Mina herrar, vi har diskuterat huvudpunkterna angående likström. Nu är det dags att prata om växelström. Det här ämnet är lite mer komplext än DC, och samtidigt mycket mer intressant. Idag kommer vi kortfattat att överväga frågorna relaterade till växelström: vad det är, hur det ser ut, vad kännetecknas det av och sånt.

Till att börja med, efter att ha uppmanat vår älskade Captain Obviousness att hjälpa oss alla, kommer vi att introducera en definition. Som han säger till oss är en växelström en ström som förändras över tiden. Det kan ändras i storlek, riktning eller båda tillsammans. När vi betraktade likström antog vi att dess värde är konstant under hela tiden: om 10 Ampere flödar nu, så flödade 10 Ampere för en halvtimme sedan och 10 Ampere kommer att flöda på en timme. Om storleken på strömmen ändras (nu 10 ampere åt ena hållet och efter ett tag 5 ampere åt andra hållet) så har vi redan att göra med en växelström. Det vill säga, växelström kan betraktas som ett visst beroende (funktion) av ström i tid:jag (t). Vid varje ögonblick av tiden t inst finns det ett specifikt värde I inst = I (t inst).

Växelström är oupplösligt kopplad till växelspänning. Och om de vid konstant ström helt enkelt var anslutna genom Ohms lag, så här, i det allmänna fallet, är allt lite mer komplicerat. Hur exakt är svårare - vi kommer att ta reda på under nya artiklar. Nej, nej, oroa dig inte, när det kommer till vanliga motstånd fortsätter Ohms lag att uppfyllas. För visshetens skull kommer vi att använda termen "växelström" i den här artikeln, men allt som sägs här är också tillämpligt på växelspänning: vi ändrar helt enkelt I (t) till U (t) och allt kommer att förbli korrekt.

Växelström kan vara periodisk och icke periodisk... Periodisk är en som efter ett tag kallas period, upprepar helt sin form. Det kommer att synas tydligt på bilderna nedan. De icke-periodiska respektive korvarna som det behagar och vi kan inte urskilja någon period i den, åtminstone under observationsperioden.

Figur 1-4 visar olika typer av variabla signaler. Vi kommer att lära känna några av dem i detalj senare.

Figur 1 - Sinusformad ström

Figur 2 - Rektangulär ström

Figur 3 - Triangulär ström

Bild 4 - Buller

På alla dessa bilder har vi tid på X-axeln och på Y-axeln - mängden ström i ampere.

Figur 2 visar en ström, vars form kallas sinus... Denna form av ström är en av de viktigaste och vi kommer att överväga den i detalj i framtiden. Och låt oss börja studera det direkt i den här artikeln.

Figur 3 visar rektangulär ström... Det är också mycket viktigt och vi kommer också att överväga det i detalj senare.

Figur 4 visar triangulär ström... Och denna form av ström är inte ovanlig.

I figur 5 har jag avbildat strömmen kaotiskt (brus)... Han har ständigt att göra med inom radioteknik. Jag planerar inte att beröra det inom en snar framtid, men med tiden är det fullt möjligt.

Detta är bara en del av de möjliga formerna av strömmar, som var och en kan betraktas som variabel. Naturligtvis finns det andra former, huvudsaken är att denna ström förändras över tiden.

Vi kommer att börja vår bekantskap med växelström med sinus- nuvarande. Generellt sett kan variationslagen för denna ström beskrivas med just ett sådant listigt uttryck

Låt oss ta reda på vad som är vad. För att göra detta, ta en titt på Bild 5. Allt är tydligt ritat där.

Figur 5 - Sinusformad ström

En m kallad amplitud nuvarande. Den visar vilket maxvärde den sinusformade strömmen har, nämligen storleken på "toppen" som sinusen når. Detta blir möjligt på grund av det faktum att ren "matematisk" sinus utan någon faktor Am når enhet på sin topp... Det är uppenbart att om vi multiplicerar vårt tal A m med ett, så kommer vi att få på toppen just detta tal A m. Uppenbarligen, ju mer A m, desto högre når strömmen.

Det finns inget ω-värde i figur 5. Men i figur 5 finns ett värde på f och T. Vad är det?

T är period nuvarande. Detta är den tid i sekunder under vilken signalen fullbordar en hel cykel av sina ändringar. Ta en titt på figur 5. Vid punkt A korsar strömmen tidsaxeln, börjar växa, går upp till punkt B, där den slutar växa och börjar minska, korsar återigen tidsaxeln vid punkt C, går till negativ halvplan till punkt D, där slutar den att växa och börjar minska och blir lika med noll i punkt E. Det kan ses att från punkt E kommer den aktuella förändringens karaktär att vara exakt densamma som om den startade från punkt A. Därför är den tid under vilken strömmen ändras från punkt A till punkt E perioden T ...

Frekvensf är ömsesidigheten för perioden:

Den visar hur många perioder (enligt figur 5 - förändringar från punkt A till punkt E) som passar under en sekunds tid. Följaktligen, ju högre frekvens, desto lägre pyriod och vice versa.

