Iako električni uređaji koristimo svaki dan svakodnevni život, ne može svatko odgovoriti kako se razlikuje AC od stalnog, unatoč činjenici da se o tome raspravlja unutar školski plan i program. Stoga se ima smisla prisjetiti osnovnih načela.

Opće definicije

Fizikalni proces u kojem se nabijene čestice gibaju na uredan (usmjeren) način naziva se električna struja. Obično se dijeli na varijabilni i konstantni. U prvom smjer i veličina ostaju nepromijenjeni, dok se u drugom te karakteristike mijenjaju prema određenom obrascu.

Gornje definicije su uvelike pojednostavljene, iako objašnjavaju razliku između istosmjerne i izmjenične struje. Da bismo bolje razumjeli u čemu je ta razlika, potrebno je dati grafička slika svaki od njih, te također objasnite kako se formira varijabla elektromotorna sila u izvoru. Da bismo to učinili, obratimo se elektrotehnici, odnosno njezinim teorijskim temeljima.

EMF izvori

Postoje dvije vrste izvora električne struje bilo koje vrste:

• primarni, uz njihovu pomoć, električna energija se stvara pretvaranjem mehaničke, sunčeve, toplinske, kemijske ili druge energije u električnu energiju;
• sekundarne, ne stvaraju električnu energiju, već je pretvaraju npr. iz promjenljive u stalnu ili obrnuto.

Jedini primarni izvor izmjenične električne struje je generator; pojednostavljena shema takvog uređaja prikazana je na slici.

Oznake:

• 1 – smjer vrtnje;
• 2 – magnet s polovima S i N;
• 3 – magnetsko polje;
• 4 – žičani okvir;
• 5 – EMF;
• 6 – prstenasti kontakti;
• 7 – odvodnici struje.

Princip rada

Generator prikazan na slici pretvara mehaničku energiju u električnu energiju na sljedeći način:

zbog takvog fenomena kao elektromagnetska indukcija, kada se okvir "4" okreće, postavljen u magnetsko polje "3" (nastaje između različitih polova magneta "2"), u njemu se formira emf "5". Napon se dovodi u mrežu preko kolektora struje "7" iz prstenastih kontakata "6", na koje je spojen okvir "4".

Video: izravna i izmjenična struja - razlike

Što se tiče veličine EMF-a, ona ovisi o brzini presijecanja dalekovoda "3" s okvirom "4". Zbog karakteristika elektromagnetskog polja, minimalna brzina prelaska, a time i najmanja vrijednost elektromotorne sile, bit će u trenutku kada je okvir u vertikalni položaj, prema tome, maksimum je u horizontali.

Uzimajući u obzir gore navedeno, u procesu ravnomjerne rotacije inducira se emf, čije se karakteristike veličine i smjera mijenjaju s određenim periodom.

Grafičke slike

Zahvaljujući aplikaciji grafička metoda, možete dobiti vizualni prikaz dinamičke promjene razne veličine. Ispod je grafikon promjena napona tijekom vremena za 3336L (4,5 V) galvansku ćeliju.

Kao što vidite, grafikon je ravna linija, odnosno napon izvora ostaje nepromijenjen.

Sada prikazujemo graf dinamike promjena napona tijekom jednog ciklusa (puni okretaj okvira) generatora.

Na vodoravnoj osi prikazan je kut rotacije u stupnjevima, na okomitoj osi prikazana je veličina emf (napona)

Radi jasnoće, prikazat ćemo početni položaj okvira u generatoru, koji odgovara početnoj točki izvješća na grafikonu (0°)

Oznake:

• 1 – polovi magneta S i N;
• 2 – okvir;
• 3 – smjer rotacije okvira;
• 4 – magnetsko polje.

Sada da vidimo kako će se EMF promijeniti tijekom jednog ciklusa rotacije okvira. U početni položaj EMF će biti nula. Tijekom procesa rotacije, ova vrijednost će početi glatko rasti, dosežući maksimum u trenutku kada je okvir pod kutom od 90°. Daljnja rotacija okvira dovest će do smanjenja EMF-a, dosežući minimum u trenutku rotacije za 180 °.

Nastavljajući proces, možete vidjeti kako elektromotorna sila mijenja smjer. Priroda promjena u EMF-u koji je promijenio smjer bit će ista. To jest, počet će se postupno povećavati, dosežući vrhunac u točki koja odgovara rotaciji od 270°, nakon čega će se smanjivati ​​dok okvir ne završi puni ciklus rotacije (360°).

