс и Кайкос, Соединенные Штаты. Штаты, Венесуэла, Виргинские острова (U.С.), Остров Уэйк. [1]

    В следующих странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц: Бахрейн, Бразилия (в основном 60 Гц), Япония (60 Гц используется в западных префектурах), Либерия (теперь официально 50 Гц, ранее 60 Гц. и многие независимые электростанции с частотой 60 Гц все еще существуют). [2]

    См. Также Список стран, в которых есть вилки сетевого питания, напряжение и частота.

    В очень ранних схемах генерации переменного тока использовались произвольные частоты, основанные на удобстве конструкции парового двигателя, водяной турбины и генератора, поскольку частота не была критичной для ламп накаливания.В различных системах использовались частоты от 16 2/3 Гц до 133 Гц, при этом более низкие частоты были предпочтительны там, где нагрузки в основном состоят из двигателей, а более высокие частоты предпочитались для уменьшения мерцания освещения. Например, в городе Ковентри, Англия, в 1895 году была уникальная однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая использовалась до 1906. Когда асинхронные двигатели стали обычным явлением, стало важно стандартизировать частоту для совместимости с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить генерирующие установки в сеть для экономии и безопасности работы.

    Принято считать, что Никола Тесла выбрал 60 герц как самую низкую частоту, при которой уличное освещение не мерцает заметно. Происхождение частоты 50 Гц, используемой в других частях света, открыто для обсуждения, но, вероятно, это округление 60 Гц до структуры 1-2-5-10, называемой набором предпочтительных чисел, популярным в метрической системе. стандарты.

    Другие частоты были довольно распространены в первой половине 20-го века и используются в отдельных случаях сегодня, часто привязанные к системе 60 Гц через вращающийся преобразователь или статический преобразователь частоты инвертора.Электроэнергия 25 Гц использовалась в Онтарио, Квебеке, на севере США, а также для электрификации железных дорог. В 1950-х годах большая часть этой электрической системы, от генераторов до бытовых приборов, была преобразована и стандартизирована на 60 Гц. Около 25 Гц генераторы все еще существуют на электростанциях Beck 1 и Rankine около Ниагарского водопада для обеспечения энергией крупных промышленных потребителей, которые не хотели заменять существующее оборудование; и около 25 Гц двигателей в насосах для паводковых вод Нового Орлеана [3]. Низкая частота упрощает конструкцию низкоскоростных электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких приложений, как железные дороги, но также вызывает заметное мерцание ламп накаливания и нежелательное мерцание люминесцентных ламп.Мощность 16,67 Гц (1/3 частоты сети) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, например, в Швеции и Швейцарии.

    В оффшорной, текстильной, морской, компьютерной, авиационной и космической отраслях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя.

    Приборы с питанием от переменного тока могут издавать характерный гул на частотах, кратных используемым ими переменным токам. Большинство стран выбрали свой телевизионный стандарт, соответствующий (или, по крайней мере, приблизительно) частоте их электросети.Это помогает предотвратить появление нефильтрованного гула линии электропередач и магнитных помех, вызывающих видимые частоты биений на отображаемом изображении.

    Математика переменного напряжения [править | править источник]

    Синусоидальная волна, 360 градусов за один цикл

    Переменные токи обычно связаны с переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

    где

    A — это амплитуда в вольтах (также называемая пиковым напряжением ),
    ω — угловая частота в радианах в секунду, а
    t — время в секундах.

    Поскольку угловая частота представляет больший интерес для математиков, чем для инженеров, ее обычно переписывают так:

    где

    f — частота в герцах.

    Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение sin ( x ) равно +1, а минимальное значение — -1, напряжение переменного тока колеблется между + A и — A .Размах напряжения, записанный как В P-P , следовательно, составляет (+ A ) — (- A ) = 2 × A .

    В распределительной сети напряжение переменного тока почти всегда задается как среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), записанное в формате В действующее значение .

    Для информации в Великобритании используется питание 240 В переменного тока (следует отметить, что в настоящее время в Великобритании официально составляет 230 В + 10% –6%, но на самом деле в большинстве случаев напряжения все еще ближе к 240 В, чем 230 В).Он так называется, потому что его действующее значение составляет (по крайней мере номинально) 240 В. Это означает, что он имеет такой же эффект нагрева, что и 240 В постоянного тока.

    Европейский Союз (включая Великобританию) официально согласовал поставку 230 В, 50 Гц. Однако они сделали диапазоны допусков очень широкими — ± 10%. Некоторые страны фактически устанавливают более строгие стандарты, чем этот, например, Великобритания устанавливает 230 В + 10% -6%. Таким образом, большинство расходных материалов по старым стандартам соответствуют новым и не нуждаются в замене.

    • « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • « AC-DC: внутри генератора переменного тока ». Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим схемам: Том II — AC ». 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
    • Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
    • « Переменный ток (AC) «.Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
    • « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
    • « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
    • « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ». Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
    • Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «. JC Physics, 2002.
    • .
    • « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
    • « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
    • Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
    • 50/60 Гц, информация
    • Цепи переменного тока Анимации и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC

    Переменный ток | Инжиниринг | Fandom

    Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока, где направление тока остается постоянным.Обычная форма волны в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна, так как это обеспечивает наиболее эффективную передачу энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, такие как треугольные или прямоугольные волны.

