Τι είναι ο ορισμός του εναλλασσόμενου ρεύματος. Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. λήψη εναλλασσόμενου ρεύματος

Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ένα ρεύμα του οποίου η ισχύς και η κατεύθυνση αλλάζουν περιοδικά στο χρόνο. Η τεχνική χρησιμοποιεί ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που ποικίλλει σε ένα ημιτονοειδές. Παραλαβή εναλλασσόμενο ρεύμαμε βάση το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Στο σχ. 161 δείχνει σχηματικά την παραγωγή ημιτονοειδούς εναλλασσόμενου ρεύματος. Αριστερά στο διάγραμμα ΕΝΑφαίνεται: μαγνήτες (βόρεια Β και νότια Ν), κύκλοι δείχνουν διαφορετικές θέσεις του αγωγού στο μαγνητικό πεδίο. Σε αυτήν την περίπτωση, το σύμβολο συν (+) δείχνει ότι σε αυτή τη θέση το ρεύμα ρέει από εμάς πέρα ​​από το επίπεδο σχεδίασης και η τελεία (.) ότι το ρεύμα ρέει από το επίπεδο σχεδίασης προς εμάς.

Στο διάγραμμα του Σχ. 161, σιδείχνει τη μεταβολή της ισχύος και της κατεύθυνσης του ρεύματος στο εξωτερικό κύκλωμα ενός κλειστού αγωγού για μια πλήρη στροφή μεταξύ των πόλων των μαγνητών. Ο χρόνος απεικονίζεται κατά μήκος του οριζόντιου άξονα του γραφήματος και ο χρόνος κατά μήκος του κάθετος άξονας- τρέχουσες τιμές. Όπως προκύπτει από την καμπύλη του γραφήματος, η οποία είναι ημιτονοειδής, σε μια πλήρη στροφή, ανάλογα με τη γωνία στην οποία ο αγωγός διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, η τρέχουσα τιμή αλλάζει από μηδέν στο μέγιστο και σε πρόσημο - από συν στο πλην .

Το μηχάνημα που χρησιμοποιείται για την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος ονομάζεται εναλλάκτης, η αρχή του οποίου μπορεί να γίνει κατανοητή από τα ακόλουθα.

Εάν φτιάξετε έναν αγωγό σε μορφή πηνίου, τοποθετήστε τον ανάμεσα στους πόλους (Εικ. 161, V)και περιστρέψτε προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού, τότε το e θα προκληθεί σε αυτό. ε., που κατευθύνεται όταν περιστρέφεται κάτω από τον βόρειο πόλο από εμάς και όταν περιστρέφεται κάτω από τον νότιο πόλο - προς εμάς. Δεδομένου ότι οι πλευρές του πηνίου κινούνται εναλλάξ κάτω από τον βόρειο πόλο, μετά κάτω από τον νότιο πόλο και τέμνουν τις μαγνητικές γραμμές δύναμης σε διαφορετικές γωνίες, τότε π.χ. ε., που προκαλείται σε ένα πηνίο, θα αλλάξει σε τιμή και κατεύθυνση. Συνδέοντας τα άκρα του πηνίου σε δύο δακτυλίους επαφής που είναι απομονωμένοι μεταξύ τους και από τον άξονα και τοποθετώντας σταθερές βούρτσες συνδεδεμένες με το εξωτερικό κύκλωμα στους δακτυλίους, θα λάβουμε μια μεταβλητή π.χ. δ.σ., και θα ρέει εναλλασσόμενο ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα μεγέθη: περίοδος, συχνότητα, πλάτος.

Κάτω από την περίοδο κατανοήστε τη χρονική περίοδο κατά την οποία υπάρχει ένας πλήρης κύκλος τρεχουσών αλλαγών σε αξία και κατεύθυνση. Κάθε επόμενη τρέχουσα περίοδος είναι επανάληψη της προηγούμενης. Η περίοδος υποδεικνύεται με το γράμμα Τ(βλέπε εικ. 161, σι)και μερικές φορές εκφράζεται όχι σε χρόνο, αλλά σε μοίρες.

Συχνότητα είναι ο αριθμός των κύκλων των μεταβολών του ρεύματος στο χρόνο (περίοδοι 1 δευτερολέπτου). Συχνότητα - το αντίστροφο της περιόδου, συμβολίζεται με το γράμμα f, δηλαδή f \u003d 1 / T. Ως μονάδα συχνότητας λαμβάνεται το Hertz (Hz). Στην ΕΣΣΔ, η συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι 50 Hz.

Το πλάτος είναι η μεγαλύτερη από τις στιγμιαίες τιμές του ρεύματος, που φτάνει κατά τη διάρκεια της περιόδου. Όπως προκύπτει από το Σχ. 161, σι,σε μια περίοδο, το εναλλασσόμενο ρεύμα φτάνει την τιμή πλάτους δύο φορές.