Ako se graf nastavi nekoliko ciklusa rotacije, vidjet ćemo sinusoidnu karakteristiku izmjenične struje. Njegov period će odgovarati jednom okretaju okvira, a njegova amplituda će odgovarati maksimalnoj vrijednosti EMF (naprijed i unatrag).

Sada prijeđimo na drugu važna karakteristika izmjenična struja – frekvencija. Za njegovu oznaku prihvaćeno je latinično slovo“f”, a njegova mjerna jedinica je herc (Hz). Ovaj parametar prikazuje broj kompletnih ciklusa (perioda) promjene EMF-a unutar jedne sekunde.

Frekvencija se određuje formulom: . Parametar "T" prikazuje vrijeme jednog puni ciklus(razdoblje), mjereno u sekundama. U skladu s tim, znajući učestalost, lako je odrediti vrijeme razdoblja. Na primjer, u svakodnevnom životu koristi se električna struja s frekvencijom od 50 Hz, stoga će njezino razdoblje biti dvije stotinke sekunde (1/50 = 0,02).

Trofazni generatori

Imajte na umu da najekonomičnije na profitabilan način Za dobivanje izmjenične struje koristit će se trofazni generator. Pojednostavljeni dijagram njegovog dizajna prikazan je na slici.

Kao što vidite, generator koristi tri zavojnice postavljene s pomakom od 120 °, međusobno povezane trokutom (u praksi se takav spoj namota generatora ne koristi zbog niske učinkovitosti). Kada jedan od polova magneta prođe pored zavojnice, u njemu se inducira EMF.

Što je razlog raznolikosti električnih struja?

Mnogi mogu imati dobro utemeljeno pitanje - zašto koristiti takvu raznolikost električnih struja ako možete odabrati jednu i učiniti je standardnom? Stvar je u tome što nije svaka vrsta električne struje prikladna za rješavanje određenog problema.

Kao primjer navodimo uvjete pod kojima se koristi stalni napon neće biti samo neisplativo, nego ponekad i nemoguće:

• zadatak prijenosa napona na udaljenosti je lakše implementirati za izmjenični napon;
• gotovo je nemoguće pretvoriti istosmjernu električnu struju za heterogene električne krugove koji imaju neizvjesnu razinu potrošnje;
• podrška potrebna razina napon u krugovima istosmjerne struje mnogo je složeniji i skuplji od izmjenične struje;
• motori za izmjenični napon konstrukcijski su jednostavniji i jeftiniji nego za istosmjerni napon. Ovdje treba napomenuti da za takve motore (asinhrone) visoka razina početna struja, što im ne dopušta korištenje za rješavanje određenih problema.

Sada dajemo primjere problema gdje je prikladnije koristiti konstantni napon:

• za promjenu brzine vrtnje asinkroni motori potrebno je promijeniti frekvenciju mreže napajanja, što zahtijeva složenu opremu. Za motore koji rade na istosmjernu struju dovoljno je promijeniti napon napajanja. Zato se ugrađuju u električna vozila;
• prehrana elektronički sklopovi, opremu za galvanizaciju i mnoge druge uređaje također nosi konstantna električna struja;
• Istosmjerni napon je mnogo sigurniji za ljude od izmjeničnog napona.

Na temelju gore navedenih primjera, postoji potreba za korištenjem razne vrste napon.

Koja je razlika između izmjenične i istosmjerne struje

Opći koncept električna struja može se izraziti kao kretanje različitih nabijenih čestica (elektrona, iona) u određenom smjeru. A njegova se vrijednost može karakterizirati brojem nabijenih čestica koje su prošle kroz vodič u određenom vremenskom razdoblju.

Ako nabijene čestice vrijednosti 1 kulona prođu kroz određeni presjek vodiča u vremenu od 1 sekunde, tada možemo govoriti o jakosti struje od 1 ampera koja teče kroz vodič. Ovo određuje broj ampera ili struje. Ovaj opći koncept trenutni Sada pogledajmo koncept varijable i DC i njihove razlike.

Istosmjerna električna struja, po definiciji, je struja koja teče samo u jednom smjeru i ne mijenja se tijekom vremena. Izmjeničnu struju karakterizira činjenica da tijekom vremena mijenja svoj smjer i veličinu. Ako je istosmjerna struja grafički prikazana kao pravac, tada izmjenična struja teče vodičem po sinusnom zakonu i grafički se prikazuje kao sinusni val.

Budući da se izmjenična struja mijenja prema zakonu sinusoide, ona ima parametre kao što je razdoblje punog ciklusa, čije je vrijeme označeno slovom T. Frekvencija izmjenične struje je inverzna od razdoblja punog ciklusa . Frekvencija izmjenične struje izražava se brojem potpunih perioda u određenom vremenskom razdoblju (1 sec).