    В общем, AC относится к форме, в которой электричество доставляется на предприятия и жилые дома. Однако аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

    Уильям Стэнли-младший разработал одну из первых практических катушек для выработки переменного тока. Его конструкция была ранним предшественником современного трансформатора, названного индукционной катушкой. С 1881 по 1889 год система, используемая сегодня, была разработана Николя Тесла, Джорджем Вестингаузом, Люсьеном Голларом, Джоном Гиббсом и Оливером Шалленджером. Эти системы преодолели ограничения, накладываемые использованием постоянного тока, как это было обнаружено в системе, которую Томас Эдисон впервые использовал для коммерческого распределения электроэнергии.

    Первая передача переменного тока на большие расстояния произошла в 1891 году недалеко от Теллурида, штат Колорадо, а через несколько месяцев в Германии. Томас Эдисон решительно выступал за использование постоянного тока (DC), имея множество патентов на эту технологию, но в конечном итоге переменный ток стал широко использоваться (см. «Война токов»). Чарльз Протеус Стейнмец из General Electric решил многие проблемы, связанные с производством и передачей электроэнергии с использованием переменного тока.

    Распределение и бытовое электроснабжение [править | править источник]

    Основная статья: Распределение электроэнергии

    Напряжение переменного тока может повышаться или понижаться трансформатором до другого напряжения. Высоковольтные системы передачи электроэнергии постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии. Однако они, как правило, более дорогие и менее эффективные, чем трансформаторы, или не существовали, когда Эдисон, Вестингауз и Тесла проектировали свои системы питания.

    Использование более высокого напряжения приводит к более эффективной передаче энергии. Потери мощности в проводнике являются произведением квадрата силы тока и сопротивления проводника, описываемого формулой. Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток удвоится, потери мощности будут в четыре раза больше. Поскольку передаваемая мощность равна произведению тока, напряжения и косинуса разности фаз φ (), то же количество мощности может передаваться с меньшим током за счет увеличения напряжения.Поэтому при передаче больших объемов мощности выгодно распределять мощность с помощью чрезвычайно высоких напряжений (иногда до сотен киловольт). Однако высокое напряжение также имеет недостатки, главными из которых являются повышенная опасность для любого, кто соприкасается с ними, требуется дополнительная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними. На электростанции напряжение генерируется на трехфазном низком напряжении с частотой 50 или 60 Гц, повышается до высокого напряжения для распределения и понижается с нейтралью до относительно низкого уровня для потребителя. обычно от 200 до 500 В между фазами и от 100 до 250 В между каждой фазой и нейтралью.

    Трехфазное производство электроэнергии очень распространено и является более эффективным использованием коммерческих генераторов. Электрическая энергия вырабатывается вращением катушки внутри магнитного поля в больших генераторах с высокими капитальными затратами. Однако относительно просто и экономично включить в статор генератора три отдельные катушки (вместо одной). Эти наборы катушек физически разделены и расположены под углом 120 ° друг к другу. Формируются три формы волны тока, которые не совпадают по фазе на 120 ° друг с другом, но имеют одинаковую величину.

    Трехфазные системы спроектированы таким образом, что они сбалансированы по нагрузке; если нагрузка правильно сбалансирована, в нейтральной точке не будет протекать ток. Кроме того, даже в наихудшем случае несбалансированной (линейной) нагрузки ток нейтрали не будет превышать наибольший из фазных токов. Для трехфазных при низких (нормальных сетевых) напряжениях обычно используется четырехпроводная система, подобная этой, что снижает требования к кабелям на одну треть по сравнению с использованием отдельной нейтрали для каждой фазы. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником первичной обмотки и вторичной звездой, поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания.

    Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль передаются в собственность. Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главную плату. От трехфазной главной платы могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи (а в некоторых случаях также отключаются цепи с двумя фазами (не путать с двухфазными) и нейтралью).

    Трехпроводные однофазные системы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке.Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине. Малые электроинструменты и освещение должны питаться от местного трансформатора с центральным ответвлением с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняя приемлемое напряжение для работы инструментов.

    Третий провод обычно (должен быть всегда , но есть много старых, несовместимых или сторонних установок, где это не так) подключен между отдельными электрическими приборами в доме и основным потребительским блоком или распределительным щитом .Третий провод известен в Великобритании и большинстве других англоязычных стран как провод заземления , но в (англоговорящей) Северной Америке это провод заземления . То, что происходит с заземляющим проводом перед основной платой, меняется, но есть три основных возможности, которые перечислены здесь под их европейскими названиями:

    • TT (земля потребителя вообще не подключена к нейтрали)
    • TN-S (нейтраль и земля отдельно от нейтрали трансформатора)
    • TN-C-S (нейтраль и земля соединены на входе).

    Существует также TN-C, где нейтраль и земля соединяются прямо во время установки, но это гораздо менее распространено, чем другие, и требует специальных процедур для обеспечения безопасности.

    Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае замыкания на землю любой части системы предохранитель или прерыватель какой-либо формы сделали систему безопасной. В системе TT высокое сопротивление контура заземления означает, что необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО). В других системах заземления это может быть покрыто обычными устройствами защиты от перегрузки по току.УЗО все еще можно использовать в таких системах, поскольку они могут защитить от небольших замыканий на землю, например, через человека.