Οι νόμοι του συνεχούς ρεύματος ισχύουν για κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος μόνο σε περιπτώσεις όπου αυτά τα κυκλώματα αποτελούνται από ενεργές αντιστάσεις λόγω της χρήσης λαμπτήρων πυρακτώσεως, ρεοστάτες. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις, το κύκλωμα AC, εκτός ενεργητική αντίσταση, περιέχει αυτοεπαγωγικά πηνία, περιελίξεις κινητήρα, πυκνωτές και άλλες συσκευές που εισάγουν το λεγόμενο " επαγωγική ηλεκτρική αντίσταση, επηρεάζοντας το ρεύμα στο κύκλωμα «εναλλασσόμενου ρεύματος», ως αποτέλεσμα του οποίου ο νόμος του Ohm με τη μορφή που εφαρμόζεται στο κύκλωμα συνεχούς ρεύματος δεν είναι έγκυρος για το κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος.

Για να βρείτε το ενεργό ρεύμα σε ένα μη διακλαδισμένο κύκλωμα AC, πρέπει να υπολογίσετε την σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις αντιστάσεις που περιλαμβάνονται σε αυτό. Στη γενική περίπτωση, εάν υπάρχει ενεργό R,επαγωγικός XLκαι χωρητικότητα X sη σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος AC καθορίζεται από τον τύπο

Στη συνέχεια, η πραγματική τιμή του ρεύματος στην τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος με αντιστάσεις συνδεδεμένες σε σειρά R, XLΚαι X sσε γνωστή τάση Uκαθορίζεται από τον τύπο

I = U/Z.

Αυτός ο τύπος έχει την ίδια σημασία με τον νόμο του Ohm για ένα κύκλωμα DC. Εάν συμπεριλάβετε ένα αμπερόμετρο σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, θα εμφανίσει την τιμή. 1,4 φορές μικρότερο ρεύμα πλάτους. Αυτή η τιμή ρεύματος ονομάζεται ενεργή ή ενεργή τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος. Για ημιτονοειδές AC αποτελεσματικές αξίεςΤάση UΚαι ηλεκτροκινητική δύναμη μιθα είναι επίσης μικρότερη από τις τιμές πλάτους τους κατά 1,4 φορές. Οργανα μέτρησης, που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, δείχνουν τις ενεργές τιμές των μετρούμενων μεγεθών.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται να γνωρίζουμε όχι την αποτελεσματική, αλλά τη μέση τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος, η οποία, όπως δείχνουν τα πειράματα και οι υπολογισμοί, είναι ίση με την τιμή του πλάτους πολλαπλασιαζόμενη επί 0,637.

Εάν ένας κύλινδρος περιστρέφεται μεταξύ των πόλων, πάνω στους οποίους δεν βρίσκεται μία, αλλά τρεις περιελίξεις, καθεμία από τις οποίες μετατοπίζεται ως προς τις άλλες κατά γωνία 120 e, τότε το e. δ.σ. φτάνει την τιμή πλάτους όχι ταυτόχρονα, αλλά διαφέρει σε φάσεις κατά το 1/3 της περιόδου (120 °), όπως φαίνεται στο Σχ. 162.

Στο σχ. 162 στα αριστερά είναι μια σχηματική αναπαράσταση ενός μαγνήτη με πόλους και έναν κύλινδρο που περιστρέφεται μεταξύ τους με περιελίξεις 1, 2 Και 3, μετατοπίστηκαν το ένα ως προς το άλλο κατά 120 °, και στα δεξιά είναι ένα γράφημα των ημιτονοειδών της αλλαγής στο e. δ.σ. ρεύμα σε αυτές τις περιελίξεις. Όπως προκύπτει από το γράφημα, τα ημιτονοειδή μετατοπίζονται μεταξύ τους κατά μια ορισμένη γωνία φ (Εικ. 162), που ονομάζεται γωνία φάσης. Κατά την περιστροφή, κάθε τύλιγμα (πηνίο) είναι μια ανεξάρτητη πηγή μονοφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος.

Τριφασικό ρεύμα είναι ένα σύνολο τριών εναλλασσόμενων ρευμάτων της ίδιας συχνότητας, μετατοπισμένα κατά το 1/3 της περιόδου (120 "). Τριφασικό ρεύμααναπτύσσω τριφασικές γεννήτριεςεναλλασσόμενο ρεύμα, η σύνδεση των περιελίξεων του οποίου γίνεται από ένα αστέρι ή ένα τρίγωνο (Εικ. 163).

