Doğru akımın alternatif akımdan farkı nedir ve nasıl dönüştürülür?

Doğru akımdan bahsetmişken ("Akım Hakkında" bölümüne bakın), kaynağın artısından eksiye doğru tek yönde aktığını öğrendik (aslında tam tersi olmasına rağmen bu kabul edildi). Ancak çoğu durumda alternatif akımla uğraşmanız gerekir. Alternatif akımda elektronlar bir yönde değil, dönüşümlü olarak bir yönde veya diğerinde hareket ederek yönlerini değiştirirler. Bu yüzden ne zaman aydınlatma lambası açıldığında, ısıtılmış filamandaki (ve kablolardaki) elektronlar bir yönde veya diğer yönde hareket eder. Bu hareket geleneksel olarak Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterilmektedir. Bir yönde veya diğer yönde koşmayı deneyin. Böyle bir hareketle hareketin yönünü değiştirmeden önce önce onu yavaşlatmanız, sonra yerinde donmanız ve ancak daha sonra diğer yöne koşmanız gerektiğini tahmin etmek zor değil. Akımla ilişkisi nedir? Hareketlerini değiştirmeden önce elektronların yavaşlaması gerekir (tüm bunları yavaş çekimde ele alıyoruz). Bu, akımın azalacağı ve lambanın parlaklığının azalması gerektiği anlamına gelir. Ve hareket değişikliğinden önce durduklarında tamamen sönmesi gerekir. Ama bunu görmüyoruz. Neden? Çünkü ısıtılan filaman termal olarak inerttir ve bir saniye içinde soğuyamaz. Bu yüzden yanıp sönmeyi görmüyoruz. Bununla birlikte, her birimiz, akım hareketinin alternatif yönü ile ilişkili çalışan bir transformatörün uğultusunu duymuşuzdur.

Şimdi düşünmeye değer. Bu, elektrik santralindeki elektronların bir salise içinde eve gidip bir sonraki salisede de geri döndükleri anlamına mı geliyor? Daha önce “Güncel Hakkında” bölümünde şunu öğrendik: Elektrik alanı iletkenlerde 300.000 km/s hızla yayılır ve elektronlar iletkenlerde yaklaşık 0,1 mm/s hızla hareket eder. Ancak saniyenin 1/100'ünde (elektronların bir yönde hareket ettiği yarım döngünün süresi budur), elektrik alanı ters yönde hareket etmeye başlamadan önce elektronların yalnızca bir yönde hareket etme zamanı vardır. Bu nedenle elektronlar önce şu ya da bu yöne saparlar ve deyim yerindeyse evimizin sınırlarını terk etmezler. Yani evinizde (apartman dairenizde) kendi “ev” elektronlarınız var. Zamanı yavaşlatıp yüke paralel bir voltmetre takabilseydik; lamba (Şekil 3) veya yük boyunca seri bağlı bir ampermetre (Şekil 4), o zaman voltajı (Şekil 3) veya akımı ölçerken cihazın okunun okumasını sıfırdan maksimum değere nasıl sorunsuz bir şekilde değiştirdiğini görürüz. (Şekil 4). Bu, yandaki şekilde gösterilmiştir. Gerçekte elbette bunu görmeyeceğiz. Bunun nedeni iğnenin ataleti olup saniyede yüz üretememesidir. Bu arada, Şekil 3 ve Şekil 4 için açıklayıcı bir Şekil 5 bulunmaktadır; özel çaba voltajı ve akımı ölçerken voltmetre ve ampermetrenin nasıl bağlandığını görebilirsiniz. elektrik devresi. Voltmetre nerede ve ampermetre nerede, sanırım rahatlıkla tahmin edebilirsiniz. Diyagramlarda sırasıyla V ve A olarak gösterilmiştir.