U našoj izmjeničnoj mreži postoji 50 takvih razdoblja, što odgovara frekvenciji od 50 Hz. F = 1/T, gdje je period za 50 Hz 0,02 sek. F = 1/0,02 = 50 Hz. Označava se izmjeničnom strujom engleskim slovima AC i znak "~". Istosmjerna struja označena je istosmjernom strujom i ima simbol "-". Osim toga, izmjenična struja može biti jednofazna ili višefazna. Uglavnom se koristi trofazna mreža.

Zašto postoji izmjenični napon u mreži, a ne konstantan?

Izmjenična struja ima mnoge prednosti u odnosu na istosmjernu struju. Mali gubici pri prijenosu izmjenične struje u električnim vodovima (dalekovodima) u usporedbi s istosmjernom strujom. Alternatori su jednostavni i jeftini. Kada se prenosi na velike udaljenosti duž dalekovoda, visoki napon doseže 330 tisuća volti uz minimalnu struju.

Što je manja struja u dalekovodu, manji su gubici. Prijenos istosmjerne struje na velike udaljenosti uzrokovat će znatne gubitke. Također, visokonaponski alternatori su puno jednostavniji i jeftiniji. Iz izmjeničnog napona lako je dobiti više niskog napona kroz jednostavne transformatore.

Također, puno je jeftinije dobiti istosmjerni napon iz izmjeničnog napona nego, naprotiv, koristiti skupe DC-AC naponske pretvarače. Takvi pretvarači imaju nisku učinkovitost i velike gubitke. Dvostruka pretvorba koristi se duž puta prijenosa izmjenične struje.

Najprije prima 220 - 330 kV od generatora, te ga prenosi na velike udaljenosti do transformatora, koji snižavaju visoki napon na 10 kV, a zatim postoje trafostanice koje snižavaju visoki napon na 380 V. Iz tih trafostanica električna energija distribuira se potrošačima i opskrbljuje kućama i električnim pločama stambenih zgrada.

Tri faze trofazna struja pomaknut za 120 stupnjeva

Za jednofazni napon karakteriziran jednom sinusoidom, a za trofazne tri sinusoide, pomaknute jedna prema drugoj za 120 stupnjeva. Trofazna mreža također ima svoje prednosti jednofazne mreže. To su manji gabariti transformatora, elektromotori su također konstruktivno manji.

Moguće je promijeniti smjer vrtnje rotora asinkroni elektromotor. U trofazna mreža možete dobiti 2 napona - 380 V i 220 V, koji se koriste za promjenu snage motora i podešavanje temperature grijaćih elemenata. Korištenjem trofaznog napona u rasvjeti može se eliminirati treperenje fluorescentne svjetiljke, za koje su spojeni na različite faze.

Istosmjerna struja se koristi u elektronici i svim kućanskim aparatima, jer se lako pretvara iz izmjenične struje tako da se na transformatoru podijeli na željenu vrijednost i dalje izravna. Izvor istosmjerne struje su akumulatori, baterije, generatori istosmjerne struje, led paneli. Kao što vidite, razlika u izmjeničnoj i istosmjernoj struji je znatna. Sada smo naučili - Zašto kroz našu utičnicu teče izmjenična, a ne istosmjerna struja?

Sada je nemoguće zamisliti ljudsku civilizaciju bez električne energije. TV, kompjuteri, hladnjaci, sušila za kosu, perilice rublja- sve kućanskih aparata radi na tome. O industriji i velikim korporacijama da i ne govorimo. Glavni izvor energije za električne prijemnike je izmjenična struja. sta je ovo Koji su njegovi parametri i karakteristike? Koja je razlika između istosmjerne i izmjenične struje? Malo ljudi zna odgovore na ova pitanja.

Varijabla vs konstanta

Krajem devetnaestog stoljeća, zahvaljujući otkrićima na polju elektromagnetizma, povela se rasprava o tome kakvu je struju najbolje koristiti za zadovoljenje ljudskih potreba. Kako je sve počelo? Thomas Edison je 1878. osnovao svoju tvrtku, koja je kasnije postala slavni General Electric. Tvrtka se brzo obogatila i pridobila povjerenje investitora i običnih građana Sjedinjenih Američkih Država, jer je diljem zemlje izgrađeno nekoliko stotina istosmjernih elektrana. Edisonova zasluga leži u izumu trožilnog sustava. Istosmjerna struja je odlično radila s prvim elektromotori i žarulje sa žarnom niti. To su zapravo bili jedini prijamnici energije u to vrijeme. Brojač, koji je također bio izumio Edison, radio je isključivo na istosmjernu struju. Međutim, Edisonovoj tvrtki u razvoju suprotstavile su se konkurentske korporacije i izumitelji koji su htjeli suprotstaviti istosmjernu struju izmjeničnoj.