    Частоты блока питания переменного тока по странам [править | править источник]

    Электрооборудование изготавливается производителем для использования на определенной частоте, как правило, 50 или 60 Гц или для обеих частот. Если указано для одной частоты, это оборудование не может и не должно использоваться на другой частоте из-за возгорания и, следовательно, причин пожара.

    Частота электросети зависит от страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60 Гц.Страны с частотой 60 герц: Американское Самоа, Антигуа и Барбуда, Аруба, Багамы, Белиз, Бермуды, Канада, Каймановы острова, Колумбия, Коста-Рика, Куба, Доминиканская Республика, Сальвадор, Французская Полинезия, Гуам, Гватемала, Гайана, Гаити, Гондурас, Южная Корея, Маршалловы острова, Мексика, Микронезия, Монтсеррат, Никарагуа, Северные Марианские острова, Палау, Панама, Перу, Филиппины, Пуэрто-Рико, Сент-Китс и Невис, Суринам, Тайвань, Тринидад и Тобаго, Острова Теркс и Кайкос, Соединенные Штаты. Штаты, Венесуэла, Виргинские острова (U.С.), Остров Уэйк. [1]

    В следующих странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц: Бахрейн, Бразилия (в основном 60 Гц), Япония (60 Гц используется в западных префектурах), Либерия (теперь официально 50 Гц, ранее 60 Гц. и многие независимые электростанции с частотой 60 Гц все еще существуют). [2]

    См. Также Список стран, в которых есть вилки сетевого питания, напряжение и частота.

    В очень ранних схемах генерации переменного тока использовались произвольные частоты, основанные на удобстве конструкции парового двигателя, водяной турбины и генератора, поскольку частота не была критичной для ламп накаливания.В различных системах использовались частоты от 16 2/3 Гц до 133 Гц, при этом более низкие частоты были предпочтительны там, где нагрузки в основном состоят из двигателей, а более высокие частоты предпочитались для уменьшения мерцания освещения. Например, в городе Ковентри, Англия, в 1895 году была уникальная однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая использовалась до 1906. Когда асинхронные двигатели стали обычным явлением, стало важно стандартизировать частоту для совместимости с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить генерирующие установки в сеть для экономии и безопасности работы.

    Принято считать, что Никола Тесла выбрал 60 герц как самую низкую частоту, при которой уличное освещение не мерцает заметно. Происхождение частоты 50 Гц, используемой в других частях света, открыто для обсуждения, но, вероятно, это округление 60 Гц до структуры 1-2-5-10, называемой набором предпочтительных чисел, популярным в метрической системе. стандарты.

    Другие частоты были довольно распространены в первой половине 20-го века и используются в отдельных случаях сегодня, часто привязанные к системе 60 Гц через вращающийся преобразователь или статический преобразователь частоты инвертора.Электроэнергия 25 Гц использовалась в Онтарио, Квебеке, на севере США, а также для электрификации железных дорог. В 1950-х годах большая часть этой электрической системы, от генераторов до бытовых приборов, была преобразована и стандартизирована на 60 Гц. Около 25 Гц генераторы все еще существуют на электростанциях Beck 1 и Rankine около Ниагарского водопада для обеспечения энергией крупных промышленных потребителей, которые не хотели заменять существующее оборудование; и около 25 Гц двигателей в насосах для паводковых вод Нового Орлеана [3]. Низкая частота упрощает конструкцию низкоскоростных электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких приложений, как железные дороги, но также вызывает заметное мерцание ламп накаливания и нежелательное мерцание люминесцентных ламп.Мощность 16,67 Гц (1/3 частоты сети) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, например, в Швеции и Швейцарии.

    В оффшорной, текстильной, морской, компьютерной, авиационной и космической отраслях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя.

    Приборы с питанием от переменного тока могут издавать характерный гул на частотах, кратных используемым ими переменным токам. Большинство стран выбрали свой телевизионный стандарт, соответствующий (или, по крайней мере, приблизительно) частоте их электросети.Это помогает предотвратить появление нефильтрованного гула линии электропередач и магнитных помех, вызывающих видимые частоты биений на отображаемом изображении.

    Математика переменного напряжения [править | править источник]

    Синусоидальная волна, 360 градусов за один цикл

    Переменные токи обычно связаны с переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

    где

    A — это амплитуда в вольтах (также называемая пиковым напряжением ),
    ω — угловая частота в радианах в секунду, а
    t — время в секундах.

    Поскольку угловая частота представляет больший интерес для математиков, чем для инженеров, ее обычно переписывают так:

    где

    f — частота в герцах.

    Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение sin ( x ) равно +1, а минимальное значение — -1, напряжение переменного тока колеблется между + A и — A .Размах напряжения, записанный как В P-P , следовательно, составляет (+ A ) — (- A ) = 2 × A .

    В распределительной сети напряжение переменного тока почти всегда задается как среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), записанное в формате В действующее значение .

    Для информации в Великобритании используется питание 240 В переменного тока (следует отметить, что в настоящее время в Великобритании официально составляет 230 В + 10% –6%, но на самом деле в большинстве случаев напряжения все еще ближе к 240 В, чем 230 В).Он так называется, потому что его действующее значение составляет (по крайней мере номинально) 240 В. Это означает, что он имеет такой же эффект нагрева, что и 240 В постоянного тока.