Yani bilmeniz gereken ilk şey, bir elektrik devresindeki akım ve voltajdaki değişikliklerin sinüzoidal yasa olarak adlandırılan yasaya göre meydana geldiğidir. İkincisi, herhangi bir sinüzoidal salınım (akım veya voltaj) aşağıdaki önemli büyüklüklerle karakterize edilir:

Dönem T- bir tam salınımı tamamlamak için gereken süre. Bu sürenin yarısına yarım döngü denir. Açıktır ki, bir yarım döngüde akım, geleneksel olarak pozitif kabul edebileceğimiz bir yönde akar (veya belirttiğimiz gibi elektronlar hareket eder), diğer yarım döngüde ise farklı bir yönde akar ki biz bunu yaparız. negatif olarak alabilir. Grafiklerde, pozitif bir yarım döngü, X ekseninin üzerindeki üst yarım dalgayla, negatif bir yarı döngü ise alttaki yarım dalgayla temsil edilecektir. Şebekemizden bahsetmişken, alternatif akımın periyodunu T = 1/50 sn - 0,02 sn olarak belirtebiliriz.

Frekans f saniyedeki titreşim sayısıdır. Şimdi matematiği yapalım. Eğer 0,02 saniyeye eşit olan T periyodu boyunca bir salınım meydana gelirse, o zaman bir saniyede 50 salınım olacaktır (1/0,02 = 50). Ve bir salınım, elektronların önce bir yönde, sonra diğer yönde (iki yarım döngü) hareketini temsil eder. Onlar. 1 saniyede elektronlar dönüşümlü olarak bir yönde veya diğer yönde 50 kez hareket edeceklerdir. İşte ağdaki mevcut frekansımız 50Hz (Hertz).

Genlik- T periyodu sırasında akımın (Imax) veya voltajın (Umax = 310V) en büyük değeri. Açıkçası, bir periyotta sinüzoidal akım ve voltaj maksimum değerinin iki katına ulaşır.

Anlık değer - bunu zaten biliyoruz alternatif akım yönünü ve büyüklüğünü sürekli değiştirir. Belirli bir andaki voltajın büyüklüğüne denir anlık değer Gerilim. Aynı durum mevcut değer için de geçerlidir.

Örnek olarak Şekil 6, bir periyot boyunca elektrik devresindeki voltajın birkaç anlık değerini (200V, 300V, 310V, - 150V, - 310V, -100V) göstermektedir. İlk anda voltajın sıfır olduğu, ardından yavaş yavaş 100V, 200V vb.'ye yükseldiği görülebilir. Maksimum 310V değerine ulaşan voltaj yavaş yavaş sıfıra düşmeye başlar, ardından yönünü değiştirip tekrar artarak eksi 310V (- 310V) vb. bir değere ulaşır. Birisi yön değişikliğinin ne olduğunu hayal etmekte zorluk çekiyorsa, soketteki artı ve eksilerin yer değiştirdiğini hayal edebilir - yani. geleneksel olarak sıfırı (zemin) eksi ve fazı artı olarak alırsak. Ve bu saniyede 50 kez oluyor. Peki, bunun gibi bir şey...

Etkin değer

O halde kendimize şu soruyu soralım: Hangi sabit gerilimin vücudumuza etkisi eşittir? alternatif akım voltajıŞekil 6'da gösterilen ağda? Teori ve pratik, bunun 220V sabit voltaja eşit olduğunu göstermektedir - Şekil 7. Bunu inanarak kabul etmek o kadar da zor değil, çünkü bir periyotta dikkate alınan voltajın yalnızca iki anda 310V değerine sahip olduğunu ve geri kalan zamanlarda daha az olduğunu görmek kolaydır. Sinüzoidal voltajımız sürekli değiştiğinden, böyle bir kavramın tanıtılması tavsiye edilebilir:etkili voltaj . Sonuçta, bir nedenden dolayı özel anlam gerilim (veya akım) ve değişen değeri değil, gücünü "tahmin edebiliriz". Bu yüzden, Alternatif akımın (veya voltajın) etkin değeri ile şunu kastediyoruz: DC Belirli bir alternatif akımla aynı anda aynı işi yapan (veya aynı miktarda ısıyı serbest bırakan).