Nedostaci Edisonovog izuma

George Westinghouse, inženjer i poslovni čovjek, uočio je slabu kariku u Edisonovom patentu – ogromne gubitke u vodičima. Međutim, nije uspio razviti dizajn koji bi se mogao natjecati s ovim izumom. Koji je nedostatak Edisonove istosmjerne struje? Glavni problem je prijenos električne energije na daljinu. A budući da se s povećanjem povećava i otpor vodiča, to znači da će se povećati i gubici snage. Da biste smanjili ovu razinu, potrebno je ili povećati napon, a to će dovesti do smanjenja jakosti same struje ili zadebljati žicu (to jest, smanjiti otpor vodiča). U to vrijeme nije bilo načina za učinkovito povećanje istosmjernog napona, pa su Edisonove elektrane održavale napon blizu dvjesto volti. Nažalost, tokovi energije koji se prenose na ovaj način nisu mogli zadovoljiti potrebe industrijskih poduzeća. Istosmjerna struja ne može jamčiti proizvodnju električne energije moćni potrošači, koji su se nalazili na znatnoj udaljenosti od elektrane. I bilo je preskupo povećati debljinu žica ili izgraditi više stanica.

AC protiv DC

Zahvaljujući transformatoru koji je 1876. razvio inženjer Pavel Yablochkov, mijenjanje napona izmjenične struje bilo je vrlo jednostavno, što je omogućilo prijenos na stotine i tisuće kilometara. Međutim, u to vrijeme nije bilo motora koji su radili na izmjeničnu struju. Sukladno tome, nije bilo proizvodnih stanica niti prijenosnih mreža.

Izumi Nikole Tesle

Nedvojbena prednost konstante nije dugo trajala. Nikola Tesla, radeći kao inženjer u Edisonovoj tvrtki, shvatio je da istosmjerna struja ne može opskrbiti čovječanstvo električnom energijom. Već 1887. Tesla je dobio nekoliko patenata za uređaje za izmjeničnu struju. Počela je cijela borba za više učinkoviti sustavi. Teslini glavni konkurenti bili su Thomson i Stanley. A 1888. godine, srpski inženjer je odnio čistu pobjedu, koji je osigurao sustav sposoban za transport električna energija preko udaljenosti od stotina milja. Westinghouse je brzo prihvatio mladog izumitelja. Međutim, odmah je počeo sukob između tvrtki Edison i Westinghouse. Već 1891. Tesla je razvio trofazni sustav izmjenične struje, koji je omogućio pobjedu na natječaju za izgradnju ogromnog električna stanica. Od tada je izmjenična struja jasno preuzela vodeću poziciju. Trajni je gubio tlo na svim frontama. Pogotovo kada su se pojavili ispravljači koji su mogli pretvarati izmjeničnu struju u istosmjernu, što je postalo zgodno za sve prijemnike.

Definicija izmjenične struje

Primjer jednostavnog generatora

Kao najviše jednostavan izvor Koriste pravokutni okvir izrađen od bakra, koji je montiran na osi i rotira u magnetskom polju pomoću remenskog pogona. Krajevi ovog okvira zalemljeni su bakrenim kliznim prstenima koji klize preko četkica. Magnet stvara magnetsko polje jednoliko raspoređeno u prostoru. Gustoća linija magnetske sile ovdje je ista u bilo kojem dijelu. Rotirajući okvir prelazi te linije i na njegovim stranama inducira se izmjenična elektromotorna sila (EMS). Sa svakom rotacijom, smjer ukupnog EMF-a se mijenja, budući da radne strane okvira prolaze kroz različite polove magneta po okretaju. Budući da se brzina sjecišta linija sile mijenja, veličina elektromotorne sile također postaje drugačija. Stoga, ako se okvir jednoliko okreće, inducirana elektromotorna sila će se povremeno mijenjati iu smjeru iu veličini; ona se može mjeriti pomoću vanjskih instrumenata i, kao rezultat, koristiti za stvaranje izmjenične struje u vanjskim krugovima.

Sinusoidalnost

Što je to? Izmjenična struja se grafički karakterizira valovitom krivuljom - sinusoidom. Prema tome, EMF, struja i napon, koji se mijenjaju prema ovom zakonu, nazivaju se sinusoidnim parametrima. Krivulja je tako nazvana jer je slika trigonometrije promjenjiva veličina- sinus. Sinusoidna priroda izmjenične struje je najčešća u cijeloj elektrotehnici.