    Европейский Союз (включая Великобританию) официально согласовал поставку 230 В, 50 Гц. Однако они сделали диапазоны допусков очень широкими — ± 10%. Некоторые страны фактически устанавливают более строгие стандарты, чем этот, например, Великобритания устанавливает 230 В + 10% -6%. Таким образом, большинство расходных материалов по старым стандартам соответствуют новым и не нуждаются в замене.

    • « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • « AC-DC: внутри генератора переменного тока ». Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
    • Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим схемам: Том II — AC ». 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
    • Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
    • « Переменный ток (AC) «.Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
    • « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
    • « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
    • « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ». Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
    • Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «. JC Physics, 2002.
    • .
    • « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
    • Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
    • « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
    • Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
    • 50/60 Гц, информация
    • Цепи переменного тока Анимации и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC

    Что такое переменный ток?

    ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК Что такое переменный ток?

    Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

    Переменный ток (AC) — это электрический ток, который периодически меняет свое направление, в отличие от постоянного (DC), который течет только в одном направлении, которое не может меняться спорадически.

    Связанные компании

    Переменный ток (AC) — это электрический ток, который периодически меняет направление, в отличие от постоянного тока (DC), который течет только в одном направлении.

    Большинство студентов, изучающих электротехнику и смежные предметы, начинают свое обучение с изучения постоянного тока. Это потому, что большая часть цифровой электроники, которую построят эти студенты, будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать переменные токи (AC) и их концепции, потому что он имеет множество полезных свойств и вариантов использования.

    Как вырабатываются переменные токи

    Переменный ток (зеленая кривая). Горизонтальная ось измеряет время; по вертикали, току или напряжению.

    (Источник: Public Domain)

    Хотя постоянный ток, однонаправленный поток электрического заряда, возможно, является одной из простейших концепций электротехники, это не единственный «тип» используемого электричества. И переменный, и постоянный ток описывают типы тока, протекающего в цепи. Многие источники электричества, в первую очередь электромеханические генераторы, вырабатывают переменный ток с напряжениями, которые меняют полярность, меняя полярность с положительной на отрицательную с течением времени.Генератор также может использоваться для преднамеренной генерации переменного тока.

    В генераторе переменного тока проволочная петля быстро раскручивается внутри магнитного поля. Это создает электрический ток по проводу. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Этот ток может периодически менять направление, и напряжение в цепи переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

    Переменный ток бывает нескольких форм, если напряжение и ток переменные.Если цепь переменного тока подключена к осциллографу и ее напряжение отображается в зависимости от времени, вы, вероятно, увидите несколько различных форм сигналов, таких как синусоидальный, квадратный и треугольный — синусоидальный сигнал является наиболее распространенной формой сигнала, а переменный ток в большинстве зданий, подключенных к электросети. имеют колебательное напряжение в форме синусоиды.

    Основной доклад на PCIM Digital Days 2021

    Не пропустите ключевой доклад «HVDC Grid Challenges Locks and Opportunities» от Седдика Бача, научного директора программы, SuperGrid Institute, на PCIM Digital Days с 3 по 7 мая 2021 года.

    Откройте для себя всю программу!

    Применение переменного тока

    Переменный ток чаще всего встречается в зданиях, подключенных к электросети, таких как дома и офисы. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно легко. При высоком напряжении более 110 кВ при передаче энергии теряется меньше энергии. При более высоких напряжениях генерируются более низкие токи, а более низкие токи выделяют меньше тепла в линии электропередачи из-за более низкого уровня сопротивления.Следовательно, это означает меньшие потери энергии в виде тепла. Переменный ток можно легко преобразовать в высокое напряжение и из него с помощью трансформаторов.

    Переменный ток можно легко преобразовать в высокое напряжение и из него с помощью трансформаторов.

    (Источник: Science ABC)

    Переменный ток также отлично подходит для использования в электродвигателях, потому что двигатели и генераторы — это одно и то же устройство. Единственная разница между генератором и двигателем заключается в том, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.Эти двигатели используются во всех видах бытовой техники, например, в холодильниках, стиральных и посудомоечных машинах. Хотя генераторы и двигатели великолепны, наиболее полезное применение переменного тока — это, пожалуй, трансформаторы.

    Эффект электромагнетизма (известный как «взаимная индукция»), когда две или более катушки провода размещаются так, что изменяющееся магнитное поле в одной катушке индуцирует напряжение в другой, можно использовать для создания устройства, называемого трансформатором. . Если есть две взаимно индуктивные катушки и одна питается переменным током, переменное напряжение будет создано в другой катушке.

    Вот где переменный ток становится очень полезным.

    Основное применение трансформатора — это повышение или понижение напряжения с катушки с питанием на катушку без питания. Это обеспечивает переменному току преимущество перед постоянным током в области распределения мощности, потому что, как упоминалось выше, передача электроэнергии на большие расстояния намного эффективнее при более высоких повышенных напряжениях и меньших пониженных токах. Прежде чем попасть в розетки, напряжение снова понижается, а ток снова повышается.

    Этот тип трансформаторной техники сделал распределение электроэнергии на большие расстояния эффективным и практичным. Без трансформаторов было бы слишком дорого строить энергосистемы в их нынешнем виде на большие расстояния. А поскольку взаимная индуктивность зависит от изменения магнитных полей, трансформаторы работают только с переменным током.