Όταν συνδέεται με ένα αστέρι (Εικ. 163, ΕΝΑ)τα αρχικά άκρα όλων των περιελίξεων φάσης πηγαίνουν στο εξωτερικό κύκλωμα, τα δεύτερα άκρα των περιελίξεων διασυνδέονται. Ο καταναλωτής μπορεί να συνδεθεί μεταξύ οποιουδήποτε ζεύγους γραμμικών καλωδίων ή μεταξύ οποιουδήποτε γραμμικού καλωδίου και μηδέν. Όταν συνδέεται με ένα τρίγωνο (Εικ. 163, σι)το τέλος της πρώτης φάσης περιέλιξης συνδέεται με την αρχή της δεύτερης, το τέλος της δεύτερης - στην αρχή της τρίτης, το τέλος της τρίτης - στην αρχή της πρώτης.

Η τάση μεταξύ της αρχής και του τέλους της φάσης ονομάζεται τάση φάσης και συμβολίζεται UphΗ τάση μεταξύ των άκρων των φάσεων ή των καλωδίων ονομάζεται γραμμική τάση και συμβολίζεται Ul- Κατά συνέπεια, η ένταση του ρεύματος ονομάζεται φάση Ανή γραμμικό I l -

Κατά τη σύνδεση των φάσεων της γεννήτριας ή του δέκτη με ένα αστέρι ρεύμα γραμμήςίσο με τη φάση, και τάση γραμμής 1,73 φορές την τάση φάσης. Όταν συνδέεται σε τρίγωνο, η τάση γραμμής είναι ίση με την τάση φάσης και το ρεύμα γραμμής είναι 1,73 φορές το ρεύμα φάσης.

Ερωτήσεις ελέγχου:

1. Ποια σώματα ονομάζονται μαγνήτες και ποιες είναι οι μαγνητικές τους ιδιότητες;

2. Πώς μπορείτε να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου και τις γραμμές δύναμης του που προκύπτουν γύρω από έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα;

3. Τι ονομάζεται μαγνητική επαγωγή, μαγνητική ροή και μαγνητικό κύκλωμα;

4. Ποια είναι η ουσία της συσκευής και η δράση ενός ηλεκτρομαγνήτη;

5. Πώς είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ μαγνητικό πεδίοκαι ένας αγωγός με ρεύμα;

6. Τι καταλαβαίνετε με τον όρο ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, αυτοεπαγωγή και αμοιβαία επαγωγή;

7. Τι καταλαβαίνετε με το εναλλασσόμενο ρεύμα και ποια είναι η αρχή παραγωγής του;

8. Ποιες είναι οι τιμές της μεταβλητής ημιτονοειδές ρεύμα?

9. Ποιο ρεύμα ονομάζεται τριφασικό και ποια είναι η αρχή παραγωγής του;

Η κίνηση των ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό

Για να καταλάβετε τι είναι το ρεύμα και από πού προέρχεται, πρέπει να έχετε λίγη γνώση για τη δομή των ατόμων και τους νόμους της συμπεριφοράς τους. Τα άτομα αποτελούνται από νετρόνια (ουδέτερο φορτίο), πρωτόνια (θετικό φορτίο) και ηλεκτρόνια (αρνητικό φορτίο).

Το ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει ως αποτέλεσμα της κατευθυνόμενης κίνησης πρωτονίων και ηλεκτρονίων, καθώς και ιόντων. Πώς μπορείτε να κατευθύνετε την κίνηση αυτών των σωματιδίων; Κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε χημικής λειτουργίας, τα ηλεκτρόνια «διασπώνται» και μετακινούνται από το ένα άτομο στο άλλο.

Εκείνα τα άτομα από τα οποία «έσπασε» το ηλεκτρόνιο φορτίζονται θετικά (ανιόντα) και εκείνα στα οποία έχει ενωθεί φορτίζονται αρνητικά και ονομάζονται κατιόντα. Ως αποτέλεσμα αυτών των «υπερβολών» ηλεκτρονίων, ηλεκτρική ενέργεια.

Φυσικά, αυτή η διαδικασία δεν μπορεί να συνεχιστεί για πάντα, το ηλεκτρικό ρεύμα θα εξαφανιστεί όταν όλα τα άτομα του συστήματος σταθεροποιηθούν και θα έχει ουδέτερο φορτίο (εξαιρετικό οικιακό παράδειγμα- μια συνηθισμένη μπαταρία που «κάθεται» ως αποτέλεσμα του τέλους μιας χημικής αντίδρασης).

Ιστορία σπουδών

Οι αρχαίοι Έλληνες ήταν οι πρώτοι που παρατήρησαν ένα ενδιαφέρον φαινόμενο: αν τρίψετε μια κεχριμπαρένια πέτρα σε ένα μάλλινο ύφασμα, αρχίζει να προσελκύει μικροαντικείμενα. Τα επόμενα βήματα έγιναν από επιστήμονες και εφευρέτες της Αναγέννησης, οι οποίοι κατασκεύασαν αρκετές ενδιαφέρουσες συσκευές που απέδειξαν αυτό το φαινόμενο.