Parametri i karakteristike

Izmjenična struja je pojava koju karakteriziraju određeni parametri. To uključuje amplitudu, frekvenciju i period. Potonji (označen slovom T) je vremenski period tijekom kojeg napon, struja ili EMF završavaju ciklus potpune promjene. Što se brže rotor generatora okreće, to će period biti kraći. Frekvencija (f) je broj kompletnih perioda struje, napona ili emf. Mjeri se u Hz (hercima) i označava broj perioda u jednoj sekundi. U skladu s tim, što je razdoblje dulje, to je niža učestalost. Amplituda fenomena kao što je izmjenična struja je njegova najveća vrijednost. Amplituda napona, struje ili elektromotorne sile napisana je slovima s indeksom "t" - U t I t, E t, redom. Često parametri i karakteristike izmjenične struje uključuju efektivnu vrijednost. Napon, struja ili emf koji djeluje u krugu u svakom trenutku vremena - trenutna vrijednost (označeno mala slova- i, u, e). Međutim, teško je procijeniti izmjeničnu struju, njen rad i toplinu koju stvara trenutna vrijednost, jer se ona stalno mijenja. Stoga se koristi struja koja karakterizira jakost istosmjerne struje koja pri prolasku kroz vodič oslobađa jednako topline kao i izmjenična struja.

U početku ljudi nisu znali što je struja. Statički naboj je bio poznat, ali nitko nije razumio niti razumio prirodu elektriciteta. Trebalo je mnogo stoljeća dok se Privjesak nije razvio vlastitu teoriju, a njemački svećenik von Klein otkrio je da je staklenka sposobna skladištiti energiju. U vrijeme kada je Van de Graaff stvorio prvi generator, svi su već znali razliku između istosmjerne i izmjenične struje.

Povijest izmjenične i istosmjerne električne struje

Dugo vremena, na primjer, ljudi su vidjeli da kristal turmalina privlači pepeo. Usput, svojstva piezoelektriciteta prvi put su opisana na primjeru turmalina.

Početkom 19. stoljeća pokazano je da zagrijani kristal dobiva električni naboj. Zbog deformacije nastala su dva pola:

• Južni (analogno).
• Sjeverni (antilogičan).

Štoviše, ako temperatura nakon zagrijavanja ostane konstantna, električna energija nestaje. Zatim se tijekom hlađenja bilježi pojava polova. Ispada da kristal turmalina proizvodi elektricitet kada se temperatura promijeni. Daljnja istraživanja su pokazala da veličina potencijala ovisi o:

1. Presjek kristala (presječen preko polova).
2. Temperaturne razlike.

Ostali čimbenici ne utječu na iznos naknade. Ova pojava se naziva piroelektricitet. Turmalinski dielektrik polako se punio strujom koja je tekla unutra. A naboj je ostao na mjestu (određena područja površine) zahvaljujući svojim izolacijskim svojstvima. Sve dok se polovi turmalina ne spoje vodičem, kristal će nastaviti akumulirati naboj kako se temperatura mijenja. Pravac koji povezuje polove nazvan je piroelektrična os.

Piezoelektricitet je otkrio slavni bračni par Curie na temelju turmalina 1880. godine. Shvatilo se da će se, kada se veličina kristala promijeni, početi stvarati naboji; preostaje samo smisliti tehniku ​​za izvođenje eksperimenta. Curie je za to upotrijebio statički tlak obične mase. Pokus se provodi na izolacijskoj površini. Na primjer, masa od 1 kg uzrokuje pojavu turmalina u kristalu električni naboj unutar petstotinki statičkih jedinica.

Kako se pojavljuje električna struja?

Zanimljivo je da još uvijek nije stvorena koherentna teorija o opisanom fenomenu. Važno je napomenuti da u prirodi postoje dobiveni naboji razne metode. Za vrijeme grmljavinske oluje to se događa zbog sila trenja zračnih masa, molekula vlage i drugih pojava. Zemlja je negativno nabijena, struja neprestano teče prema gore kroz atmosferu. Struja je kretanje nositelja naboja zbog određenih razloga. Na primjer, potencijalne razlike su razlike u razinama nositelja između dvije točke u prostoru.

Usporedimo to s tlakom vode. Kada se prepreka ukloni, protok će juriti u smjeru nižeg tlaka. Sada uzmimo analogiju s kristalom turmalina. Recimo da se na njegovim krajevima pojavljuju naboji. Zatim ćete morati izazvati kretanje, na primjer, bakrenom žicom. Spojimo polove i poteći će električna struja. Kretanje nositelja će se nastaviti dok se potencijal ne izjednači. U ovom slučaju, kristal se isprazni.

Nemoguće je reći o varijabilnosti ili postojanosti struje tijekom navedenog procesa. Izmjenična i istosmjerna struja su fizikalni ideali, a koriste se zbog relativne lakoće dobivanja matematički modeli te ih koristiti za upravljanje tehnološkom opremom.

Električna struja u stvarnosti

U praksi oblik struje (gustoća naboja u odnosu na vrijeme) nije sinusoidan. Po razni razlozi prikaz grafikona je iskrivljen. To se, primjerice, događa kada se oprema pokreće i zaustavlja zbog induciranih smetnji različite prirode. Oblik izmjenične i istosmjerne struje je iskrivljen. Štoviše, odavno je utvrđeno da to šteti opremi. Za borbu protiv takve pošasti bile su potrebne metode, a matematičari su došli do spektralne analize.

Oscilacija bilo kojeg oblika može se prikazati kao zbroj s različitim specifičnim težinama najjednostavnijih sinusoida. različite frekvencije. Ispostavilo se da se masa komponenti kreće duž kruga istovremeno, zajedno proizvodeći struju. Štoviše, ne kreću se sve komponente nužno u isto vrijeme kao i glavna masa. Zamislite elemente kao skupinu mrava, od kojih svaki vuče u svom smjeru, a rezultirajući učinak uzrokuje da se teret kreće samo u jednom smjeru. Spomenimo da svaka komponenta osim koeficijenta (amplitude) ima i fazu (smjer), te se naziva harmonik.

Kaskade opreme su dizajnirane tako da korisne frekvencije (uglavnom 50 Hz) prolaze unutar uređaja, a ostatak ide u zemlju. Označen je znak za rješavanje poteškoće spomenute na početku. Svaka oscilacija predstavlja se kao skup korisnih i štetnih signala, na temelju toga oprema mora biti projektirana na odgovarajući način. Na primjer, svi prijamnici rade na opisanom principu: selektivno propuštaju struju potrebna frekvencija. To omogućuje prekid smetnji, a val se prenosi uz minimalno izobličenje na velike udaljenosti.

Primjeri korištenja izmjenične i istosmjerne struje

Struja pražnjenja akumulatora automobila smatra se približno konstantnom. Napon ovdje postupno pada, pa stoga, čak i uz isto opterećenje, učinak varira kronometrijski. Općenito, to se događa glatko. Struja teče u jednom smjeru i ima približno konstantnu gustoću. Djeluju slično:

1. Baterija za mobitel.
2. Bilo koja vrsta baterije.
3. Baterija za prijenosno računalo.

U prirodi ne postoje izvori istosmjerne struje (generatori), osim Majke Zemlje. Za osobu je mnogo prikladnije stvoriti rotore koji, rotirajući na određenoj frekvenciji, stvaraju uvjete za stvaranje izmjenične električne struje u zavojnicama statora. Zatim industrijska frekvencija od 50 Hz prolazi kroz žice i isporučuje se potrošaču kroz trafostanicu.

Adapteri se mogu smatrati istosmjernim izvorom. To su uređaji koji pretvaraju izmjeničnu struju u istosmjernu. Recimo mobiteli to je +5 V, a mobilni radio karakterizira veliki raspon. DC uređaj može raditi samo s nazivnom snagom za koju je dizajniran. U suprotnom, ili je učinak smanjen, ili je, uz velika odstupanja, moguć potpuni kvar.

Ovo se odnosi i na izmjeničnu i na istosmjernu struju. Sada je došlo vrijeme da se kaže da se u industriji ne prakticira pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu i obrnuto. Radi ekonomičnosti motori rade na tri faze. Svaki se smatra izmjeničnom strujom s frekvencijom od 50 Hz. Gore smo rekli da svaki harmonik ima fazu. U slučaju koji se razmatra, faza je 120 stupnjeva. Krug je formiran za 360 stupnjeva. Ispada da su tri faze jednako udaljene jedna od druge. U ovakvoj situaciji generatorima hidroelektrana lakše je proizvesti energiju koja nepromijenjena ulazi u domove. Ali jedina faza izmjenične struje ulazi u stan.

Eto zašto kućanskih aparata Po unutarnja struktura vrlo različite od industrijskih. AC parametri se smatraju važnima. U svakoj su državi standardizirani i strogo ih se pridržava. AC parametri uključuju:

1. Efektivna vrijednost napon - uzrokuje konstantu identične vrijednosti u običnom vodiču. Efektivna vrijednost je ispod amplitude za korijen dva puta ili blizu navedene. Zahtjevi za Rusku Federaciju su 220-230 V plus ili minus 10% nominalne vrijednosti.
2. Frekvencija izmjenične struje podliježe povećanim strožim zahtjevima. Granica odstupanja od 50 Hz mjeri se u desetinkama postotka. Zato se tolika pažnja posvećuje stabilizaciji gibanja osovine hidroelektrana. Parametar ovisi o brzini njegove rotacije.
3. Nelinearna izobličenja se smatraju zasebnom temom. Mnogo je zahtjeva, nije se lako odlučiti. Posebno su strogo normirani harmonici osnovne frekvencije, npr.: 100, 150, 200, 250 Hz.

Slični zahtjevi vrijede za parametre istosmjerne struje. Recimo poznato automobilske baterije zapravo, oni uključuju u arsenal ne 12, već 14 V. Kako pražnjenje napreduje, napon pada. Ako je na bateriji registriran napon od 11,9 V, banka se smatra neispravnom. Predlažemo da pažljivo pročitate upute. Dodajmo: u odvojena prijenosna računala Postoji punjenje radi očuvanja energije baterije. U ovom slučaju, razina se održava unutar dvije trećine pune razine. Vjeruje se da će tada baterija duže trajati.

Dakle, zahtjevi su usmjereni na održavanje dugoročnog i ispravnog rada opreme. Parametri istosmjerne i izmjenične struje smatraju se faktorom koji određuje pouzdanost i performanse sustava.

Iako električne uređaje koristimo svakodnevno u svakodnevnom životu, ne može svatko odgovoriti na razliku između izmjenične i istosmjerne struje, unatoč činjenici da se to uči u školskom kurikulumu. Stoga se ima smisla prisjetiti osnovnih načela.

Opće definicije

Fizikalni proces u kojem se nabijene čestice gibaju na uredan (usmjeren) način naziva se električna struja. Obično se dijeli na varijabilni i konstantni. U prvom smjer i veličina ostaju nepromijenjeni, dok se u drugom te karakteristike mijenjaju prema određenom obrascu.

Gornje definicije su uvelike pojednostavljene, iako objašnjavaju razliku između istosmjerne i izmjenične struje. Da bismo bolje razumjeli u čemu je ta razlika, potrebno je dati grafički prikaz svake od njih, kao i objasniti kako se u izvoru stvara izmjenična elektromotorna sila. Da bismo to učinili, obratimo se elektrotehnici, odnosno njezinim teorijskim temeljima.

EMF izvori

Postoje dvije vrste izvora električne struje bilo koje vrste:

• primarni, uz njihovu pomoć, električna energija se stvara pretvaranjem mehaničke, sunčeve, toplinske, kemijske ili druge energije u električnu energiju;
• sekundarne, ne stvaraju električnu energiju, već je pretvaraju npr. iz promjenljive u stalnu ili obrnuto.

Jedini primarni izvor izmjenične električne struje je generator; pojednostavljena shema takvog uređaja prikazana je na slici.

Oznake:

• 1 – smjer vrtnje;
• 2 – magnet s polovima S i N;
• 3 – magnetsko polje;
• 4 – žičani okvir;
• 5 – EMF;
• 6 – prstenasti kontakti;
• 7 – odvodnici struje.

Princip rada

Generator prikazan na slici pretvara mehaničku energiju u električnu energiju na sljedeći način:

Zbog takvog fenomena kao što je elektromagnetska indukcija, kada se okvir "4" okreće, postavljen u magnetsko polje "3" (nastaje između različitih polova magneta "2"), u njemu se formira emf "5". Napon se dovodi u mrežu preko kolektora struje "7" iz prstenastih kontakata "6", na koje je spojen okvir "4".

Video: izravna i izmjenična struja - razlike

Što se tiče veličine EMF-a, ona ovisi o brzini presijecanja dalekovoda "3" s okvirom "4". Zbog karakteristika elektromagnetskog polja, minimalna brzina križanja, a time i najmanja vrijednost elektromotorne sile, bit će u trenutku kada je okvir u okomitom položaju, odnosno maksimalna - u vodoravnom položaju.

Uzimajući u obzir gore navedeno, u procesu ravnomjerne rotacije inducira se emf, čije se karakteristike veličine i smjera mijenjaju s određenim periodom.

Grafičke slike

Zahvaljujući korištenju grafičke metode moguće je dobiti vizualni prikaz dinamičkih promjena u različitim veličinama. Ispod je grafikon promjena napona tijekom vremena za 3336L (4,5 V) galvansku ćeliju.

Kao što vidite, grafikon je ravna linija, odnosno napon izvora ostaje nepromijenjen.

Sada prikazujemo graf dinamike promjena napona tijekom jednog ciklusa (puni okretaj okvira) generatora.

Na vodoravnoj osi prikazan je kut rotacije u stupnjevima, na okomitoj osi prikazana je veličina emf (napona)

Radi jasnoće, prikazat ćemo početni položaj okvira u generatoru, koji odgovara početnoj točki izvješća na grafikonu (0°)

Oznake:

• 1 – polovi magneta S i N;
• 2 – okvir;
• 3 – smjer rotacije okvira;
• 4 – magnetsko polje.

Sada da vidimo kako će se EMF promijeniti tijekom jednog ciklusa rotacije okvira. U početnom položaju, EMF će biti nula. Tijekom procesa rotacije, ova vrijednost će početi glatko rasti, dosežući maksimum u trenutku kada je okvir pod kutom od 90°. Daljnja rotacija okvira dovest će do smanjenja EMF-a, dosežući minimum u trenutku rotacije za 180 °.

Nastavljajući proces, možete vidjeti kako elektromotorna sila mijenja smjer. Priroda promjena u EMF-u koji je promijenio smjer bit će ista. To jest, počet će se postupno povećavati, dosežući vrhunac u točki koja odgovara rotaciji od 270°, nakon čega će se smanjivati ​​dok okvir ne završi puni ciklus rotacije (360°).

Ako se graf nastavi nekoliko ciklusa rotacije, vidjet ćemo sinusoidnu karakteristiku izmjenične struje. Njegov period će odgovarati jednom okretaju okvira, a njegova amplituda će odgovarati maksimalnoj vrijednosti EMF (naprijed i unatrag).

Sada prijeđimo na drugu važnu karakteristiku izmjenične električne struje - frekvenciju. Za njegovo označavanje koristi se latinično slovo “f”, a mjerna jedinica mu je herc (Hz). Ovaj parametar prikazuje broj kompletnih ciklusa (perioda) promjene EMF-a unutar jedne sekunde.

Frekvencija se određuje formulom: . Parametar "T" prikazuje vrijeme jednog potpunog ciklusa (perioda), mjereno u sekundama. U skladu s tim, znajući učestalost, lako je odrediti vrijeme razdoblja. Na primjer, u svakodnevnom životu koristi se električna struja s frekvencijom od 50 Hz, stoga će njezino razdoblje biti dvije stotinke sekunde (1/50 = 0,02).

Trofazni generatori

Imajte na umu da je najisplativiji način dobivanja izmjenične struje korištenje trofaznog generatora. Pojednostavljeni dijagram njegovog dizajna prikazan je na slici.

Kao što vidite, generator koristi tri zavojnice postavljene s pomakom od 120 °, međusobno povezane trokutom (u praksi se takav spoj namota generatora ne koristi zbog niske učinkovitosti). Kada jedan od polova magneta prođe pored zavojnice, u njemu se inducira EMF.

Što je razlog raznolikosti električnih struja?

Mnogi mogu imati dobro utemeljeno pitanje - zašto koristiti takvu raznolikost električnih struja ako možete odabrati jednu i učiniti je standardnom? Stvar je u tome što nije svaka vrsta električne struje prikladna za rješavanje određenog problema.

Kao primjer, dajemo uvjete pod kojima korištenje konstantnog napona neće biti samo neisplativo, već ponekad i nemoguće:

• zadatak prijenosa napona na udaljenosti lakše je implementirati za izmjenični napon;
• gotovo je nemoguće pretvoriti istosmjernu električnu struju za heterogene električne krugove koji imaju neizvjesnu razinu potrošnje;
• održavanje potrebne razine napona u krugovima istosmjerne struje mnogo je teže i skuplje od izmjenične struje;
• motori za izmjenični napon konstrukcijski su jednostavniji i jeftiniji nego za istosmjerni napon. U ovom trenutku treba napomenuti da takvi motori (asinkroni) imaju visoku razinu startne struje, što im ne dopušta da se koriste za rješavanje određenih problema.

Sada dajemo primjere problema gdje je prikladnije koristiti konstantni napon:

• Da biste promijenili brzinu vrtnje asinkronih motora, morate promijeniti frekvenciju mreže za napajanje, što zahtijeva složenu opremu. Za motore koji rade na istosmjernu struju dovoljno je promijeniti napon napajanja. Zato se ugrađuju u električna vozila;
• napajanje elektroničkih sklopova, galvanske opreme i mnogih drugih uređaja također se provodi istosmjernom električnom strujom;
• Istosmjerni napon je mnogo sigurniji za ljude od izmjeničnog napona.

Na temelju gore navedenih primjera, postoji potreba za korištenjem različitih vrsta napona.