    Следуйте за нами в LinkedIn

    Вам понравилось читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних событий в отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

    Следуйте за нами здесь!

    (ID: 46380228)

    Основы переменного тока | Электротехника

    В этой статье мы обсудим следующее: 1. Значение переменного тока 2. Генерация переменной ЭДС 3. Синусоидальные величины (ЭДС, напряжение или ток) 4. Средние и эффективные (RMS) значения переменного напряжения и тока 5. Средние и Эффективные (среднеквадратичные) значения синусоидального тока и напряжения 6. Форм-фактор и пик-фактор синусоидальной волны и другие детали.

    Состав:

    1. Значение переменного тока
    2. Генерация переменной ЭДС
    3. Синусоидальные величины (ЭДС, напряжение или ток)
    4. Средние и действующие значения переменного напряжения и тока
    5. Средние и действующие значения синусоидального тока и напряжения
    6. Форм-фактор и пик-фактор синусоидальной волны
    7. Действующее значение, среднее значение, пик-фактор и форм-фактор полуволнового выпрямленного переменного тока
    8. Среднеквадратичные и средние значения переменного тока треугольной формы

    1.Значение переменного тока :

    Ток (или напряжение) называется переменным, если он периодически меняет направление на противоположное, а его величина претерпевает определенный цикл изменений в определенные промежутки времени. Каждый цикл переменного тока (или напряжения) состоит из двух полупериодов, в течение одного из которых ток (или напряжение) действует в одном направлении; в то время как во время другого в противоположном направлении. В более узком смысле переменный ток — это периодически изменяющийся ток, среднее значение которого за период равно нулю.

    Постоянный ток всегда течет в одном направлении, и его величина остается неизменной. Чтобы производить переменный ток через электрическую цепь, требуется источник, способный периодически реверсировать ЭДС (генератор переменного тока), в то время как для генерации постоянного тока в электрической цепи требуется источник, способный развивать постоянную ЭДС, такой как батарея или генератор постоянного тока. Графические изображения переменного и постоянного тока приведены на рис. 3.1 (а) и (б) соответственно.

    В настоящее время большая часть электроэнергии (почти вся), используемая для бытовых и коммерческих целей, вырабатывается в виде переменного тока. Фактически, почти все огромное количество электроэнергии, используемой во всем мире для всех мыслимых целей, вырабатывается генераторами переменного тока. Это не связано с каким-либо превосходством переменного тока над постоянным с точки зрения применимости для промышленного и бытового использования.

    На самом деле существуют определенные виды работ, для которых переменный ток не подходит и, следовательно, постоянный ток абсолютно необходим, например, для гальваники, зарядки аккумуляторных батарей, рафинирования меди, рафинирования алюминия, гальваники, производства промышленных газов электролизом. , муниципальная тяга и др.

    В некоторых энергетических приложениях двигатель переменного тока неудовлетворителен, например, для металлопрокатных станов, бумагоделательных машин, высокоскоростных безредукторных лифтов, автоматических станков и высокоскоростных печатных машин. Постоянный ток, необходимый для этих приложений, в настоящее время получают от источника переменного тока с помощью подходящих преобразователей или выпрямителей. Для освещения и обогрева одинаково пригодны постоянный и переменный ток.

    Причины производства электроэнергии в виде переменного тока приведены ниже:

    1.Генераторы переменного тока не имеют коммутатора и, следовательно, могут быть построены в виде очень больших блоков для работы на высоких скоростях, производящих высокое напряжение (до 11000 вольт), так что конструкция и эксплуатационные расходы на кВт являются низкими, в то время как мощность и напряжение генератора постоянного тока ограничены сравнительно низкими значениями.

    2. Переменный ток может генерироваться при сравнительно высоких напряжениях, его можно легко повышать и понижать с помощью статической машины, называемой трансформатором, что делает передачу и распределение электроэнергии экономичной.При постоянном токе использование трансформаторов невозможно.

    3. Асинхронный двигатель переменного тока дешевле по первоначальной стоимости и по техническому обслуживанию, поскольку он не имеет коммутатора и более эффективен, чем двигатель постоянного тока для работы с постоянной скоростью, поэтому желательно генерировать энергию в виде переменного тока.

    4. Высокая эффективность передачи переменного тока делает производство электроэнергии экономичным, поскольку она генерируется в больших количествах на одной станции и распределяется по большой территории.

    5. Распределительное устройство (например, переключатели, автоматические выключатели и т. Д.) Для системы переменного тока проще, чем требуется в системе постоянного тока.

    6. Стоимость обслуживания оборудования переменного тока меньше.


    2. Генерация переменной ЭДС :

    Мы знаем, что переменная ЭДС может создаваться либо вращением катушки в стационарном магнитном поле, как показано на рис. 3.2 (а), либо вращением магнитного поля внутри стационарной катушки, как показано на рис.3.2 (б). Генерируемая ЭДС в любом случае будет синусоидальной формы.

    Величина ЭДС, генерируемой в катушке, зависит от количества витков катушки, силы магнитного поля и скорости вращения катушки или магнитного поля. Первый метод используется в случае небольших генераторов переменного тока, а второй — для генераторов переменного тока большого размера.