Frekvensen ändras hertz. Om frekvensen är 1 Hz betyder det att tiden för strömändringen från punkt A till punkt E är 1 sekund. Om frekvensen till exempel är 50 Hz (som i våra uttag hos dig) betyder det att det på 1 sekund kan uppstå 50 hela cykler av strömförändringar från punkt A till punkt E. Om frekvensen är 2,4 GHz (som i vissa processorer, och dessutom fungerar vårt älskade Wi-Fi på denna frekvens), vilket innebär att signalen på 1 sekund genomgår så mycket som 2,4 miljarder iterationer från punkt A till punkt E!

Med perioden T (och följaktligen med frekvensen f) är en annan storhet nära relaterad - precis samma ω som står i vår formel under sinus. Det kallas cirkulär frekvens och den är ansluten enligt följande

Mina herrar, jag hoppas att ni kommer ihåg från matematikkursen att sinus i sig är en periodisk funktion och sinusperioden bara är 2 · π radianer. Eller 360°, vilket är samma sak, men jag föredrar vanligtvis att räkna i radianer. Det vill säga för en enkel klassisk matematisk sinus, avståndet från punkt A till punkt E är 2 · π = 6,28 radianer. Hur kan nu dessa radianer korreleras med tiden och med vår mens? I vår nuvarande graf har vi faktiskt tid på X-axeln, inte radianer. Väldigt enkelt. Vi antar att vår period T motsvarar 2 · π radianer. För att beräkna hur många radianer en godtycklig tid t 1 motsvarar måste följande transformation utföras:. Jag vet att det låter förvirrande, så låt oss ta ett exempel. Låt oss skriva ner strömmen mot tiden under en period av T = 4 sekunder. Hur skulle den transformerade sinusformeln se ut för detta fall? Något som det här

Vi skildrar detta i figur 6.

Figur 6 - Sinusformad ström med en period på 4 sekunder

Du förstår, allt är rättvist, grafen visar tydligt att sinusperioden är, som vi ville, fyra sekunder.

Så vi räknade ut amplituden, med den cirkulära frekvensen också. Det sista kvar - φ 0 - initial fas. Vad är det? Det är enkelt, mina herrar. Fasen här är bara en förskjutning av den aktuella grafen längs tidsaxeln... Det vill säga att den aktuella grafen inte börjar från noll, utan från något annat värde. Faktum är att om vi ersätter tid lika med noll i vår formel för strömmens beroende av tid, så får vi

Det är också uppenbart av detta uttryck att fasen mäts i grader eller radianer: endast grader eller radianer har rätt att stå under sinus.

Låt oss ta vår nuvarande graf med en period av T = 4 sekunder och anta att den initiala fasen är 30° eller, vilket är detsamma, 0,52 radin. Vi har

Låt oss bygga en graf för det här fallet i figur 7.

Figur 7 - Sinusformad ström med en period på 4 sekunder och en initial fas på 30°

En uppmärksam läsare som tittar närmare på grafen som visas i figur 7 kommer att säga: så fasen är i allmänhet någon slags hala sak. Det beror väl på var ska vi sätta noll, det vill säga när vi börjar observera signalen. Och i allmänhet kan det vara nästan vem som helst. Mina herrar, påpekandet är helt sant! I sig är fasen som sådan sällan intressant. Mycket mer intressant fasskillnad mellan flera signaler. Ta en titt på figur 9. Den visar två grafer: en grön har en initial fas på φ 0_green = 90 °, och den andra blå har en fas på φ 0_syn = 90 °. Fasskillnad mellan dem

Figur 8 - Två signaler, fasförskjutna

Och lägg märke till detta, mina herrar fasskillnaden är densamma och alltid för vilken punkt som helst dessa diagram... Utan hänvisning till noll och till början. Nu är detta mycket mer intressant och kan vara användbart på många ställen.

Generellt sett är fasen en sådan sak att på något sätt traditionellt sett inte ägnas så mycket uppmärksamhet åt det, medan det i själva verket är ett mycket viktigt värde. Fasmodulering, trefaskretsar, fasade gruppantenner, faslåsta slingsystem, koherent signalbehandling - dessa är bara ett litet område av system där signalfasen är en av de viktigaste faktorerna. Därför, mina herrar, försök att bli vän med henne.

Låt oss avsluta med shoonya, mina herrar. Idag var en introduktionsartikel till växelströmsvärlden. Vidare kommer vi att förstå det mer i detalj. Lycka till till er alla, och hejdå!

Gå med i vår

ELEKTRISK VÄXELSTRÖM

VäxelströmÄr en elektrisk ström som förändras över tiden. Växelström inkluderar olika typer av pulsade, pulserande periodiska och kvasi-periodiska strömmar. Inom tekniken förstås vanligen med växelström periodiska strömmar i växelriktning. Oftast används en växelström, vars styrka ändras över tiden enligt en harmonisk lag ( harmonisk, eller sinus- växelström).

Betrakta de processer som sker i kretsar genom vilka en växelström flyter. Låt oss anta att det aktuella flödesläget är etablerat, dvs. naturliga svängningar i kretsen dämpas, och de fysiska processerna i kretsen är forcerade svängningar. Sådana antaganden gör det möjligt att undvika de matematiska svårigheterna förknippade med att lösa differentialekvationer och avsevärt förenkla analysen av de processer som sker i växelströmskretsar.

Tänk på speciella fall när växelspänningen U(t) = U 0 cosw t levereras eller på motstånd R, eller på en behållare C eller till induktans L.

Motstånd R

Om aktivt motstånd fungerar som en belastning R, då bestäms strömmen i kretsen av förhållandet:

Kapacitet MED

Om kretsen endast består av kapacitans C, då bestäms förändringen i ström med tiden av förändringshastigheten i kondensatorns laddning jag= d q/d t... Eftersom q = C· U(t), då

,

(15)

var jag 0 = w C· U 0.

Det vill säga, strömmen i en krets som endast består av en kapacitans ändras över tiden, liksom spänningen, på ett sinusformigt sätt, men före spänningen med. Tidsberoendet av spänning och ström i en sådan krets visas i fig. 15.

Dessutom kan man se att om vi introducerar konceptet kapacitivt motstånd, sedan amplitudvärdena för spänningen U 0 och ström jag 0 länkade Ohms lag

.

(16)

Fasförskjutningen kan förklaras enligt följande. Ta en laddad kondensator som börjar laddas ur. Detta innebär att spänningen börjar minska, och strömmen ökar i absolut värde. När spänningen över kondensatorplattorna är noll kommer strömmen att nå sitt maximum. Vidare ändras spänningstecknet, vilket motsvarar omladdningen av kondensatorn. Därefter börjar spänningen i absolut värde att öka och strömmen minskar. De beskrivna processerna illustrerar förekomsten av en fasförskjutning mellan spänning och ström på.

Induktans L

Släpp igenom spolen (solenoid), kännetecknad av konstant självinduktion(eller induktans) L växelström flyter jag(t) = jag 0 cosw t.

Förbi lagen om elektromagnetisk induktion (Faraday - Lenz) i en sluten slinga, när det magnetiska flödet ändras genom ytan (området) som begränsas av denna slinga, finns det EMF-induktion E proportionell mot förändringshastigheten för magnetiskt flöde

,

var Φ - magnetiskt flöde, k- koefficient (i SI k= 1). Minustecknet betyder att induktionsströmmens riktning är sådan att magnetfältet den skapar förhindrar en förändring av det primära magnetiska flödet.

Ett särskilt fall av manifestationen av denna effekt är förekomsten av självinduktion för eventuella förändringar i strömmen i kretsen. I det enklaste fallet (i frånvaro av ferromagneter) Φ = L· jag, var L- ledarens induktans, beroende på dess storlek, form och mediets egenskaper. Förändringar i strömmen orsakar förändringar i det magnetiska flödet som skapas av det, vilket i sin tur leder till utseendet EMF för självinduktion E lika med

Enligt (14), (16) och (19) gäller Ohms lag för amplitudvärdena för spänning och ström.

Ohms lag för momentana värden på växelström kan endast användas för fallet med aktivt motstånd R.

Storleken på en växelström kan karakteriseras av amplitudvärdena för en ström eller spänning. Det är tillrådligt att göra detta, till exempel, vid val av isolering av alla elektriska delar, eftersom "avbrott" inträffar exakt vid de ögonblick då växelspänningen når sina maximala värden.

I praktiken brukar de introducera begreppet effektiv (fungerar) värden på strömmens storlek jag eff och spänning U eff, så att formeln för den absorberade (givna resistansen) effekten har samma form som för DC-kretsar:

Det är lätt att visa det växelströms effektiva värde jag eff är lika med detta konstanta strömvärde jag som fördelar på

motstånd R på samma gång t samma mängd värme F som den givna växelströmmen.

I AC-spänningsbeteckning U och strömstyrka jag, under U och jag brukar förstå effektiv ström- och spänningsvärden. Spänningen för växelströmmen "220V" är just den effektiva spänningen, och det är de effektiva värdena för ström och spänning som mäts med amperetrar och voltmetrar.

KONCEPT AV VEKTORDIAGRAM

Verkliga elektriska kretsar representerar vilken kombination som helst av de enklaste elementen. R, C och L.

För att bestämma förhållandet mellan ström och spänning i en krets som innehåller flera olika element, är det nödvändigt att kunna lägga till övertonssvängningar av samma frekvens, men med olika amplituder och faser... Det kan vara svårt att lösa ett sådant problem analytiskt, men det finns en grafisk metod som gör det möjligt att göra detta ganska enkelt och tydligt. vektordiagrammetod.

Denna metod är baserad på det faktum att värdet varierar enligt den harmoniska lagen, till exempel, a(t) = A 0 synd (v t + j) (eller a(t) = A 0 cos (v t + j)) , kan representeras som en projektion på ordinataxeln (eller abskissan) för radievektorn som roterar moturs med vinkelhastigheten w (Fig. 16) - a 1 = A 0 sinω t 1 , a 2 = A 0 sinω t 2 .

Längden på en sådan vektor bör vara lika med amplituden för svängningarna, dvs. i detta fall är lika med A 0 1. Dess utgångsläge kl t= 0 måste göra en vinkel j med X-axeln (j är den initiala fasen av svängningar). En uppsättning av flera vektorer som visar harmoniskt varierande kvantiteter av samma frekvens kallas vektordiagram.

Vektorernas ömsesidiga orientering bevaras när som helst om de tillagda svängningarna har samma frekvens, därför räcker det för att konstruera vektordiagram över strömmar och spänningar att indikera deras fasvinklar för tillfället t = 0.

Vid konstruktion av vektordiagram används en matematisk sats, enligt vilken projektionen av den geometriska summan av vektorer på vilken axel som helst är lika med den algebraiska summan av deras projektioner på samma axel... Därför är uppgiften att lägga till uttryck som U(t) = U 0 synd (v t+ j) reduceras till ett enkelt grafiskt problem med att lägga till vektorer (Fig. 17 - u 1 = U 10 sinφ 1, u 2 = U 20 sinφ 2, u = u 1 + u 2 = U 0 sinφ).

Seriekoppling av element

Betrakta en seriekoppling av kapacitans, induktans och aktiv resistans, till vilken en växelspänning appliceras U(t) = U 0 cosw t(fig. 18).

Vid seriekoppling vid varje tidpunkt är strömstyrkan i alla delar av kretsen densamma, och summan av momentana spänningsfall över elementen är lika med värdet av spänningen som appliceras på kretsen vid samma ögonblick:

U Rär i fas med strömmen, vilket betyder att vektorn U 0R riktad på samma sätt som vektorn jag 0 , U C släpar efter strömmen med p / 2, vilket betyder att U 0C utplacerad p / 2 "bakåt" i förhållande till U 0R, a U 0L, respektive "framåt" (bild 19, a). Eftersom dessa vektorer roterar med samma frekvens w moturs ändras inte deras relativa position i förhållande till varandra och hittar den totala spänningen U 0 är möjligt när som helst (bild 19, b).

Från fig. 19, b det är klart att

Magnituden kallad kretsimpedans eller impedans, och formel (26) - generaliserade Ohms lag... I analogi med triangeln som bildas av amplitudvärdena för spänningsfall, kan du bygga en triangel av resistanser (fig. 20) Grafiskt kommer det totala motståndet att representera hypotenusan av en rätvinklig triangel. Ett ben i en sådan triangel är R- han kallas aktivt motstånd... Det andra benet är (w L-), kallas denna komponent av impedansen reaktans och betecknar vanligtvis X:

Under villkoret w L= kretsens totala motstånd är minimum och är lika med det aktiva motståndet R 0. Formel (26) visar att storleken på växelströmmen i kretsen beror avsevärt på dess frekvens. Vid frekvensen w = får strömmens amplitudvärden maximala värden jag 0max = U 0 /R... Detta fenomen kallas spänningsresonans, och frekvensen w = kallas resonansfrekvens för en elektrisk krets... Storleken på strömmen vid resonans är ju större, desto lägre är kretsens aktiva resistans.

Parallellkoppling av element

Betrakta en växelströmskrets som innehåller element som är parallellkopplade R, L och C(fig. 21).

Låt vara U(t) = U 0 cosw t... Spänningen över alla element i kretsen är densamma och lika U(t). Momentanvärdet av strömmen i den ofrenade delen av kretsen jag(t) är lika med summan av strömmar i parallella sektioner:

jag(t) = Jag R(t) + jag C(t) + Jag L(t).

(29)

I det här fallet är det bekvämt att konstruera ett vektordiagram för strömmar.

Med hänsyn till att strömmen genom resistansen är i fas med den applicerade spänningen, strömmen genom sektionen som innehåller MED, leder spänningen med och genom den sektion som innehåller L, släpar efter spänningen med, kan vektordiagrammet avbildas enligt följande (fig. 22).

Diagrammet visar det

Med hjälp av vektordiagrammet och formeln (31) är det lätt att få uttryck för amplituden av strömmen genom den oförgrenade delen av kretsen och för fasförskjutningen mellan pålagd spänning och ström

Förutsatt att w L=, fasförskjutningen mellan strömmen i den oförgrenade delen av kretsen och spänningen är noll (j = 0). I det här fallet strömmarna Jag L och jag Cär i motfas och är numeriskt lika. Dessa strömmar kan överstiga strömmen i ledningstrådarna, vilket kräver särskilt noggrann efterlevnad av säkerhetsreglerna.... Denna situation kallas resonansströmmar... I detta fall sker ett periodiskt utbyte av energi mellan de elektriska och magnetiska fälten i kapacitansen och induktansen, och kraftkällan kompenserar endast för energiförlusterna för att värma motståndet R.

Resonans av strömmar i en krets med parallellkoppling av element leder till att strömmen i den externa kretsen har det lägsta värdet.

Om vi ​​tar bort motståndet R, då kommer strömmen i matningsledningarna att vara noll, men i en krets bestående av L och C, strömmen kan vara mycket stor. Denna anordning används i resonansförstärkare, där oscillerande krets är avstämd till frekvensen för signalen som ska förstärkas.

AC POWER

Minnas det kraftär en fysisk storhet som är numeriskt lika med arbete per tidsenhet. Elementärt arbete d A avgiftsöverföring d q färdigställd i tid d t på sektionen av kretsen med ett spänningsfall U, bestäms av uttrycket

d A = U D q.

Sedan den momentana kraften:

AC momentan effekt är också en variabel storhet. För att bedöma elinstallationers energiegenskaper används medeleffektvärdet.

För att bestämma medeleffekt P det räcker att beräkna strömmens arbete för en svängningsperiod T:

Integralen av den första termen inom hakparentes är medelvärdet av cosinus under perioden och försvinner därför. Så vi fick

.

(41)

Värdet P = jag· U Cosφ kallas aktiv makt eller medeleffekt, eller bara AC-ström... SI aktiv effekt mäts i watt (1 W = 1 V ´ 1 A). Enheten som är utformad för att registrera aktiv effekt kallas wattmätare(för mer information om enheten och principen för funktion av wattmätaren, se avsnittet "Wattmätare" i kapitlet "Elektriska mätanordningar").

Förutom aktiv effekt, i teorin om växelströmmar, komplett(skenbar) kraft S = jag· U och responsiv kraft F = jag· U Sinj.

För att förstå innebörden av reaktiv effekt, överväg energiprocesserna i en växelströmskrets som innehåller induktans L... I en sådan krets är strömförbrukningen vid varje given tidpunkt inte begränsad till värmealstring. I den del av perioden där strömmen stiger, i induktorn L ett magnetfält exciteras, vilket förbrukar källans energi. När strömmen börjar minska, återgår energin som lagras i spolens magnetfält tillbaka till källan. Således är induktansen antingen en konsument eller en energigenerator, och i genomsnitt över en period är energiförbrukningen i induktansen noll.

Liknande svängningar förekommer i en växelströmskrets som innehåller en kapacitans C... I detta fall lagras energi i kondensatorns elektriska fält. Responsiv kraft F utför inget användbart arbete, men det har en betydande effekt på driftsättet för elektriska kretsar. Därför utförs beräkningen av ledningar och andra delar av AC-kretsar baserat på den totala effekten, som tar hänsyn till de aktiva och reaktiva komponenterna.

Det är uppenbart att den aktiva P, reaktiv F och komplett S makter har samma dimension. Men inom elektroteknik, till skillnad från enheter av aktiv effekt, är det för enkelhets skull vanligt att mäta den totala effekten i volt-ampere(VA), och måttenheten för reaktiv effekt F – volt-ampere reaktiv(VAR).

Hur blir storleken P, S och F relaterad?

För tydlighetens skull, överväg ett vektorspänningsdiagram för en serie AC-krets som innehåller R, L och C visas i fig. 23.

Dela sidorna av vektorspänningstriangeln med strömstyrkan jag, vi får motståndstriangel A′0′B ′ (fig. 23, b), som inte längre kommer att vara vektor. Multiplicera sidorna av spänningstriangeln med jag, vi får kapacitetstriangel A ″ 0 ″ B ″, inte heller vektor (fig. 23, v). Uppenbarligen är dessa tre trianglar lika. Genom att jämföra sidorna av effekttriangeln och spänningstriangeln drar vi slutsatsen:

Och, som kan ses från triangeln A ″ 0 ″ B ″, är följande samband sant:

var R- kretsens aktiva motstånd, X- reaktans, X L= w L- induktivt motstånd, X C= - kapacitivt motstånd, - växelströmskretsens impedans (impedans).

Om den induktiva Q L i och kapacitiv Q C i komponenter av reaktiv effekt och aktiv P jag makt av varje i förbrukare, då är den totala effekten för vilken källan ska beräknas

.

(50)

Värdet av cosj, som står i uttrycket för aktiv effekt (se formel (44)), visar hur mycket av kretsens totala effekt som faller på andelen aktiv effekt, därför kallas cosj effektfaktor.

Det framgår av formel (50) att effektfaktorn kan ökas genom att minska den andra termen under roten. De flesta industriella konsumenter (transformatorer, elmotorer) förbrukar induktiv reaktiv effekt. För att minska denna reaktiva effekt kopplas kapacitansen parallellt med den induktiva lasten.

Mer om lämpligheten av introduktionen effektiva värden för ström och spänning se avsnittet AC Power.

1 När du konstruerar ett vektordiagram kan du använda effektiva värden istället för amplitudvärden (se föregående avsnitt).

Mer information finns i avsnittet "Applikationer. Konstruktion av vektordiagram ".

Växelström är en sorts ström, vars flödesriktning ständigt förändras. Det blir möjligt på grund av närvaron av en potentiell skillnad som följer lagen. I vardagliga termer liknar formen av en växelström en sinusform. Konstanten kan ändras i amplitud, riktningen är densamma. Annars får vi en växelström. Tolkningen av radiotekniker är motsatsen till skolans. Eleverna får veta - konstant ström av samma amplitud.

Hur genereras växelström

Början till växelström lades av Michael Faraday, läsarna kommer att lära sig mer nedan i texten. Visat: elektriska och magnetiska fält är anslutna. Strömmen blir en konsekvens av interaktionen. Moderna generatorer fungerar genom att ändra storleken på det magnetiska flödet genom det område som täcks av koppartrådsslingan. Vilken ledare som helst kan vara. Koppar väljs från kriterierna för maximal lämplighet till lägsta kostnad.

Statisk laddning bildas huvudsakligen av friktion (inte det enda sättet), växelström uppstår som ett resultat av processer som är omärkliga för ögat. Värdet är proportionellt mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet genom det område som täcks av konturen.

Historien om upptäckten av växelström

För första gången uppmärksammades växelströmmar på grund av dess kommersiella värde efter att uppfinningarna skapade av Nikola Tesla föddes. Den materiella konflikten med Edison markerade det starka avtrycket av bådas öde. När den amerikanske affärsmannen tog tillbaka sina löften till Nikola Tesla förlorade han mycket vinst. Den enastående vetenskapsmannen gillade inte den fria behandlingen, serben uppfann en AC-motor av industriell typ (han gjorde uppfinningen mycket tidigare). Företag har haft exklusivt permanent. Edison främjade det angivna utseendet.

Tesla visade för första gången att mycket bättre resultat kan uppnås med växelspänning. Speciellt när energi ska överföras över långa avstånd. Användningen av transformatorer kan enkelt öka spänningen, vilket kraftigt minskar motståndsförlusten. Den mottagande sidan återställer parametrarna till sina ursprungliga värden. Spara mycket på trådtjocklek.

Idag visas det: likströmsöverföring är ekonomiskt mer lönsam. Tesla förändrade historiens gång. Om en forskare hade kommit på DC/DC-omvandlare, skulle världen ha sett annorlunda ut.

Den aktiva användningen av växelström initierades av Nikola Tesla, som skapade en tvåfasmotor. Experiment med överföring av energi över avsevärda avstånd har satt fakta på sin plats: det är obekvämt att överföra produktionen till Niagarafallsområdet, det är mycket lättare att lägga en linje till destinationen.

Skolversion av tolkningen av växelström och likström

Växelström uppvisar ett antal egenskaper som skiljer fenomenet från likström. Låt oss först vända oss till historien om upptäckten av fenomenet. Otto von Guericke anses vara växelströmmens förfader i mänsklighetens vardag. Han var den första att lägga märke till: naturliga laddningar av två tecken. Strömmen kan flyta i olika riktningar. När det gäller Tesla var ingenjören mer intresserad av den praktiska delen, författarens föreläsningar nämner två experimentörer av brittiskt ursprung:

1. William Spottiswood fråntas den ryskspråkiga Wikipedia-sidan, den nationella delen är förtegen om arbete med växelström. Liksom Georg Ohm är en vetenskapsman en begåvad matematiker, det återstår att beklaga att det är svårt att ta reda på vad exakt vetenskapens make höll på med.
2. James Edward Henry Gordon är mycket närmare den praktiska delen av frågan om att använda el. Han experimenterade mycket med generatorer, utvecklade en egen design med en kapacitet på 350 kW. Han ägnade mycket uppmärksamhet åt belysning, strömförsörjning av fabriker och anläggningar.

Man tror att de första generatorerna skapades på 30-talet av XIX-talet. Michael Faraday undersökte experimentellt magnetiska fält. Experimenten väckte avundsjuka hos Sir Humphrey Davy, som kritiserade studenten för plagiat. Det är svårt för ättlingarna att ta reda på riktigheten, faktum kvarstår: växelströmmen har funnits outtagna i ett halvt sekel. Under första hälften av 1800-talet uppfanns en elmotor (av Michael Faraday). Arbetade med likström.

Nikola Tesla gissade först att förverkliga Aragos teori om ett roterande magnetfält. Det tog två AC-faser (90 graders offset). Längs vägen noterade Tesla: mer komplexa konfigurationer är möjliga (patenttext). Senare försökte uppfinnaren av trefasmotorn, Dolivo-Dobrovolsky, förgäves att patentera idén till ett fruktbart sinne.

Under lång tid förblev växelström outtagna. Edison motsatte sig införandet av fenomenet i vardagen. Industrimannen var rädd för stora ekonomiska förluster.

Nikola Tesla studerade elektriska maskiner

Varför används växelström oftare än likström

Forskare har nyligen visat att det är mer lönsamt att överföra likström. Förlusterna av linjestrålning minskar. Nikola Tesla vände utvecklingen av historien, sanningen segrade.

Nikola Tesla: säkerhets- och effektivitetsfrågor

Nikola Tesla besökte ett konkurrerande Edison-företag för att främja ett nytt fenomen. Jag rycktes med, experimenterade ofta på mig själv. I motsats till Sir Humphrey Davy, som förkortade sitt liv genom att andas in olika gaser, nådde Tesla betydande framgångar: han erövrade milstolpen på 86 år. Forskaren upptäckte att en förändring av strömflödets riktning med en hastighet på mer än 700 gånger per sekund gör processen säker för människor.

Under sina föreläsningar tog Tesla en glödlampa med en platinaglödtråd med händerna, demonstrerade enhetens glöd och skickade högfrekventa strömmar genom sin egen kropp. Han hävdade att fenomenet är ofarligt, till och med fördelaktigt för hälsan. Strömmen, som flyter över hudens yta, rengör samtidigt. Tesla sa att de gamla tidens experimenterande (se ovan) missade fantastiska fenomen av de angivna skälen:

• Imperfekta mekaniska generatorer. Det roterande fältet användes i bokstavlig mening: med hjälp av motorn snurrades rotorn. En liknande princip är maktlös för att producera högfrekventa strömmar. Idag är det problematiskt, trots den nuvarande teknikutvecklingsnivån.
• I det enklaste fallet användes manuella brytare. Det finns inget att säga om höga frekvenser.

Tesla själv använde fenomenet laddning och urladdning av en kondensator. Vi menar RC-kedja. När den laddas till en viss nivå börjar kondensatorn laddas ur genom motståndet. Parametrarna för elementen bestämmer hastigheten för processen som fortskrider enligt den exponentiella lagen. Tesla fråntas möjligheten att använda metoder för att styra kretsar med halvledarswitchar. Termiondioder har varit kända. Låt oss våga föreslå att Tesla skulle kunna använda produkter genom att imitera zenerdioder, som fungerar med ett reversibelt haveri.

Säkerhetsfrågorna fråntas dock den hedervärda förstaplatsen. Frekvensen på 60 Hz (allmänt accepterad av USA) föreslogs av Nikola Tesla, som optimal för driften av motorer av hans egen design. Mycket annorlunda än det säkra sortimentet. Det är lättare att konstruera en generator. Växelström överträffar likström i båda bemärkelserna.

Genom luften

Än i dag finns det misslyckade tvister angående upptäckaren av radio. En vågs passage genom etern upptäcktes av Hertz, som beskrev rörelselagarna och visade en optisk affinitet. Idag är det känt: växelfältet fårar utrymmet. Popov (1895) använde fenomenet när han sände det första jordiska meddelandet "Heinrich Hertz".

Vi ser att förståsigpåare är vänliga mot varandra. Hur mycket respekt det första meddelandet visar. Datumet är fortfarande kontroversiellt, varje stat vill tilldela företräde odelat. Växelströmmen skapar ett fält som fortplantar sig genom etern.

Idag är sändningsband, fönster, atmosfärsväggar, olika medier (vatten, gaser) välkända. Frekvensen spelar en viktig roll. Det har fastställts att varje signal kan representeras av summan av elementära sinusformade oscillationer (enligt Fouriers satser). Spektralanalys arbetar med de enklaste övertonerna. Den totala effekten anses vara resultatet av de elementära komponenterna. En godtycklig signal bryts ner av Fouriertransformen.

Atmosfärsfönster definieras på liknande sätt. Vi kommer att se frekvenserna passera genom tjockleken, bra och dåliga. Det senare visar sig inte alltid vara en negativ effekt. Mikrovågor använder 2,4 GHz-frekvenser, som stötabsorberas av vattenånga. Vågor är värdelösa för kommunikation, men de är bra för kulinariska förmågor!

Nykomlingar är oroade över vågens utbredning genom luften. Låt oss diskutera den gåta som forskare inte löste mer i detalj.

Hertz vibrator, eter, elektromagnetisk våg

Förhållandet mellan elektriska och magnetiska fält demonstrerades första gången 1821 av Michael Faraday. Lite senare visade de: kondensatorn är lämplig för att skapa svängningar. Det kan inte sägas att sambandet mellan de två händelserna omedelbart insågs. Felix Savary tömde Leyden-burken genom en choke, vars kärna var en stålnål.

Det är inte säkert känt vad astronomen försökte uppnå, resultatet var märkligt. Ibland visade sig nålen vara magnetiserad i en riktning, ibland i motsatt riktning. Generatorström av samma tecken. Forskaren drog korrekt slutsatsen: en dämpad oscillerande process. Vet inte riktigt den induktiva, kapacitiva reaktansen.

Teorin om processen sammanfattades senare. Experimenten upprepades av Joseph Henry, William Thompson, som bestämde resonansfrekvensen: där processen varade under en maximal tidsperiod. Fenomenet gjorde det möjligt att kvantitativt beskriva beroendet av kretsens egenskaper på de ingående elementen (induktans och kapacitans). År 1861 härledde Maxwell de berömda ekvationerna, en konsekvens är särskilt viktig: "Ett alternerande elektriskt fält genererar ett magnetiskt och vice versa."

En våg uppträder, induktionsvektorerna är inbördes vinkelräta. Upprepa formen av genereringsprocessen rumsligt. Vågen surfar på etern. Fenomenet användes av Heinrich Hertz, vecklade ut kondensatorplattorna i rymden, planen blev sändare. Popov gissade på att lägga information i en elektromagnetisk våg (modulera), som används överallt idag. Dessutom, på luften och inuti halvledarteknik.

Var används växelström

Växelström är grunden för funktionsprincipen för de flesta enheter som är kända idag. Det är lättare att säga var konstanten används, läsarna kommer att dra slutsatser:

1. Likström används i batterier. Variabel genererar rörelse - kan inte lagras av moderna enheter. Sedan, i enheten, omvandlas elektricitet till önskad form.
2. Effektiviteten hos DC-borstade motorer är högre. Av denna anledning är det fördelaktigt att använda dessa sorter.
3. Magneter verkar med likström. Till exempel porttelefoner.
4. Den konstanta spänningen appliceras av elektroniken. Den förbrukade strömmen varierar inom vissa gränser. Inom industrin kallas det permanent.
5. Konstant spänning appliceras av katodstrålerör för att skapa potential, öka katodemissionen. Vi kommer att kalla fallen analoga med strömförsörjning för halvledarteknik, även om skillnaden ibland är betydande.

I andra fall visar växelström en betydande fördel. Transformatorer är en integrerad del av tekniken. Även vid svetsning dominerar inte alltid likström, men all modern utrustning av denna typ har en växelriktare. Det är mycket lättare och bekvämare att få anständiga tekniska egenskaper.

Även om historiskt sett var statiska laddningar de första som erhölls. Låt oss komma ihåg ullen och bärnstenen som Thales av Miletsky arbetade med.

Konstant elektrisk ström är rörelsen av laddade partiklar i en viss riktning. Det vill säga att dess stress eller kraft (karakteriserande storheter) har samma betydelse och riktning. Det är så likström skiljer sig från växelström. Men låt oss titta på allt i ordning.

Historien om uppkomsten och "strömningskriget"

Likström kallades tidigare galvanisk på grund av att den upptäcktes som ett resultat av en galvanisk reaktion. försökte överföra den genom elektriska överföringsledningar. På den tiden fanns det allvarliga tvister mellan forskare i denna fråga. De fick till och med namnet "strömningskrig". Frågan om valet som huvud, variabel eller konstant avgjordes. "Kampen" vanns av en alternativ form, eftersom den permanenta lider av betydande förluster, sänds på avstånd. Men att transformera växelformen är inte svårt, det är så här likström skiljer sig från växelström. Därför är den senare lätt att sända även över stora avstånd.

Källor för likström

Batterier eller andra enheter kan fungera som en källa, där det sker genom en kemisk reaktion.

Dessa är generatorer, där det erhålls som ett resultat, och efter det korrigeras det på bekostnad av samlaren.

Ansökan

I olika enheter används likström ganska ofta. Till exempel arbetar många hushållsapparater, laddare och bilgeneratorer med det. Alla bärbara apparater drivs av en källa som ger en permanent vy.

Den används kommersiellt i motorer och batterier. Och i vissa länder är de utrustade med högspänningsledningar.

Inom medicin utförs hälsoprocedurer med likström.

På järnvägen (för transporter) används både rörliga och permanenta typer.

Växelström

Oftast används det dock. Här är medelvärdet av kraft och spänning under en viss period lika med noll. I storlek och riktning förändras den ständigt, och med lika tidsintervall.

För att inducera växelström används generatorer i vilka detta sker vid elektromagnetisk induktion. Detta sker med hjälp av en magnet som roterar i en cylinder (rotor) och en stator i form av en fast kärna med en lindning.

Växelström används i radio, tv, telefoni och många andra system på grund av att dess spänning och effekt kan omvandlas utan att förlora energi.

Det används ofta i industrin, såväl som för belysningsändamål.

Det kan vara enfas och flerfas.

Som förändras enligt den sinusformade lagen, är enfas. Den förändras under en viss tidsperiod (period) i storlek och riktning. AC-frekvensen är antalet cykler per sekund.

I det andra fallet är den mest utbredda trefasvarianten. Detta är ett system med tre elektriska kretsar som har samma frekvens och EMF, ur fas med 120 grader. Den används för att driva elmotorer, ugnar, belysningsarmaturer.

Många utvecklingar inom elektricitetsområdet och deras praktiska tillämpning, såväl som inverkan på högfrekvent växelström, är mänskligheten skyldig den store vetenskapsmannen Nikola Tesla. Hittills är inte alla hans verk, lämnade till eftervärlden, kända.

Hur skiljer sig likström från växelström och vad är dess väg från källa till konsument?

Så en växelström kallas en ström som kan ändras i riktning och storlek under en viss tid. De parametrar som uppmärksammas är frekvens och spänning. I Ryssland, i hushållens elektriska nätverk, levereras växelström med en spänning på 220 V och en frekvens på 50 Hz. Frekvensen för en växelström är antalet förändringar i riktningen av partiklar med en given laddning per sekund. Det visar sig att den vid 50 Hz ändrar riktning femtio gånger, på vilket sätt skiljer sig likströmmen från den alternerande.

Dess källa är uttag till vilka hushållsapparater är anslutna under olika spänningar.

Växelström börjar sin rörelse från kraftverk, där det finns kraftfulla generatorer, varifrån den kommer ut med en spänning på 220 till 330 kV. Sedan går det in på vilka som ligger nära hus, företag och andra strukturer.

I transformatorstationen flyter strömmen under en spänning på 10 kV. Där omvandlas den till en trefasspänning på 380 V. Ibland med en sådan indikator går strömmen direkt till objekt (där kraftfull produktion är organiserad). Men i princip reduceras den till 220 V.

Omvandling

Det är tydligt att vi får växelström i uttagen. Men ofta behöver elektriska apparater en konstant titt. För detta ändamål används speciella likriktare. Processen består av följande steg:

• ansluta en bro med fyra dioder med den erforderliga effekten;
• ansluta ett filter eller en kondensator till utgången från bryggan;
• anslutning av spänningsstabilisatorer för att minska rippel.

Omvandling kan ske både från AC till DC och vice versa. Men det senare fallet kommer att bli mycket svårare att genomföra. Du behöver växelriktare, som bland annat inte är billiga alls.