Ένα νέο στάδιο στη μελέτη του ηλεκτρισμού ήταν το έργο του Αμερικανού Benjamin Franklin, ιδιαίτερα τα πειράματά του με το βάζο Leiden, τον πρώτο ηλεκτρικό πυκνωτή στον κόσμο.

Ήταν ο Φράνκλιν που εισήγαγε τις έννοιες των θετικών και αρνητικών φορτίων και εφηύρε επίσης το αλεξικέραυνο. Και τελικά έγινε η μελέτη του ηλεκτρικού ρεύματος ακριβής επιστήμημετά την περιγραφή του νόμου του Coulomb.

Βασικοί νόμοι και δυνάμεις στο ηλεκτρικό ρεύμα

Ο νόμος του Ohm - ο τύπος του περιγράφει τη σχέση δύναμης, τάσης και αντίστασης. Ανακαλύφθηκε τον 19ο αιώνα από τον Γερμανό επιστήμονα Georg Simon Ohm. Η μονάδα ηλεκτρικής αντίστασης πήρε το όνομά του. Οι ανακαλύψεις του ήταν πολύ χρήσιμες άμεσα για πρακτική χρήση.

Ο νόμος Joule-Lenz λέει ότι σε οποιαδήποτε περιοχή ηλεκτρικό κύκλωμαγίνονται εργασίες. Ως αποτέλεσμα αυτής της εργασίας, ο αγωγός θερμαίνεται. Ένα τέτοιο θερμικό αποτέλεσμα χρησιμοποιείται συχνά στην πράξη στη μηχανική και την τεχνολογία ( εξαιρετικό παράδειγμα- λαμπτήρα πυρακτώσεως).

Η κίνηση των χρεώσεων σε αυτή την περίπτωση, έχει γίνει δουλειά

Αυτό το μοτίβο πήρε το όνομά του επειδή 2 επιστήμονες ταυτόχρονα, περίπου ταυτόχρονα και ανεξάρτητα, το συμπέραναν με τη βοήθεια πειραμάτων.
.

Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Βρετανός επιστήμονας Faraday μάντεψε ότι αλλάζοντας τον αριθμό των γραμμών επαγωγής που διαπερνούν την επιφάνεια που οριοθετείται από έναν κλειστό βρόχο, μπορεί κανείς να κάνει ένα ρεύμα επαγωγής. Οι εξωγενείς δυνάμεις που δρουν σε ελεύθερα σωματίδια ονομάζονται ηλεκτροκινητική δύναμη(εμφ επαγωγή).

Ποικιλίες, χαρακτηριστικά και μονάδες μέτρησης

Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να είναι μεταβλητές, ή μόνιμος.

Ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα ρεύμα που δεν αλλάζει την κατεύθυνση και το πρόσημά του με την πάροδο του χρόνου, αλλά μπορεί να αλλάξει το μέγεθός του. Το σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα ως πηγή χρησιμοποιεί συχνότερα γαλβανικά στοιχεία.

Μεταβλητή είναι αυτή που αλλάζει κατεύθυνση και πρόσημο σύμφωνα με το νόμο του συνημιτόνου. Χαρακτηριστικό του είναι η συχνότητα. Οι μονάδες μέτρησης στο σύστημα SI είναι τα Hertz (Hz).

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει πολύ διαδεδομένο. Αυτός είναι ένας τύπος εναλλασσόμενου ρεύματος που περιλαμβάνει 3 κυκλώματα. Σε αυτά τα κυκλώματα, λειτουργούν μεταβλητά EMF της ίδιας συχνότητας, αλλά αναπτύσσονται στη μία φάση σε σχέση με την άλλη κατά το ένα τρίτο της περιόδου. Κάθε μεμονωμένο κύκλωμα ονομάζεται φάση.

Σχεδόν όλοι σύγχρονες γεννήτριεςπαράγουν τριφασικό ρεύμα.

• Ισχύς και ποσότητα ρεύματος

Η ισχύς του ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει στο ηλεκτρικό κύκλωμα ανά μονάδα χρόνου. Η ένταση του ρεύματος είναι ο λόγος του ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο διέλευσης του.

Στο σύστημα SI, η μονάδα μέτρησης για την ισχύ του φορτίου είναι το μενταγιόν (C), ο χρόνος είναι το δεύτερο (s). Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε C/s, αυτή η μονάδα ονομάζεται Ampere (A). Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται χρησιμοποιώντας ένα όργανο - ένα αμπερόμετρο.

• Τάση

Η τάση είναι ο λόγος της εργασίας προς την ποσότητα φόρτισης. Το έργο μετριέται σε τζάουλ (J), το φορτίο σε κουλόμπ. Αυτή η μονάδα ονομάζεται Volt (V).