    Теперь рассмотрим прямоугольную катушку из N витков, вращающуюся против часовой стрелки с угловой скоростью в корадиан в секунду в однородном магнитном поле, как показано на рис.3.3.

    Пусть отсчитывают время от момента совпадения плоскости катушки с осью X. В этот момент максимальный поток ɸ макс. соединяется с катушкой. Пусть катушка займет положение, показанное на рис. 3.3, после движения против часовой стрелки в течение t секунд.

    Угол θ, на который катушка повернулась за t секунд = ωt

    В этом положении составляющая потока вдоль перпендикуляра к плоскости катушки = ɸ max cos ωt.

    Следовательно, потокосцепления катушки в данный момент = количество витков на катушке × поток связи, т. Е. Мгновенные потокосцепления = N max max cos ωt

    Поскольку наведенная в катушке ЭДС равна скорости изменения потокосцеплений со знаком минус:

    Когда ωt = 0, sin ωt = 0, следовательно, наведенная ЭДС равна нулю, когда ωt = π / 2, sin π / 2 = 1, следовательно, наведенная ЭДС максимальна, что обозначается E max и равно до ɸ макс Н ω sin ωt

    Подставив ɸ max Nω = E max в уравнении.(3.1) имеем:

    Мгновенная ЭДС, e = E max sin ω t… (3,2)

    Таким образом, индуцированная ЭДС изменяется как синусоидальная функция временного угла ωt, и если наведенная ЭДС отображается в зависимости от времени, получается кривая формы синусоидальной волны, как показано на рис. 3.4. Такая ЭДС называется синусоидальной ЭДС. Синусоидальная кривая завершается, когда катушка вращается на угол 2π радиан.

    Индуцированная ЭДС e будет иметь максимальное значение, представленное E max , когда катушка повернулась на π / 2 радиан (или 90 °) против часовой стрелки от опорной оси (т.е.е., ось OX).


    3. Синусоидальный

    Величины (ЭДС, напряжение или ток) :

    Не случайно, что основная часть электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях по всему миру и распределяемой потребителям, оказывается в виде синусоидальных колебаний напряжения и тока.

    Использование синусоидальных напряжений и токов дает множество технических и экономических преимуществ. Например, станет известно, что использование синусоидальных напряжений, приложенных к соответствующим образом спроектированным катушкам, приводит к вращающемуся магнитному полю, которое способно выполнять работу.

    Фактически, именно этот принцип лежит в основе работы почти всех электродвигателей, используемых в бытовых приборах, и около 90% всех электродвигателей, используемых в коммерческих и промышленных приложениях. Хотя в таких устройствах могут использоваться другие формы сигналов, ни одна из них не приводит к работе, которая является столь же эффективной и экономичной, как та, которая достигается за счет использования синусоидальных величин.

    Другие преимущества использования синусоидальных напряжений и токов:

    1.Форма волны от поколения к использованию остается неизменной, если генерируется синусоидальная форма волны.

    2. Электромагнитный момент, развиваемый в трехфазных машинах (генераторы и двигатели) со сбалансированными трехфазными токами, является однородным (постоянным), поэтому в развиваемом моменте отсутствуют колебания и отсутствие шума при работе.

    3. Несинусоидальные напряжения, содержащие гармонические частоты, согласно анализу Фурье, вредны для системы из-за-

    (i) повышенные потери в генераторах, двигателях, трансформаторах, а также в системах передачи и распределения,

    (ii) Больше помех (шума) для близлежащих цепей связи,

    (iii) Резонанс может привести к перенапряжению или току во многих местах на пути от генерирующей станции до помещения потребителя, что может привести к повреждению оборудования и увеличению потерь, и

    (iv) Повышенный ток за счет конденсаторов для повышения коэффициента мощности.

    В практической электротехнике предполагается, что переменные напряжения и токи имеют синусоидальную форму, хотя могут немного отличаться от нее. Преимущество этого предположения в том, что вычисления становятся простыми. Можно отметить, что переменное напряжение и ток означают синусоидальные напряжение и ток, если не указано иное.

    Переменная ЭДС, подчиняющаяся синусоидальному закону (т. Е. Синусоидальная ЭДС), проиллюстрирована на рис. 3.4 и выражается в виде:

    e = E max sin ωt … (3.3)

    Где e — мгновенное значение переменной ЭДС (или напряжения), E max — максимальное значение переменной ЭДС (или напряжения), а ω — угловая скорость катушки.

    Вращающаяся катушка перемещается на угол 2π радиан за один цикл, поэтому угловая скорость ω = 2πf, где f — количество циклов, завершенных за секунду.

    Подставляя ω = 2π f в уравнение. (3.3) имеем:

    e = E макс. Sin 2πft… (3,4)

    Если переменная ЭДС (или напряжение), заданная формулой.(3.3) применяется к нагрузке, по цепи течет переменный ток, который также будет изменяться по синусоидальному закону, т. Е. По синусоидальному закону.

    Выражение для переменного тока имеет следующий вид:

    i = I max sin ωt = I max sin 2πft… (3,5)

    При условии, что нагрузка чисто резистивная.