Bu nedenle, sıradan ampulümüz (veya örneğin bir ısıtma cihazı) hem sıfırdan 310V'a kadar değişen alternatif bir voltajda hem de 220V'luk sabit bir voltajda eşit şekilde çalışacaktır. 12 voltluk bir ampul, hem 12V'luk bir alternatif voltaj kaynağından (sıfırdan 16,8V'a değişen) hem de herhangi bir pilden veya akümülatörden (ve bildiğiniz gibi bunlar sabit voltaj kaynaklarıdır) eşit şekilde parlayacaktır.

Hatırla!!!

Periyodik olarak yönünü ve büyüklüğünü değiştiren elektrik akımına (gerilim) alternatif akım denir. Herhangi bir alternatif akım esas olarak frekansı, genliği ve etkin değeri ile karakterize edilir;

Alternatif akımı ölçmek için tasarlanan cihazlar bunu gösteriyor efektif değer;

Gerilim bir voltmetre (veya birleşik bir alet - bir avometre) ile, akım - bir ampermetre (veya birleşik bir alet - bir avometre) ile ölçülür. Akım aynı zamanda akım kıskaçları adı verilen aletlerle de ölçülebilir.. Akımın temassız ölçümüne hizmet ederler - cihazın çalışma kısmı, ölçülen telin etrafında bir halka oluşturur ve cihazın çalışma kısmına etki eden elektromanyetik alanın büyüklüğüne bağlı olarak, bilgiler küçük ekranında görüntülenir. Akan akımın miktarı hakkında. Avometre, teknik veri sayfasında tamamen amper-volt-ohmmetre olarak adlandırılan ve akımı, voltajı ve direnci ölçmek için kullanılan birleşik bir cihazdır (sıradan insanlarda basitçe test cihazı olarak da adlandırılır). Ve dijital modeller voltajın (akım) frekansını, kapasitörlerin kapasitansını ve diğer şeyleri ölçebilir - geliştiricinin niyeti budur;

Alternatif voltajın değerini (etkili) bilerek, her zaman maksimum değerini öğrenebilirsiniz (unutmayın - sinüzoidal yasaya göre değişir). Ve buradaki bağlantı şöyle:Umaks = 1,4U burada U etkin değerdir ve Umax maksimum değerdir (genlik).

İki ana akım türü vardır - doğrudan ve alternatif. Bu terimleri anlamak için akımın elektronların düzenli hareketi olduğunu hatırlamak gerekir. Ve bu elektronlar her zaman aynı yönde hareket ettiğinde, böyle bir akıma sabit denir. Ancak sıralı hareket kavramı, elektronların bir anda bir yönde ve ikinci anda ters yönde hareket etmesi ve durmadan böyle devam etmesi olarak da anlaşılmalıdır. Bu akıma zaten alternatif denir. Sabit ve alternatif voltajdan bahsediyorlarsa, sabit voltajda + ve -'nin her zaman "aynı yerde" olduğu anlamına gelir.

Örnek DC gerilimi Sıradan bir pil hizmet verebilir; gövdesinde her zaman + ve - sembollerini bulacaksınız. Bir değişken için ise + ve - belli bir süre sonra değişir. Sonuç olarak sabit voltaj sabit akım yaratır ve buna bağlı olarak alternatif voltaj - alternatif akım. Alternatif voltajın bir örneği sıradan bir elektrik şebekesidir. Doğru akım bir düz çizgiyle, alternatif akım ise bir dalgalı çizgiyle gösterilir.

Önünde yatay dalgalı bir çizgi bulunan 220V yazısını sık sık gördüğünüzü düşünüyorum. Bu alternatif akımın tanımıdır.

Çok büyük miktarlarda doğru akım kullanan cihazların, onlara güç bağlarken + ve - kontakların birbirleriyle karıştırılmasına izin vermediğini, çünkü karıştırılırsa cihaz basitçe "yanabilir". Ancak alternatif voltaj için bu artık geçerli değil, diyelim ki bir prize taktınız... ya da her neyse, fişi prize hangi taraftan takarsanız takın, cihaz yine de sorunsuz çalışacaktır. Elbette 220V yazılarının yanında 50Hz'e benzer bir yazı da dikkatinizi çekmiştir. Bu AC frekansıdır. Ve bu da saniyede kaç kez “artı ve eksi”nin yer değiştirdiği anlamına gelir. 50Hz (Hertz) yazısı, bir saniyede voltajın polaritesinin 50 kez değiştiği anlamına gelir.