• Ηλεκτρική αντίσταση

Οι ενδείξεις του αμπερόμετρου σε διάφορους αγωγούς δίνουν διαφορετικές έννοιες. Και για να μετρηθεί η ισχύς του ηλεκτρικού κυκλώματος θα έπρεπε να χρησιμοποιηθούν 3 συσκευές. Το φαινόμενο εξηγείται από το γεγονός ότι κάθε αγωγός έχει διαφορετική αγωγιμότητα. Η μονάδα μέτρησης ονομάζεται Ohm και συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα R. Η αντίσταση εξαρτάται και από το μήκος του αγωγού.

• Ηλεκτρική χωρητικότητα

Μπορούν να συσσωρευτούν δύο αγωγοί που είναι μονωμένοι ο ένας από τον άλλο ηλεκτρικά φορτία. Το φαινόμενο αυτό χαρακτηρίζεται από ποσότητα, η οποία ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα. Η μονάδα μέτρησής του είναι το farad (F).

• Ισχύς και έργο ηλεκτρικού ρεύματος

Το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίσο με τον πολλαπλασιασμό της τάσης με τη δύναμη και το χρόνο. Η τάση μετριέται σε βολτ, η ισχύς σε αμπέρ και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Η μονάδα μέτρησης για την εργασία είναι το τζάουλ (J).

Η ισχύς ενός ηλεκτρικού ρεύματος είναι ο λόγος της εργασίας προς το χρόνο που ολοκληρώνεται. Η ισχύς συμβολίζεται με το γράμμα P και μετριέται σε watt (W). Ο τύπος για την ισχύ είναι πολύ απλός: Τρέχουσες φορές τάση.

Υπάρχει επίσης μια μονάδα που ονομάζεται βατώρα. Δεν πρέπει να συγχέεται με τα watt, είναι 2 διαφορετικά φυσικές ποσότητες. Τα βατ μετρούν την ισχύ (τον ρυθμό κατανάλωσης ή μεταφοράς ενέργειας) και οι βατώρες εκφράζουν την ενέργεια που παράγεται σε συγκεκριμένο χρόνο. Αυτή η μέτρηση εφαρμόζεται συχνά σε οικιακές ηλεκτρικές συσκευές.

Για παράδειγμα, ένας λαμπτήρας του οποίου η ισχύς είναι 100 W δούλευε για μία ώρα, μετά κατανάλωσε 100 W * h και ένας λαμπτήρας του οποίου η ισχύς είναι 40 Watt θα καταναλώσει την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας σε 2,5 ώρες.

Ένα βατόμετρο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ισχύος ενός ηλεκτρικού κυκλώματος.

Ποιος τύπος ρεύματος είναι πιο αποδοτικός και ποια είναι η διαφορά μεταξύ τους;

Το σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα είναι εύκολο στη χρήση στη θήκη παράλληλη σύνδεσηγεννήτριες, για εναλλαγή, είναι απαραίτητος ο συγχρονισμός της γεννήτριας και του συστήματος ισχύος.

Στην ιστορία, έλαβε χώρα ένα γεγονός που ονομάζεται «Πόλεμος των Ρευμάτων». Αυτός ο «πόλεμος» έλαβε χώρα μεταξύ δύο λαμπρών εφευρετών - του Thomas Edison και του Nikola Tesla. Η πρώτη υποστήριξε και προωθούσε ενεργά συνεχές ρεύμα και η δεύτερη μεταβλητή. Ο «πόλεμος» έληξε με τη νίκη του Tesla το 2007, όταν η Νέα Υόρκη τελικά μεταπήδησε στο AC.

Η διαφορά στην απόδοση της μεταφοράς ενέργειας σε απόσταση αποδείχθηκε τεράστια υπέρ του εναλλασσόμενου ρεύματος. Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα εάν ο σταθμός βρίσκεται μακριά από τον καταναλωτή.

Αλλά η σταθερά βρήκε ακόμα ένα πεδίο εφαρμογής: χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική, τον γαλβανισμό και ορισμένους τύπους συγκόλλησης. Επίσης, το συνεχές ρεύμα έχει γίνει πολύ διαδεδομένο στον τομέα των αστικών συγκοινωνιών (τρόλεϊ, τραμ, μετρό).

Φυσικά, δεν υπάρχουν κακά ή καλά ρεύματα, κάθε τύπος έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του, το πιο σημαντικό είναι να τα χρησιμοποιήσετε σωστά.

Ηλεκτρική ενέργεια- η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων κατά μήκος ενός αγωγού προς μια ορισμένη κατεύθυνση. Πιο συγκεκριμένα, αυτή είναι μια τιμή που δείχνει πόσα φορτισμένα σωματίδια έχουν περάσει από τον αγωγό ανά μονάδα χρόνου. Εάν σε ένα δευτερόλεπτο ένας αριθμός φορτισμένων σωματιδίων ενός μενταγιόν διέρχεται από τη διατομή του αγωγού, τότε ένα ρεύμα ενός αμπέρ ρέει μέσω αυτού του αγωγού (ο χαρακτηρισμός της ισχύος ρεύματος σύμφωνα με το διεθνές σύστημα SI). Το μέγεθος του ηλεκτρικού ρεύματος (ο αριθμός των αμπέρ) ονομάζεται ένταση ρεύματος. Ανάλογα με τη μεταβολή του μεγέθους με την πάροδο του χρόνου, το ρεύμα είναι σταθερό και μεταβλητό.

D.Cείναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που δεν αλλάζει τη φορά του με την πάροδο του χρόνου. Εναλλασσόμενο ρεύμα- με την πάροδο του χρόνου, σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο, αλλάζει τόσο το μέγεθος όσο και την κατεύθυνσή του. Επιπλέον, αυτές οι αλλαγές επαναλαμβάνονται σε ορισμένα χρονικά διαστήματα - είναι δηλαδή περιοδικές.

Εναλλασσόμενο και συνεχές ρεύμα σε ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις

Για τριφασικό ηλεκτρικό δίκτυοτυπικός εναλλασσόμενο ρεύμα. Η ροή του εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω των αγωγών προκαλείται από την παρουσία μιας πηγής μεταβλητής ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF), η οποία αλλάζει την τιμή της, τόσο σε μέγεθος όσο και σε κατεύθυνση. Σε αυτή την περίπτωση, η αλλαγή στο μέγεθος και την κατεύθυνση του EMF πραγματοποιείται σύμφωνα με τον ημιτονοειδή νόμο, δηλαδή, το γράφημα της αλλαγής του εναλλασσόμενου ρεύματος με την πάροδο του χρόνου είναι ένα ημιτονοειδές. Η πηγή του ημιτονοειδούς EMF είναι ένας εναλλάκτης.

Σχεδόν όλος ο ηλεκτρολογικός εξοπλισμός ηλεκτρικών εγκαταστάσεων και βιομηχανικές επιχειρήσειςτροφοδοτείται από AC, καθώς αυτό είναι το πιο πρόσφορο και έχει πολλά πλεονεκτήματα. Αλλά υπάρχει επίσης κάποιος εξοπλισμός που λειτουργεί με ισχύ συνεχούς ρεύματος (ή ορισμένα από τα μέρη του): σύγχρονος κινητήρας, ηλεκτρομαγνητικός, κινητήρας συνεχούς ρεύματος και άλλοι. Για να μετατρέψετε το εναλλασσόμενο ρεύμα σε D.C.(απαραίτητο για την τροφοδοσία του παραπάνω ηλεκτρολογικού εξοπλισμού) χρησιμοποιήστε ανορθωτές.

Επιπλέον, το συνεχές ρεύμα χρησιμοποιείται για τη μετάδοση υψηλής ισχύος σε γραμμές υψηλής τάσης. ηλεκτρική ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, κατά τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, οι ηλεκτρικές απώλειες είναι πολύ μικρότερες από ό,τι με την ίδια μετάδοση σε εναλλασσόμενο ρεύμα.

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

Στον τομέα της παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, το εναλλασσόμενο ρεύμα έχει δύο βασικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με το συνεχές ρεύμα:

1) η ικανότητα (με τη βοήθεια μετασχηματιστών) να ανεβάζει και να μειώνει απλά και οικονομικά την τάση, αυτό είναι κρίσιμο για τη μετάδοση ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις.

2) μεγαλύτερη απλότητα των συσκευών ηλεκτροκινητήρων και, κατά συνέπεια, το χαμηλότερο κόστος τους.

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

Οι μεγαλύτερες από τις στιγμιαίες τιμές των περιοδικά μεταβαλλόμενων ρευμάτων, τάσεων ή EMF, ονομάζονται ανώτατο όριο ή εύρος τιμές και υποδεικνύονται με κεφαλαία γράμματα με τον δείκτη "m" (I m, U m).

Η μικρότερη χρονική περίοδος μετά την οποία οι στιγμιαίες τιμές μιας μεταβλητής (ρεύμα, τάση, EMF) επαναλαμβάνονται με την ίδια σειρά ονομάζεται περίοδος T, και το σύνολο των αλλαγών που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της περιόδου - κύκλος.

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

Εκείνοι. συχνότητα είναι ο αριθμός των κύκλων σε 1 δευτερόλεπτο.

Η μονάδα συχνότητας ονομάζεται 1/sec χέρτζ (Hz). Οι μεγαλύτερες μονάδες συχνότητας είναι τα kilohertz (kHz) και τα megahertz (MHz).

Λήψη εναλλασσόμενου ημιτονοειδούς ρεύματος.

Τα εναλλασσόμενα ρεύματα και τάσεις στην τεχνολογία τείνουν να λαμβάνονται σύμφωνα με τον απλούστερο περιοδικό νόμο - ημιτονοειδή. Δεδομένου ότι το ημιτονοειδές είναι η μόνη περιοδική συνάρτηση που έχει μια παράγωγο παρόμοια με αυτήν, ως αποτέλεσμα της οποίας το σχήμα των καμπυλών τάσης και ρεύματος είναι το ίδιο σε όλους τους συνδέσμους του ηλεκτρικού κυκλώματος, γεγονός που απλοποιεί σημαντικά τους υπολογισμούς.

Για να αποκτήσετε βιομηχανικά ρεύματα συχνότητας είναι εναλλάκτες που βασίζονται στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, σύμφωνα με τον οποίο, όταν ένα κλειστό κύκλωμα κινείται σε μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ρεύμα σε αυτό.

Σχέδιο του απλούστερου εναλλάκτη

Οι εναλλάκτες υψηλής ισχύος, σχεδιασμένοι για τάσεις 3 - 15 kV, κατασκευάζονται με σταθερή περιέλιξη στον στάτορα της μηχανής και περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνήτη-ρότορα. Με αυτόν τον σχεδιασμό, είναι ευκολότερο να μονωθούν αξιόπιστα τα καλώδια μιας σταθερής περιέλιξης και είναι ευκολότερο να εκτραπεί το ρεύμα σε ένα εξωτερικό κύκλωμα.

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

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

.

Επειδή ενώ η γωνιακή ταχύτητα της γεννήτριας

, τότε μεταξύ αυτού και της συχνότητας που επάγεται από το EMF υπάρχει μια σχέση

.

Φάση. Αλλαγή φάσης.

Ας υποθέσουμε ότι η γεννήτρια έχει δύο πανομοιότυπα πηνία στην άγκυρα, μετατοπισμένα στο διάστημα. Όταν ο οπλισμός περιστρέφεται, EMF της ίδιας συχνότητας και με τα ίδια πλάτη προκαλούνται στα πηνία, επειδή τα πηνία περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα στο ίδιο μαγνητικό πεδίο. Αλλά λόγω της μετατόπισης των πηνίων στο διάστημα, τα EMF φτάνουν τα σημάδια πλάτους όχι ταυτόχρονα.

Εάν τη στιγμή της έναρξης της χρονικής αναφοράς (t=0) το πηνίο 1 βρίσκεται σε σχέση με το ουδέτερο επίπεδο υπό γωνία

, και πηνίο 2 υπό γωνία

. Αυτό είναι το EMF που προκαλείται στην πρώτη στροφή:

και στο δεύτερο:

Τη στιγμή του χρονισμού:

ηλεκτρικές γωνίες Και ο προσδιορισμός των τιμών του EMF στην αρχική χρονική στιγμή, καλείται αρχικές φάσεις.

Η διαφορά μεταξύ των αρχικών φάσεων δύο ημιτονοειδών μεγεθών της ίδιας συχνότητας ονομάζεται γωνία φάσης .

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

Αν δύο ημιτονοειδή μεγέθη φτάσουν ταυτόχρονα το πλάτος και τις μηδενικές τιμές, τότε λένε ότι οι ποσότητες βρίσκονται σε φάση . Αν η γωνία μετατόπισης φάσης των ημιτονοειδών μεγεθών είναι 180 0

, τότε λέγεται ότι αλλάζουν μέσα αντιφάση.

>> Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα

§ 31 ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

Οι ελεύθερες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις στο κύκλωμα αποσυντίθενται γρήγορα και επομένως πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται. Αντίθετα, οι αναγκασμένες ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση έχουν μεγάλη πρακτική σημασία.

Εναλλασσόμενο ρεύμαστο δίκτυο φωτισμού ενός διαμερίσματος, που χρησιμοποιείται σε εργοστάσια και εργοστάσια κ.λπ., δεν είναι τίποτα άλλο από αναγκαστικές ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις. Η ισχύς και η τάση ρεύματος αλλάζουν με το χρόνο σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο.

Οι διακυμάνσεις της τάσης είναι εύκολο να εντοπιστούν με έναν παλμογράφο. Εάν εφαρμοστεί τάση στις κατακόρυφα εκτρεπόμενες πλάκες του παλμογράφου, τότε η χρονική βάση στην οθόνη θα είναι ημιτονοειδής (Εικ. 4.8). Γνωρίζοντας την ταχύτητα της δέσμης κατά μήκος της οθόνης στην οριζόντια κατεύθυνση (καθορίζεται από τη συχνότητα της τάσης του πριονιού), μπορούμε να υπολογίσουμε τη συχνότητα ταλάντωσης. Η συχνότητα ενός εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ο αριθμός των ταλαντώσεων σε 1 s.

Η τυπική βιομηχανική συχνότητα AC είναι 50 Hz. Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια 1 δευτερολέπτου το ρεύμα πηγαίνει 50 φορές προς μία κατεύθυνση και 50 φορές προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η συχνότητα των 50 Hz είναι αποδεκτή για βιομηχανικό ρεύμα σε πολλές χώρες του κόσμου. Στις ΗΠΑ, η συχνότητα είναι 60 Hz.

Εάν η τάση στα άκρα του κυκλώματος ποικίλλει σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο, τότε η τάση ηλεκτρικό πεδίομέσα οι αγωγοί θα αλλάξουν επίσης αρμονικά. Αυτές οι αρμονικές αλλαγές στην ένταση του πεδίου, με τη σειρά τους, προκαλούν αρμονικές ταλαντώσεις στην ταχύτητα της διατεταγμένης κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων και, κατά συνέπεια, αρμονικές ταλαντώσεις στην ένταση του ρεύματος.

Όταν όμως αλλάζει η τάση στα άκρα του κυκλώματος ηλεκτρικό πεδίοδεν αλλάζει αμέσως σε όλη την αλυσίδα. Οι αλλαγές στο πεδίο διαδίδονται, αν και με πολύ υψηλή, αλλά όχι με απείρως μεγάλη ταχύτητα.

Ωστόσο, εάν ο χρόνος διάδοσης των αλλαγών πεδίου στο κύκλωμα είναι πολύ μικρότερος από την περίοδο των ταλαντώσεων τάσης, μπορούμε να υποθέσουμε ότι το ηλεκτρικό πεδίο σε ολόκληρο το κύκλωμα αλλάζει αμέσως όταν αλλάζει η τάση στα άκρα του κυκλώματος. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς του ρεύματος σε μια δεδομένη στιγμή θα έχει πρακτικά την ίδια τιμή σε όλα τα τμήματα ενός μη διακλαδισμένου κυκλώματος.

Η εναλλασσόμενη τάση στις υποδοχές της πρίζας του δικτύου φωτισμού δημιουργείται από γεννήτριες σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα συρμάτινο πλαίσιο που περιστρέφεται σε σταθερό ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο μπορεί να θεωρηθεί ως το απλούστερο μοντέλοεναλλάκτης. Η ροή της μαγνητικής επαγωγής F, που διαπερνά ένα συρμάτινο πλαίσιο με εμβαδόν S, είναι ανάλογη με το συνημίτονο της γωνίας a μεταξύ της κανονικής προς το πλαίσιο και του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής (Εικ. 4.9):

Με ομοιόμορφη περιστροφή του πλαισίου, η γωνία a αυξάνεται σε ευθεία αναλογία με το χρόνο:

όπου είναι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου. Η ροή της μαγνητικής επαγωγής αλλάζει σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο:

Εδώ, η ποσότητα παίζει το ρόλο μιας κυκλικής συχνότητας.

Σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το EMF επαγωγής στο πλαίσιο είναι ίσο με τον ρυθμό μεταβολής της ροής μαγνητικής επαγωγής, που λαμβάνεται με το σύμβολο "-", δηλαδή τη χρονική παράγωγο της ροής μαγνητικής επαγωγής:

Εάν ένα κύκλωμα ταλάντωσης είναι συνδεδεμένο στο πλαίσιο, τότε η γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου θα καθορίσει τη συχνότητα των ταλαντώσεων των τιμών EMF, την τάση σε διαφορετικά τμήματα του κυκλώματος και την ισχύ του ρεύματος.

Στο μέλλον, θα μελετήσουμε τις εξαναγκασμένες ηλεκτρικές ταλαντώσεις που συμβαίνουν σε κυκλώματα υπό την επίδραση τάσης που αλλάζει με κυκλική συχνότητα o σύμφωνα με το νόμο του ημιτονοειδούς ή συνημιτόνου:

u = U m sin t
ή

u = U m cos t, (4.14)

όπου U m είναι το πλάτος της τάσης, δηλαδή η μέγιστη τιμή modulo της τάσης.

Εάν η τάση αλλάζει με κυκλική συχνότητα, τότε το ρεύμα στο κύκλωμα θα αλλάξει με την ίδια συχνότητα. Αλλά οι διακυμάνσεις του ρεύματος δεν χρειάζεται να είναι σε φάση με τις διακυμάνσεις της τάσης. Επομένως, στη γενική περίπτωση, η ένταση ρεύματος i οποιαδήποτε στιγμή (στιγμιαία τιμή της ισχύος ρεύματος) προσδιορίζεται από τον τύπο