    Построение синусоидального сигнала :

    Синусоидальную кривую можно нарисовать графически, как показано на рис.3.8. Нарисуйте круг радиуса, равного максимальному значению синусоидальной величины. Разделите окружность нарисованного круга на любое количество равных частей, скажем 12, и проведите горизонтальную линию AB (основание, на которой должна быть проведена синусоида), проходящую через центр круга.

    Разделите прямую AB на одинаковое количество равных частей, т. Е. 12, и пронумеруйте точки соответственно. Проведите перпендикулярные ординаты от каждой точки. Спроецируйте точки на окружности по горизонтали, чтобы они соответствовали перпендикулярным ординатам с соответствующими номерами.Проведите плавную кривую через эти точки. Кривая, нарисованная таким образом, будет иметь синусоидальную форму.


    4. Средние и эффективные (RMS) значения переменного напряжения и тока :

    В системе постоянного тока напряжение и ток постоянны, поэтому нет проблем с указанием их величины. Но в случае системы переменного тока переменное напряжение или ток меняется от момента к моменту, поэтому возникает проблема, как определить величину переменного напряжения или тока.Переменное напряжение или ток могут быть выражены через пиковое (максимальное) значение, среднее (среднее) значение или эффективное (среднеквадратичное) значение.

    При указании переменного напряжения или тока его пиковое или максимальное значение редко используется, потому что оно имеет это значение только дважды за каждый цикл. Кроме того, нельзя использовать среднее или среднее значение, потому что оно как положительное, так и отрицательное, поэтому среднее значение равно нулю.

    Хотя можно использовать среднее значение за полупериод, это не такой логичный выбор, как то, что мы найдем эффективное (виртуальное или среднеквадратичное) значение, которое связано с мощностью, развиваемой в сопротивлении переменным напряжением или током.

    Среднее значение переменного тока:

    Среднее (или среднее) значение переменного тока равно значению постоянного тока, который передает по любой цепи тот же заряд, который переносится этим переменным током в течение заданного времени.

    Поскольку в случае симметричного переменного тока (т. Е. Ток, два полупериода которого точно подобны, синусоидальный или несинусоидальный), среднее или среднее значение за полный цикл равно нулю, следовательно, для таких переменных величин среднее или среднее значение означает значение определяется путем взятия среднего мгновенных значений в течение полупериода или только одного чередования.Однако для несимметричного переменного тока, такого как полуволновой выпрямленный ток, среднее значение означает значение, определенное путем взятия среднего мгновенных значений за весь цикл.

    Среднее значение определяется путем измерения длин ряда эквидистантных ординат с последующим взятием их среднего значения, т. Е. I 1 , i 2 , i 3 … i n и т. Д., Которые являются средними ординатами.

    Используя интегральное исчисление, среднее (или среднее) значение функции f (t) за определенный интервал времени между t 1 и t 2 определяется по формуле:

    Любая функция, цикл которой повторяется непрерывно, независимо от формы волны, называется периодической функцией, например синусоидальной функцией, и ее среднее значение определяется по формуле:

    Где T — период периодической функции.

    В случае симметричного переменного тока, синусоидального или несинусоидального, среднее значение определяется как среднее значение одного полупериода или только одного чередования.

    Действующее значение или эффективное значение переменного тока:

    Действующее или действующее значение переменного тока или напряжения определяется тем постоянным током или напряжением, которые при протекании или приложении к данному сопротивлению в течение заданного времени выделяют такое же количество тепла, как и при протекании или приложении переменного тока или напряжения. к тому же-сопротивлению в то же время.

    Рассмотрим переменный ток формы волны, показанной на рис. 3.10, протекающий через резистор сопротивлением R Ом. Разделите основание одного чередования на n равных частей и пусть средние ординаты будут равны i 1 , i 2 , i 3 … i n . пр.

    Теперь, если I eff — эффективный ток, то тепло, выделяемое этим током за время T = I 2 eff RT джоулей. По определению эти два выражения равны —

    Следовательно, эффективное или виртуальное значение переменного тока или напряжения равно квадратному корню из среднего квадратов последовательных ординат, и поэтому оно известно как среднеквадратичное (действующее значение) значение.

    Используя интегральное исчисление, среднеквадратичное (среднеквадратичное) или эффективное значение переменной величины за период времени определяется по формуле:


    5. Средние и эффективные (RMS) значения синусоидального тока и напряжения :

    и. Среднее значение для синусоидального тока или напряжения:

    Среднее значение синусоидальной волны за полный цикл равно нулю.Следовательно, предполагается среднее значение за половину цикла.

    ii. Эффективное (среднеквадратичное) значение для синусоидального тока или напряжения:

    Синусоидальный переменный ток представлен как:


    6. Форм-фактор и пик-фактор синусоидальной волны:

    Форм-фактор:

    В некоторых случаях удобно сначала провести расчеты среднего значения ЭДС за полпериода, поэтому становится важным иметь какие-то средства связи этого среднего значения с эффективным или среднеквадратичным значением.Следовательно, необходимо знание форм-фактора, который определяется как отношение действующего значения к среднему или среднему значению периодической волны.

    Математически форм-фактор определяется соотношением:

    Пик-фактор:

    Знание пикового коэффициента переменного напряжения очень важно в связи с определением электрической прочности изоляции, поскольку диэлектрическое напряжение, возникающее в любом изоляционном материале, пропорционально максимальному значению приложенного к нему напряжения.