Grafikler

Alternatif voltajın polaritesinin tam olarak nasıl değiştiğini hayal etmek için voltajı gösteren grafikleri anlamak gerekir. farklı anlar zaman. Sabit voltajı gösteren grafiğe bakalım (solda). Bu grafiğin bir el feneri ampulünün kontakları arasındaki voltajı gösterdiğini varsayalım.

0 noktasından başlayarak “a” noktasına kadar olan grafik voltajın sıfır olduğunu göstermektedir. Veya başka bir deyişle, hiç orada değil (el feneri kapalı). "A" zamanında (bizim versiyonumuzda, ampulün kontaklarında U1'e eşit bir voltaj belirir ve bu, "a" ile "b" arasındaki süre boyunca değişmeden kalır (el feneri açık). “b” anında Gerilim tekrar kaybolur (sıfıra eşit olur). Alternatif voltajı gösteren ikinci grafiğe bakarsanız, alternatif voltajın farklı zamanlarda tam olarak ne olduğunu anlamanın zor olmadığını düşünüyorum. Sıfır noktasında sıfırdır. “0”dan “a”ya kadar olan süre boyunca voltaj sorunsuz bir şekilde U1 değerine yükselir ve aynı anda düşmeye başlar. Sonuç olarak “b” anında sıfıra ulaşır. Ancak grafikte de görebileceğiniz gibi voltaj düşmeye devam ediyor ve negatif oluyor. “g” noktasında minimuma ulaşır ve tekrar artmaya başlar. Bu fenomen, voltajın varlığı boyunca (ışık kapatılıncaya kadar) tekrarlanır. Alternatif voltajın yalnızca bu şekilde olamayacağına dikkat edilmelidir. Örneğin dikdörtgen veya hemen hemen herhangi bir şekilde olabilir. Şimdi alın Bu iki grafiğe bir kez daha bakın ve doğru ve alternatif akımın (voltaj) tanımı olarak hatırlayın.

Doğru elektrik akımı, yüklü parçacıkların belirli bir yönde hareketidir. Yani gerilimi veya kuvveti (miktarları karakterize eden) aynı değere ve yöne sahiptir. Doğru akımın alternatif akımdan farkı budur. Ama her şeyi sırayla ele alalım.

Görünümün tarihi ve “akıntıların savaşı”

Doğru akım, galvanik reaksiyon sonucu keşfedildiğinden dolayı galvanik akım olarak adlandırılıyordu. hatlar üzerinden aktarmayı denedim elektrik iletimi. O dönemde bu konuda bilim adamları arasında ciddi tartışmalar vardı. Hatta “akıntıların savaşı” adını bile aldılar. Asıl seçimin değişken mi yoksa kalıcı mı olduğu sorusuna karar veriliyordu. "Mücadele" değişken türler tarafından kazanıldı, çünkü sabit olan belirli bir mesafeden iletilen önemli kayıplara neden oluyor. Ancak alternatif türü dönüştürmek zor değil; doğru akımın alternatif akımdan farkı budur. Bu nedenle ikincisinin uzun mesafelerde bile iletilmesi kolaydır.

Doğru elektrik akımı kaynakları

Kaynaklar, kimyasal reaksiyon yoluyla meydana gelen piller veya diğer cihazlar olabilir.

Bunlar, sonuç olarak elde edilen ve daha sonra toplayıcı tarafından düzeltilen jeneratörlerdir.

Başvuru

Çeşitli cihazlarda doğru akım oldukça sık kullanılır. Mesela birçok kişi onunla çalışıyor Aletler, şarj cihazı ve araba jeneratörleri. Herhangi bir taşınabilir cihaz, güç üreten bir kaynaktan güç alır. kalıcı görünüm.

Endüstriyel ölçekte motorlarda ve akülerde kullanılır. Ve bazı ülkelerde yüksek gerilim elektrik hatları ile donatılmıştır.

Tıpta sürekli yardımıyla elektrik akımı sağlık prosedürlerini yürütmek.

Açık demiryolu(taşıma için) hem değişken hem de sabit türler kullanılır.

Alternatif akım

Ancak çoğu zaman bu kullanılır. Burada belirli bir süre boyunca kuvvet ve stresin ortalama değeri sıfıra eşittir. Sürekli olarak boyutu ve yönü değişir ve düzenli aralıklarla değişir.

Alternatif akım üretmek için, elektromanyetik indüksiyonun meydana geldiği jeneratörler kullanılır.Bu, bir silindir (rotor) içinde döndürülen bir mıknatıs ve sarımlı sabit bir çekirdek şeklinde yapılmış bir stator kullanılarak yapılır.

Alternatif akım, voltajının ve gücünün neredeyse hiç enerji kaybı olmadan dönüştürülebilmesi nedeniyle radyo, televizyon, telefon ve daha birçok sistemde kullanılmaktadır.

Endüstride ve aydınlatma amaçlı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tek fazlı veya çok fazlı olabilir.

Sinüzoidal bir yasaya göre değişen, tek fazlıdır. Belirli bir süre (dönem) boyunca büyüklük ve yönde değişir. AC frekansı saniyedeki döngü sayısıdır.

İkinci durumda, en yaygın olanı üç fazlı seçenek. Bu, aynı frekansa ve emf'ye sahip, fazları 120 derece kaydırılmış üç elektrik devresinden oluşan bir sistemdir. Beslenme amaçlı kullanılır elektrik motorları, sobalar, aydınlatma armatürleri.

İnsanlık, elektrik alanındaki pek çok gelişmeyi ve bunların pratik uygulamalarını ve ayrıca yüksek frekanslı alternatif akım üzerindeki etkisini büyük bilim adamı Nikola Tesla'ya borçludur. Şu ana kadar torunlarına kalan eserlerinin tamamı bilinmiyor.

Doğru akımın alternatif akımdan farkı nedir ve kaynaktan tüketiciye giden yolu nedir?

Yani değişken, belirli bir süre içinde yönü ve büyüklüğü değişebilen bir akımdır. Dikkat edilen parametreler frekans ve gerilimdir. Rusya'da evde elektrik ağları 220 V gerilime ve 50 Hz frekansa sahip alternatif akımı besleyin. Alternatif akımın frekansı, belirli bir yüke sahip parçacıkların yönünün saniyede kaç kez değiştiğidir. Doğru akımın alternatif akımdan farklı olduğu 50 Hz'de yönünü elli kez değiştirdiği ortaya çıktı.

Kaynağı, farklı voltajlardaki ev aletlerinin bağlandığı prizlerdir.

Alternatif akım hareketine başlar güç istasyonları, mevcut olduğu yerde güçlü jeneratörler 220 ila 330 kV voltajla çıktığı yerden. Daha sonra evlerin, işyerlerinin ve diğer yapıların yakınında bulunan yerlere gider.

Trafo merkezine giren akım 10 kV'dir. Orada şuna dönüşür: üç fazlı voltaj 380 V. Bazen bu göstergeyle akım doğrudan nesnelere (güçlü üretimin organize edildiği yer) geçer. Ancak temel olarak tüm evlerde normal 220 V'a düşürülür.

Dönüştürmek

Soketlerde alternatif akım aldığımız açıktır. Ama çoğu zaman elektrikli ev aletleri kalıcı bir görünüm gereklidir. Bu amaçla özel redresörler kullanılır. Süreç aşağıdaki adımlardan oluşur:

gerekli güce sahip dört diyotlu bir köprünün bağlanması;
köprü çıkışına bir filtre veya kapasitörün bağlanması;
dalgalanmayı azaltmak için voltaj stabilizatörlerinin bağlanması.

Dönüşüm, alternatif akımdan doğru akıma veya tam tersi şekilde gerçekleşebilir. Ancak ikinci durumun uygulanması çok daha zor olacaktır. Diğer şeylerin yanı sıra ucuz olmayan invertörlere ihtiyacınız olacak.