    Пик или пик или коэффициент амплитуды периодической волны определяется как отношение максимального или пикового значения к действующему или среднеквадратичному значению волны:


    7. Действующее значение, среднее значение, пик-фактор и форм-фактор полуволнового выпрямленного переменного тока:

    Полупериодный выпрямленный переменный ток — это ток, половина цикла которого подавлена, то есть ток, протекающий в течение половины времени в течение одного цикла.Это проиллюстрировано на рис. 3.16, где подавленный полупериод показан пунктиром.

    Для определения среднеквадратичных и средних значений такого переменного тока суммирование будет проводиться за период, в течение которого ток действительно течет, то есть от 0 до π, но будет усредняться для всего цикла, то есть от 0 до 2π.


    8. Среднеквадратичные и средние значения переменного тока треугольной формы:

    Пусть максимальное значение тока будет I max ампер.

    Так как I = I max при θ = π.

    Следовательно, выражение для мгновенного тока можно записать как:


    «Переменный ток» и «Постоянный ток» и его приложения

    «Переменный ток» и «Постоянный ток» описывает два типа протекания тока в цепи. В постоянном токе электрический заряд или ток течет в одном направлении. В переменном токе электрический заряд периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также иногда меняется на противоположное, потому что ток меняет направление. Большая часть цифровой электроники, которую вы создаете, используя постоянный ток. Тем не менее, некоторые концепции переменного тока легко понять. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы хотите подключить свой проект мелодии Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. У переменного тока также есть некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента, например, трансформатора, поэтому изначально мы должны выбрать средства переменного тока для передачи электроэнергии на большие расстояния.


    Что такое переменный ток (AC)

    Переменный ток означает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. Переменный ток используется для подачи энергии в дома, здания, офисы и т. Д.

    Генерация переменного тока

    Переменный ток может быть произведен с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.


    Генерация переменного тока

    Проволочная петля вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу.Вращение провода происходит от различных ресурсов, таких как паровая турбина, ветряная турбина, проточная вода и так далее. Поскольку провод периодически поворачивается и меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот небольшая анимация, показывающая этот принцип:

    Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы подключаем механические характеристики поршня, который перемещает воду по трубам вперед и назад (наш «переменный» ток).

    Формы сигналов

    Переменный ток может иметь несколько форм сигналов, если ток и напряжение чередуются.Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения, в течение длительного времени мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Синусоидальная волна — наиболее распространенный тип переменного тока. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

    Синусоидальная волна

    Другие формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну. Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике, а также используются для тестирования их работы.

    Прямоугольная волна

    Треугольная волна полезна для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

    Треугольная волна
    Описание синусоидальной волны

    Нам часто требуется описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: частоты, амплитуды и фазы.

    Рассматривая только напряжение, мы можем описать математическое уравнение синусоиды:

    V (t) = Vp sin (2πft + Ø)

    V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает что наше напряжение меняется со временем.

    VP — амплитуда. Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, означает, что наше напряжение может быть + VP вольт, -VP вольт.

    Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

    2π — постоянная, преобразующая частоту из циклов или герц в угловую частоту (радиан в секунду).

    f указывает частоту синусоидальной волны. Это указывается в герцах или единицах в секунду.

    t — наша зависимая переменная: время (измеряется в секундах). По мере того, как меняется время, наша форма волны меняется.

    φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360, которое измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

    Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение

    V (t) = 170 sin (2π60t)

    Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор для построения графика этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos.

    Приложения

    Домашние и офисные розетки почти всегда используются в сети переменного тока. Это связано с тем, что создание и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. При высоком напряжении, например, более 110 кВ, при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовать из высокого напряжения с помощью трансформаторов.

    AC также может приводить в действие электродвигатели.Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

    Что такое постоянный ток (DC)

    Постоянный ток означает однонаправленный поток электрического заряда. Он производится из таких источников, как батареи, источники питания, солнечные элементы, термопары или динамо-машины. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через изоляторы, полупроводники или вакуум, как в электронных или ионных пучках.

    Генерация постоянного тока

    Постоянный ток можно генерировать несколькими способами

    • Генератор переменного тока, подготовленный с помощью устройства, называемого «коммутатор», может производить постоянный ток
    • Преобразование переменного тока в постоянное с помощью устройства, называемого «выпрямителем»
    • Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи.

    Используя нашу аналогию с водой, можно сказать, что постоянный ток подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

    Генерация постоянного тока

    Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга.Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар пуст, вода больше не течет по трубам.

    Описание постоянного тока

    Постоянный ток определяется как «однонаправленный» ток; и ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться в течение длительного времени, поэтому направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, батарея обеспечивает 1,5 В, что можно описать математическим уравнением как:

    В (t) = 1.5V

    Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение

    График постоянного тока

    Приведенный выше график означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение с течением времени. На самом деле батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

    Приложения

    Все проекты в области электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC. Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока.Примеры электроники постоянного тока:

    • Сотовые телефоны
    • Фонари \
    • D&D Dice Gauntlet на базе LilyPad
    • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который преобразуется в постоянный ток)
    • Гибридные и электрические автомобили

    Таким образом, это все о том, что такое переменный ток, постоянный ток и их применения. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или любых электрических и электронных проектов, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже.

    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *