Kandungan:

Perdebatan telah berlangsung selama beberapa dekad tentang jenis arus yang lebih berbahaya - berselang-seli atau terus. Sesetengah berpendapat bahawa ia adalah voltan yang diperbetulkan yang menimbulkan ancaman terbesar, yang lain benar-benar yakin bahawa sinusoid arus ulang-alik, bertepatan dengan amplitud dengan degupan jantung manusia, menghentikannya. Tetapi, seperti biasa berlaku dalam hidup, terdapat banyak pendapat. Oleh itu, adalah wajar melihat isu ini dari sudut pandangan saintifik semata-mata. Tetapi ia berbaloi untuk melakukan ini dalam bahasa yang boleh difahami walaupun untuk dummies, kerana... Tidak semua orang mempunyai pendidikan kejuruteraan elektrik. Pada masa yang sama, semua orang mungkin ingin mengetahui asal usul arus terus dan ulang alik.

Di manakah anda harus bermula? Ya, mungkin, dari definisi - apakah elektrik, mengapa ia dipanggil pembolehubah atau malar, yang mana antara jenis ini lebih berbahaya dan mengapa.

Kebanyakan orang tahu bahawa arus terus boleh diperoleh daripada pelbagai unit atau bateri, dan arus ulang alik dibekalkan ke pangsapuri dan premis melalui rangkaian elektrik dan terima kasih kepadanya, peralatan elektrik rumah dan lampu beroperasi. Tetapi beberapa orang telah memikirkan mengapa satu voltan membolehkan anda mendapatkan yang lain dan mengapa ia diperlukan.

Masuk akal untuk menjawab semua persoalan yang timbul.

Apakah arus elektrik?

Arus elektrik ialah kuantiti malar atau berubah-ubah yang timbul daripada pergerakan terarah atau tertib yang dicipta oleh zarah bercas - dalam logam ini adalah elektron, dalam elektrolit - ion, dan dalam gas - kedua-duanya. Dalam erti kata lain, arus elektrik dikatakan "mengalir" melalui wayar.

Sesetengah orang tersilap percaya bahawa setiap elektron bercas bergerak di sepanjang konduktor dari sumber kepada pengguna. Ini adalah salah. Ia hanya memindahkan cas ke elektron jiran, kekal di tempatnya. Itu. pergerakannya huru-hara, tetapi mikroskopik. Nah, caj itu sendiri, bergerak di sepanjang konduktor, sampai kepada pengguna.

Arus elektrik mempunyai parameter pengukuran seperti: voltan, i.e. nilainya, diukur dalam volt (V) dan arus, yang diukur dalam ampere (A). Apa yang sangat penting semasa transformasi, i.e. menurun atau meningkat dengan bantuan peranti khas, satu nilai mempengaruhi yang lain dalam perkadaran songsang. Ini bermakna dengan mengurangkan voltan menggunakan pengubah konvensional, mereka mencapai peningkatan arus dan sebaliknya.

Arus DC dan AC

Perkara pertama yang perlu difahami ialah perbezaan antara arus terus dan ulang-alik. Hakikatnya ialah arus ulang alik bukan sahaja lebih mudah diperoleh, walaupun ini juga penting. Ciri-cirinya membolehkan penghantaran ke atas sebarang jarak ke atas konduktor dengan kerugian yang minimum, terutamanya pada voltan yang lebih tinggi dan kuasa yang lebih rendah. Itulah sebabnya talian kuasa antara bandar adalah voltan tinggi. Dan sudah di kawasan berpenduduk arus berubah menjadi voltan yang lebih rendah.

Tetapi arus terus sangat mudah diperoleh daripada arus ulang alik, yang mana diod pelbagai arah digunakan (yang dipanggil jambatan diod). Hakikatnya ialah arus ulang alik (AC), atau lebih tepatnya frekuensi ayunannya, adalah sinusoid, yang, melalui penerus, kehilangan beberapa ayunan. Oleh itu, output menghasilkan voltan malar (AC) yang tidak mempunyai frekuensi.

Adalah masuk akal untuk menentukan bagaimana, selepas semua, mereka berbeza.

Perbezaan semasa

Sudah tentu, perbezaan utama antara AC dan DC adalah keupayaan untuk mengangkut DC pada jarak yang jauh. Pada masa yang sama, jika arus terus diangkut dengan cara yang sama, tidak akan ada yang tinggal. Oleh kerana perbezaan potensi, ia dimakan. Ia juga perlu diperhatikan bahawa menukar kepada pembolehubah adalah sangat sukar, manakala dalam susunan terbalik tindakan sedemikian agak mudah dilakukan.

Ia adalah lebih menjimatkan untuk menukar elektrik kepada tenaga mekanikal menggunakan motor AC, walaupun terdapat kawasan di mana hanya mekanisme arus terus boleh digunakan.

Akhir sekali - lagipun, arus ulang alik lebih selamat untuk orang ramai. Atas sebab inilah semua peranti yang digunakan dalam kehidupan seharian dan dikuasakan oleh DC adalah arus rendah. Tetapi tidak mungkin untuk sepenuhnya meninggalkan penggunaan yang lebih berbahaya memihak kepada yang lain, tepat atas sebab-sebab yang dinyatakan di atas.

Semua perkara di atas membawa kepada jawapan umum kepada persoalan bagaimana arus ulang-alik berbeza daripada arus terus - ini adalah ciri-ciri yang mempengaruhi pilihan sumber kuasa tertentu di kawasan tertentu.

Penghantaran arus pada jarak jauh

Sesetengah orang mempunyai soalan yang mana jawapan cetek diberikan di atas: mengapa voltan sangat tinggi datang melalui talian kuasa? Jika anda tidak mengetahui semua selok-belok kejuruteraan elektrik, maka anda boleh bersetuju dengan soalan ini. Sesungguhnya, jika voltan 380 V datang melalui talian kuasa, maka tidak perlu memasang pencawang pengubah yang mahal. Dan anda tidak perlu membelanjakan wang untuk penyelenggaraan mereka, bukan? Ternyata tidak.

Hakikatnya ialah keratan rentas konduktor di mana elektrik mengalir hanya bergantung pada kekuatan arus dan penggunaan kuasanya, dan voltan kekal sepenuhnya daripada ini. Ini bermakna dengan arus 2 A dan voltan 25,000 V, anda boleh menggunakan wayar yang sama seperti untuk 220 V dengan 2 A yang sama. Jadi apa yang berikut daripada ini?

Di sini adalah perlu untuk kembali kepada undang-undang perkadaran songsang - semasa transformasi semasa, i.e. Apabila voltan meningkat, arus berkurangan dan sebaliknya. Oleh itu, arus voltan tinggi dihantar ke pencawang pengubah melalui wayar yang lebih nipis, yang memastikan kehilangan penghantaran yang lebih rendah.

Ciri Pemindahan

Ia adalah tepat dalam kerugian yang terletak jawapan kepada soalan mengapa mustahil untuk menghantar arus terus pada jarak jauh. Jika kita melihat DC dari sudut ini, maka adalah untuk sebab ini bahawa selepas jarak yang singkat tidak akan ada elektrik yang tersisa di konduktor. Tetapi perkara utama di sini bukanlah kehilangan tenaga, tetapi punca serta-merta mereka, yang terletak, sekali lagi, dalam salah satu ciri AC dan DC.

Hakikatnya ialah kekerapan arus ulang alik dalam rangkaian elektrik awam di Rusia ialah 50 Hz (hertz). Ini bermakna amplitud turun naik cas antara positif dan negatif adalah sama dengan 50 perubahan sesaat. Secara ringkas, setiap 1/50 saat. caj mengubah kekutubannya, ini adalah perbezaan antara arus terus - terdapat praktikal atau tiada ayunan di dalamnya. Atas sebab inilah DC dimakan dengan sendirinya kerana ia mengalir melalui konduktor yang panjang. Dengan cara ini, frekuensi ayunan, sebagai contoh, di Amerika Syarikat berbeza daripada yang Rusia dan 60 Hz.

Menjana

Soalan yang sangat menarik ialah bagaimana arus terus dan arus ulang alik dijana. Sudah tentu, anda boleh menghasilkan kedua-dua satu dan yang lain, tetapi di sini masalah saiz dan kos timbul. Hakikatnya ialah jika kita mengambil kereta biasa sebagai contoh, lebih mudah untuk memasang penjana DC di atasnya, tidak termasuk jambatan diod dari litar. Tetapi di sini datang tangkapan.

Jika anda mengeluarkan penerus daripada penjana kereta, nampaknya volumnya juga harus berkurangan, tetapi ini tidak akan berlaku. Dan sebab untuk ini adalah dimensi penjana DC. Di samping itu, kos akan meningkat dengan ketara, itulah sebabnya penjana pembolehubah digunakan.

Jadi ternyata penjanaan DC adalah kurang menguntungkan daripada AC, dan terdapat bukti konkrit mengenainya.

Dua pencipta hebat pada satu masa memulakan apa yang dipanggil "perang arus," yang berakhir hanya pada tahun 2007. Dan penentangnya ialah Nikola Tesla bersama-sama dengan George Westinghouse, penyokong kuat voltan ulang-alik, dan Thomas Edison, yang menyokong penggunaan arus terus di mana-mana. Jadi, pada tahun 2007, bandar New York sepenuhnya pergi ke sebelah Tesla, dengan itu menandakan kemenangannya. Patut dibincangkan dengan lebih terperinci mengenai perkara ini.

cerita

Syarikat Thomas Edison, yang dipanggil Edison Electric Light, diasaskan pada akhir 70-an abad ke-19. Kemudian, pada zaman lilin, lampu minyak tanah dan lampu gas, lampu pijar yang dihasilkan oleh Edison boleh berfungsi secara berterusan selama 12 jam. Dan walaupun sekarang ini mungkin kelihatan tidak masuk akal, ia adalah satu kejayaan yang nyata. Tetapi sudah pada tahun 1880-an, syarikat itu bukan sahaja dapat mempatenkan pengeluaran dan penghantaran arus terus melalui sistem tiga wayar (ini adalah "sifar", "+110 V" dan "-110 V"), tetapi juga untuk memperkenalkan lampu pijar dengan sumber 1200 jam .

Ketika itulah ungkapan Thomas Edison, yang kemudiannya dikenali di seluruh dunia, lahir: "Kami akan membuat lampu elektrik sangat murah sehingga hanya orang kaya yang akan membakar lilin."

Menjelang tahun 1887, lebih daripada 100 loji kuasa telah berjaya beroperasi di Amerika Syarikat, yang menjana arus terus dan di mana sistem tiga wayar digunakan untuk penghantaran, yang digunakan untuk sekurang-kurangnya mengurangkan sedikit kehilangan elektrik.

Tetapi saintis dalam bidang fizik dan matematik, George Westinghouse, selepas membaca paten Edison, mendapati satu perincian yang sangat tidak menyenangkan - ia adalah kehilangan tenaga yang besar semasa penghantaran. Pada masa itu, sudah ada penjana arus ulang-alik, yang tidak popular kerana peralatan yang akan beroperasi pada tenaga tersebut. Pada masa itu, jurutera berbakat Nikola Tesla masih bekerja untuk Edison di syarikat itu, tetapi suatu hari, apabila dia sekali lagi dinafikan kenaikan gaji, Tesla tidak tahan dan pergi bekerja untuk pesaing, iaitu Westinghouse. Di tempat baru, Nikola (pada tahun 1988) mencipta meter elektrik pertama.

Dari saat inilah "perang arus" bermula.

kesimpulan

Cuba kita ringkaskan maklumat yang disampaikan. Hari ini adalah mustahil untuk membayangkan penggunaan (baik dalam kehidupan seharian dan dalam industri) mana-mana satu jenis elektrik - kedua-dua arus terus dan ulang-alik terdapat hampir di mana-mana. Lagipun, di suatu tempat pemalar diperlukan, tetapi penghantarannya pada jarak jauh adalah mustahil, dan di suatu tempat berubah-ubah.

Sudah tentu, telah terbukti bahawa AC jauh lebih selamat, tetapi bagaimana pula dengan peranti yang membantu menjimatkan tenaga berkali-kali, sedangkan ia hanya boleh berfungsi pada DC?

Atas sebab-sebab inilah arus kini "hidup bersama secara aman" dalam kehidupan kita, setelah menamatkan "perang" yang berlangsung lebih daripada 100 tahun. Satu-satunya perkara yang tidak boleh dilupakan ialah tidak kira betapa selamatnya satu daripada yang lain (voltan malar atau berselang-seli tidak penting), ia boleh menyebabkan kemudaratan yang besar kepada badan, malah kematian.

Dan itulah sebabnya apabila bekerja dengan voltan adalah perlu untuk mematuhi semua piawaian dan peraturan keselamatan dengan teliti dan jangan lupa tentang penjagaan dan ketepatan. Lagipun, seperti yang dikatakan Nikola Tesla, elektrik tidak perlu ditakuti, ia harus dihormati.

Sekarang adalah mustahil untuk membayangkan tamadun manusia tanpa elektrik. TV, komputer, peti sejuk, pengering rambut, mesin basuh - semua peralatan rumah berfungsi di atasnya. Apatah lagi industri dan syarikat besar. Sumber tenaga utama untuk penerima elektrik ialah arus ulang alik. Dan apa itu? Apakah parameter dan cirinya? Apakah perbezaan antara arus terus dan ulang alik? Hanya sedikit orang yang tahu jawapan kepada soalan-soalan ini.

Pembolehubah lwn Dimalarkan

Pada akhir abad kesembilan belas, terima kasih kepada penemuan dalam bidang elektromagnetisme, timbul perdebatan mengenai jenis arus yang terbaik untuk digunakan untuk memenuhi keperluan manusia. Bagaimana semuanya bermula? Thomas Edison mengasaskan syarikatnya pada tahun 1878, yang kemudiannya menjadi General Electric yang terkenal. Syarikat itu dengan cepat menjadi kaya dan mendapat kepercayaan pelabur dan rakyat biasa Amerika Syarikat, kerana beberapa ratus loji kuasa DC dibina di seluruh negara. Merit Edison terletak pada penciptaan sistem tiga wayar. Arus terus berfungsi dengan baik dengan motor elektrik pertama dan mentol lampu pijar. Ini sebenarnya satu-satunya penerima tenaga pada masa itu. Meter, yang juga dicipta oleh Edison, beroperasi secara eksklusif pada arus terus. Walau bagaimanapun, syarikat membangun Edison telah ditentang oleh syarikat kompetitif dan pencipta yang ingin menentang arus terus kepada arus ulang alik.

Kelemahan ciptaan Edison

George Westinghouse, seorang jurutera dan ahli perniagaan, menyedari hubungan yang lemah dalam paten Edison - kerugian besar dalam konduktor. Walau bagaimanapun, dia tidak dapat membangunkan reka bentuk yang boleh bersaing dengan ciptaan ini. Apakah kelemahan arus terus Edison? Masalah utama ialah penghantaran elektrik melalui jarak jauh. Dan kerana apabila ia meningkat, rintangan konduktor juga meningkat, ini bermakna kehilangan kuasa juga akan meningkat. Untuk menurunkan tahap ini, adalah perlu sama ada untuk meningkatkan voltan, dan ini akan membawa kepada penurunan kekuatan arus itu sendiri, atau untuk menebal wayar (iaitu, mengurangkan rintangan konduktor). Tiada cara untuk meningkatkan voltan DC dengan berkesan pada masa itu, jadi loji kuasa Edison mengekalkan voltan hampir dua ratus volt. Malangnya, aliran kuasa yang dihantar dengan cara ini tidak dapat memenuhi keperluan perusahaan perindustrian. Arus terus tidak dapat menjamin penjanaan elektrik kepada pengguna berkuasa yang terletak pada jarak yang agak jauh dari loji kuasa. Dan terlalu mahal untuk menambah ketebalan wayar atau membina lebih banyak stesen.

AC lwn DC

Terima kasih kepada pengubah yang dibangunkan pada tahun 1876 oleh jurutera Pavel Yablochkov, menukar voltan arus ulang-alik adalah sangat mudah, yang memungkinkan untuk menghantarnya lebih dari ratusan dan ribuan kilometer. Namun, pada masa itu tiada enjin yang beroperasi pada arus ulang alik. Sehubungan itu, tiada stesen penjanaan atau rangkaian penghantaran.

Ciptaan Nikola Tesla

Kelebihan pemalar yang tidak diragukan tidak bertahan lama. Nikola Tesla, bekerja sebagai jurutera di syarikat Edison, menyedari bahawa arus terus tidak dapat membekalkan manusia dengan elektrik. Sudah pada tahun 1887, Tesla menerima beberapa paten untuk peranti arus ulang-alik. Seluruh perjuangan bermula untuk sistem yang lebih cekap. Pesaing utama Tesla ialah Thomson dan Stanley. Dan pada tahun 1888, kemenangan yang jelas dimenangi oleh seorang jurutera Serbia yang menyediakan sistem yang mampu mengangkut tenaga elektrik pada jarak ratusan batu. Pencipta muda itu dengan cepat diambil oleh Westinghouse. Bagaimanapun, konfrontasi serta-merta bermula antara syarikat Edison dan Westinghouse. Sudah pada tahun 1891, Tesla membangunkan sistem arus ulang-alik tiga fasa, yang memungkinkan untuk memenangi tender untuk pembinaan stesen janakuasa yang besar. Sejak itu, arus ulang alik jelas mengambil kedudukan kepimpinan. Yang kekal telah kehilangan tempat di semua bidang. Terutama apabila penerus muncul yang boleh menukar arus ulang alik kepada arus terus, yang menjadi mudah untuk semua penerima.

Definisi arus ulang alik

Contoh penjana mudah

Sumber paling mudah ialah bingkai segi empat tepat yang diperbuat daripada tembaga, yang dipasang pada paksi dan berputar dalam medan magnet menggunakan pemacu tali pinggang. Hujung bingkai ini dipateri dengan gelang gelincir tembaga, yang meluncur di atas berus. Magnet mencipta medan magnet yang diedarkan secara seragam di angkasa. Ketumpatan garis daya magnet di sini adalah sama di mana-mana bahagian. Bingkai berputar melintasi garisan ini dan daya gerak elektrik berselang-seli (EMF) teraruh pada sisinya. Dengan setiap putaran, arah jumlah EMF terbalik, kerana sisi kerja bingkai melalui kutub magnet yang berbeza setiap revolusi. Oleh kerana kelajuan persilangan garisan daya berubah, magnitud daya gerak elektrik juga menjadi berbeza. Oleh itu, jika bingkai diputar secara seragam, daya gerak elektrik teraruh akan berubah secara berkala dalam arah dan magnitud; ia boleh diukur menggunakan instrumen luaran dan, sebagai hasilnya, digunakan untuk mencipta arus ulang alik dalam litar luaran.

sinusoidality

Apa ini? Arus ulang alik secara grafik dicirikan oleh lengkung seperti gelombang - sinusoid. Oleh itu, EMF, arus dan voltan, yang berubah mengikut undang-undang ini, dipanggil parameter sinusoidal. Lengkung dinamakan sedemikian kerana ia adalah imej pembolehubah trigonometri - sinus. Ia adalah sifat sinusoidal arus ulang-alik yang paling biasa dalam semua kejuruteraan elektrik.

Parameter dan ciri

Arus ulang alik adalah fenomena yang dicirikan oleh parameter tertentu. Ini termasuk amplitud, kekerapan dan tempoh. Yang terakhir (ditandakan dengan huruf T) ialah tempoh masa di mana voltan, arus atau EMF melengkapkan kitaran perubahan lengkap. Lebih cepat pemutar penjana berputar, lebih pendek tempohnya. Kekerapan (f) ialah bilangan tempoh lengkap arus, voltan atau emf. Ia diukur dalam Hz (hertz) dan menunjukkan bilangan tempoh dalam satu saat. Sehubungan itu, semakin lama tempoh, semakin rendah kekerapan. Amplitud sesuatu fenomena seperti arus ulang alik adalah nilai terbesarnya. Amplitud voltan, arus atau daya gerak elektrik ditulis dalam huruf dengan indeks "t" - U t I t, E t, masing-masing. Selalunya parameter dan ciri arus ulang alik termasuk nilai berkesan. Voltan, arus atau EMF yang bertindak dalam litar pada setiap saat adalah nilai serta-merta (ditandakan dengan huruf kecil - i, u, e). Walau bagaimanapun, adalah sukar untuk menilai arus ulang alik, kerja yang dilakukan olehnya, dan haba yang dihasilkan oleh nilai serta-merta, kerana ia sentiasa berubah. Oleh itu, arus digunakan, yang mencirikan kekuatan arus terus, yang membebaskan sebanyak haba semasa laluan melalui konduktor seperti juga arus ulang alik.

Hanya segelintir yang benar-benar dapat memahami bahawa arus ulang alik dan arus terus entah bagaimana berbeza. Apatah lagi menamakan perbezaan tertentu. Tujuan artikel ini adalah untuk menerangkan ciri-ciri utama kuantiti fizik ini dari segi yang boleh difahami oleh orang yang tidak mempunyai pengetahuan teknikal, serta menyediakan beberapa konsep asas yang berkaitan dengan isu ini.

Cabaran visualisasi

Kebanyakan orang tidak mempunyai masalah untuk memahami konsep seperti tekanan, kuantiti dan aliran kerana mereka menghadapinya sepanjang masa dalam kehidupan seharian mereka. Sebagai contoh, mudah difahami bahawa meningkatkan aliran semasa menyiram bunga akan meningkatkan jumlah air yang keluar dari hos penyiraman, manakala meningkatkan tekanan air akan menyebabkan ia bergerak lebih cepat dan lebih kuat.

Istilah elektrik seperti "voltan" dan "arus" biasanya sukar difahami kerana anda tidak dapat melihat atau merasakan elektrik bergerak melalui kabel dan litar elektrik. Adalah amat sukar bagi seorang juruelektrik yang baru untuk menggambarkan apa yang berlaku pada peringkat molekul atau memahami dengan jelas apa itu, sebagai contoh, elektron. Zarah ini di luar kemampuan deria manusia dan tidak boleh dilihat atau disentuh melainkan sejumlah tertentu melalui tubuh manusia. Barulah mangsa pasti akan merasainya dan mengalami apa yang biasa dipanggil kejutan elektrik.

Walau bagaimanapun, kabel dan wayar yang terdedah kelihatan sama sekali tidak berbahaya kepada kebanyakan orang hanya kerana mereka tidak dapat melihat elektron hanya menunggu untuk mengambil laluan dengan rintangan paling sedikit, yang biasanya adalah tanah.

Analogi

Boleh difahami mengapa kebanyakan orang tidak dapat membayangkan perkara yang berlaku di dalam konduktor dan kabel biasa. Mencuba untuk menjelaskan bahawa sesuatu sedang bergerak melalui logam bertentangan dengan akal sehat. Pada tahap paling asas, elektrik tidak begitu berbeza dengan air, jadi konsep asasnya agak mudah difahami apabila anda membandingkan litar elektrik dengan sistem paip. Perbezaan utama antara air dan elektrik ialah yang pertama mengisi sesuatu jika ia berjaya melepaskan diri dari paip, manakala yang kedua memerlukan konduktor untuk menggerakkan elektron. Dengan menggambarkan sistem paip, istilah teknikal lebih mudah difahami oleh kebanyakan orang.

Voltan sebagai tekanan

Voltan sangat mirip dengan tekanan elektron dan menunjukkan berapa cepat dan dengan kekuatan apa yang mereka bergerak melalui konduktor. Kuantiti fizik ini adalah setara dalam banyak aspek, termasuk hubungannya dengan kekuatan kabel saluran paip. Sama seperti terlalu banyak tekanan yang memecahkan paip, terlalu banyak voltan memusnahkan atau menembusi perisai konduktor.

Arus sebagai aliran

Arus ialah kadar aliran elektron, menunjukkan bilangan elektron yang bergerak melalui kabel. Semakin tinggi, semakin banyak elektron yang melalui konduktor. Sama seperti jumlah air yang banyak memerlukan paip yang lebih tebal, arus yang besar memerlukan kabel yang lebih tebal.

Menggunakan model litar air membolehkan anda menerangkan banyak istilah lain. Sebagai contoh, penjana kuasa boleh dianggap sebagai pam air, dan beban elektrik boleh dianggap sebagai kilang air yang memerlukan aliran air dan tekanan untuk berputar. Malah diod elektronik boleh dianggap sebagai injap air yang hanya membenarkan air mengalir dalam satu arah.

D.C

Perbezaan antara arus terus dan ulang alik jelas dari namanya. Yang pertama mewakili pergerakan elektron dalam satu arah. Ia sangat mudah untuk menggambarkannya menggunakan model gelung air. Cukup untuk membayangkan bahawa air mengalir melalui paip dalam satu arah. Peranti biasa yang menghasilkan arus terus ialah sel suria, bateri, dan dinamo. Hampir mana-mana peranti boleh direka bentuk untuk dikuasakan oleh sumber sedemikian. Ini hampir merupakan domain eksklusif bagi elektronik voltan rendah dan mudah alih.

Arus terus agak mudah, dan mematuhi hukum Ohm: U = I × R. Ia diukur dalam watt dan bersamaan dengan: P = U × I.

Oleh kerana persamaan dan kelakuannya yang mudah, arus terus agak mudah untuk dikonsepkan. Sistem penghantaran kuasa pertama, yang dibangunkan oleh Thomas Edison pada abad ke-19, hanya menggunakan ini. Walau bagaimanapun, perbezaan antara arus ulang alik dan arus terus tidak lama lagi menjadi jelas. Penghantaran yang terakhir dalam jarak yang jauh disertai dengan kerugian besar, jadi selepas beberapa dekad ia digantikan oleh sistem yang lebih menguntungkan (pada masa itu) yang dibangunkan oleh Nikola Tesla.

Walaupun rangkaian kuasa komersial di seluruh planet kini menggunakan arus ulang alik, ironinya ialah kemajuan dalam teknologi telah menjadikan penghantaran arus terus voltan tinggi pada jarak yang sangat jauh dan di bawah beban yang melampau lebih cekap. Yang, sebagai contoh, digunakan apabila menyambungkan sistem individu, seperti seluruh negara atau bahkan benua. Ini adalah satu lagi perbezaan antara AC dan DC. Walau bagaimanapun, yang pertama masih digunakan dalam rangkaian komersial voltan rendah.

Arus terus dan ulang alik: perbezaan dalam pengeluaran dan penggunaan

Walaupun arus ulang alik adalah lebih mudah untuk dihasilkan menggunakan penjana menggunakan tenaga kinetik, bateri hanya boleh mencipta arus terus. Oleh itu, yang terakhir menguasai litar bekalan kuasa peranti voltan rendah dan elektronik. Bateri hanya boleh dicas oleh arus DC, jadi arus sesalur AC dibetulkan apabila bateri adalah bahagian utama sistem.

Contoh biasa ialah mana-mana kenderaan—motosikal, kereta dan trak. Penjana yang dipasang pada mereka mencipta arus ulang-alik, yang serta-merta ditukar kepada arus terus menggunakan penerus, kerana terdapat bateri dalam sistem bekalan kuasa, dan kebanyakan elektronik memerlukan voltan malar untuk beroperasi. Sel suria dan sel bahan api juga hanya menghasilkan arus terus, yang kemudiannya boleh ditukar kepada arus ulang alik jika perlu menggunakan peranti yang dipanggil penyongsang.

Arah pergerakan

Ini adalah satu lagi contoh perbezaan antara DC dan AC. Seperti namanya, yang terakhir adalah aliran elektron yang sentiasa mengubah arahnya. Sejak akhir abad ke-19, hampir semua kuasa elektrik domestik dan perindustrian di seluruh dunia telah menggunakan arus ulang alik sinusoidal kerana ia lebih mudah diperolehi dan lebih murah untuk diagihkan, kecuali dalam beberapa kes penghantaran jarak jauh yang kehilangan kuasa memaksa penggunaan sistem arus terus voltan tinggi terkini.

Kuasa AC mempunyai satu lagi kelebihan besar: ia membolehkan tenaga dikembalikan dari titik penggunaan kembali ke grid. Ini sangat bermanfaat dalam bangunan dan struktur yang menghasilkan lebih banyak tenaga daripada yang mereka gunakan, yang sangat mungkin menggunakan sumber alternatif seperti panel solar dan Hakikat bahawa arus ulang-alik membolehkan aliran tenaga dua arah adalah sebab utama untuk populariti dan ketersediaan kuasa alternatif. sumber .

Kekerapan

Apabila ia datang ke tahap teknikal, malangnya, ia menjadi sukar untuk menerangkan bagaimana arus ulang-alik berfungsi, kerana model litar air tidak sesuai dengannya. Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk menggambarkan sistem di mana air dengan cepat mengubah arah aliran, walaupun tidak jelas bagaimana ia akan melakukan sesuatu yang berguna. Arus ulang alik dan voltan sentiasa menukar arahnya. Kadar perubahan bergantung pada frekuensi (diukur dalam hertz) dan untuk rangkaian elektrik isi rumah biasanya 50 Hz. Ini bermakna voltan dan arus bertukar arah 50 kali sesaat. Mengira komponen aktif dalam sistem sinusoidal agak mudah. Ia cukup untuk membahagikan nilai puncaknya dengan √2.

Apabila arus ulang alik menukar arah 50 kali sesaat, ini bermakna mentol lampu pijar hidup dan mati 50 kali sesaat. Mata manusia tidak dapat melihat ini, dan otak hanya percaya bahawa pencahayaan dihidupkan sepanjang masa. Ini adalah satu lagi perbezaan antara AC dan DC.

Matematik vektor

Arus dan voltan bukan sahaja sentiasa berubah, tetapi fasa mereka tidak sepadan (mereka tidak disegerakkan). Sebahagian besar beban kuasa AC menyebabkan perbezaan fasa. Ini bermakna pengiraan yang paling mudah sekalipun perlu menggunakan matematik vektor. Apabila bekerja dengan vektor, anda tidak boleh hanya menambah, menolak atau melakukan sebarang operasi matematik skalar yang lain. Dengan arus malar, jika satu kabel membawa 5A ke titik tertentu, dan satu lagi membawa 2A, maka hasilnya ialah 7A. Dalam kes pembolehubah, ini tidak berlaku, kerana hasilnya akan bergantung pada arah vektor.

Faktor kuasa

Kuasa aktif beban berkuasa AC boleh dikira menggunakan formula mudah P = U × I × cos (φ) di mana φ ialah sudut antara voltan dan arus, cos (φ) juga dipanggil faktor kuasa. Beginilah perbezaan arus terus dan arus ulang alik: untuk yang pertama, cos (φ) sentiasa sama dengan 1. Kuasa aktif diperlukan (dan dibayar) oleh pengguna isi rumah dan industri, tetapi ia tidak sama dengan kuasa kompleks yang melalui konduktor (kabel) kepada beban, yang boleh dikira menggunakan formula S = U × I dan diukur dalam volt-ampere (VA).

Perbezaan antara arus terus dan ulang alik dalam pengiraan adalah jelas - ia menjadi lebih kompleks. Malah pengiraan yang paling mudah memerlukan sekurang-kurangnya pengetahuan sederhana tentang matematik vektor.

Jurukimpal

Perbezaan antara arus terus dan ulang alik juga muncul semasa mengimpal. Polariti arka mempunyai pengaruh yang besar terhadap kualitinya. Kimpalan elektrod-positif menembusi lebih dalam daripada elektrod-negatif, tetapi yang kedua mempercepatkan pemendapan logam. Dengan arus terus, kekutuban sentiasa malar. Dengan pembolehubah ia berubah 100 kali sesaat (pada 50 Hz). Kimpalan berterusan adalah lebih baik, kerana ia dihasilkan dengan lebih lancar. Perbezaan antara kimpalan AC dan DC ialah dalam kes pertama, pergerakan elektron terganggu selama sepersekian saat, yang membawa kepada denyutan, ketidakstabilan dan kehilangan arka. Kimpalan jenis ini jarang digunakan, sebagai contoh, untuk menghapuskan pengembaraan arka dalam kes elektrod diameter besar.

Arus ialah pergerakan elektron ke arah tertentu. Ia juga perlu untuk elektron bergerak dalam peranti kita. Dari mana datangnya arus dalam saluran keluar?

Loji kuasa menukarkan tenaga kinetik elektron kepada tenaga elektrik. Iaitu, loji kuasa hidroelektrik menggunakan air yang mengalir untuk memutarkan turbin. Kipas turbin memutar bebola kuprum antara dua magnet. Magnet memaksa elektron dalam kuprum untuk bergerak, yang menyebabkan elektron dalam wayar yang disambungkan kepada bola kuprum bergerak, mengakibatkan arus.

Penjana adalah seperti pam air, dan wayar adalah seperti hos. Pam penjana mengepam elektron-air melalui wayar-hos.

Arus ulang alik ialah arus yang kita ada di alur keluar. Ia dipanggil pembolehubah kerana arah pergerakan elektron sentiasa berubah. Kuasa AC dari alur keluar mempunyai frekuensi dan voltan elektrik yang berbeza. Apakah maksudnya? Dalam soket Rusia frekuensi ialah 50 hertz dan voltan ialah 220 volt. Ternyata dalam sesaat aliran elektron mengubah arah pergerakan elektron dan cas daripada positif kepada negatif sebanyak 50 kali. Anda boleh melihat perubahan arah dalam lampu pendarfluor apabila anda menghidupkannya. Semasa elektron memecut, ia berkelip beberapa kali - ini adalah perubahan arah pergerakan. Dan 220 volt adalah "tekanan" maksimum yang mungkin dengan mana elektron bergerak dalam rangkaian ini.

Dalam arus ulang alik, cas sentiasa berubah. Ini bermakna voltan sama ada 100%, kemudian 0%, kemudian 100% semula. Jika voltan adalah 100% malar, wayar berdiameter besar akan diperlukan, tetapi dengan cas yang berbeza-beza wayar boleh menjadi lebih nipis. Ia selesa. Sebuah loji kuasa boleh menghantar berjuta-juta volt melalui wayar kecil, kemudian pengubah untuk rumah individu mengambil, sebagai contoh, 10,000 volt, dan menghantar 220 ke setiap alur keluar.

Arus terus ialah arus yang anda ada dalam bateri atau bateri telefon anda. Ia dipanggil pemalar kerana arah di mana elektron bergerak tidak berubah. Pengecas menukar arus ulang alik dari rangkaian kepada arus terus, dan dalam bentuk ini ia berakhir dalam bateri.

Arus ulang alik ialah arus yang perubahan magnitud dan arahnya diulang secara berkala pada selang masa yang sama T.

Dalam bidang pengeluaran, penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik, arus ulang alik mempunyai dua kelebihan utama berbanding arus terus:

1) keupayaan (menggunakan transformer) untuk meningkatkan dan mengurangkan voltan secara ringkas dan ekonomik, ini penting untuk menghantar tenaga pada jarak yang jauh.

2) kesederhanaan yang lebih besar bagi peranti motor elektrik, dan oleh itu kosnya lebih rendah.

Nilai kuantiti berubah (arus, voltan, emf) pada bila-bila masa t dipanggil nilai serta merta dan dilambangkan dengan huruf kecil (arus i, voltan u, emf - e).

Nilai terbesar serta-merta bagi arus, voltan atau emf yang berubah secara berkala dipanggil maksimum atau amplitud nilai dan ditetapkan dengan huruf besar dengan indeks "m" (I m, U m).

Tempoh masa terpendek selepas itu nilai serta-merta bagi kuantiti berubah (arus, voltan, emf) diulang dalam urutan yang sama dipanggil tempoh T, dan jumlah perubahan yang berlaku dalam tempoh tersebut ialah kitaran.

Timbal balik tempoh dipanggil kekerapan dan dilambangkan dengan huruf f.

Itu. kekerapan – bilangan tempoh setiap 1 saat.

Unit kekerapan 1/saat - dipanggil hertz (Hz). Unit frekuensi yang lebih besar ialah kilohertz (kHz) dan megahertz (MHz).

Mendapatkan arus sinusoidal ulang alik.

Dalam teknologi, arus ulang-alik dan voltan dicari untuk diperolehi mengikut undang-undang berkala paling mudah - sinusoidal. Kerana sinusoid adalah satu-satunya fungsi berkala yang mempunyai derivatif yang serupa dengan dirinya, akibatnya bentuk voltan dan lengkung arus dalam semua pautan litar elektrik adalah sama, yang sangat memudahkan pengiraan.

Untuk mendapatkan arus frekuensi industri, gunakan alternator yang operasinya berdasarkan undang-undang aruhan elektromagnet, mengikut mana, apabila litar tertutup bergerak dalam medan magnet, arus timbul di dalamnya.

Gambar rajah litar alternator ringkas

Penjana arus ulang-alik berkuasa tinggi, direka untuk voltan 3–15 kV, dibuat dengan penggulungan pegun pada pemegun mesin dan pemutar elektromagnet berputar. Dengan reka bentuk ini, lebih mudah untuk melindungi wayar penggulungan tetap dan lebih mudah untuk mengalihkan arus ke litar luaran.

Satu pusingan pemutar penjana dua kutub sepadan dengan satu tempoh EMF berselang-seli teraruh pada belitannya.

Jika pemutar membuat n pusingan seminit, maka kekerapan emf teraruh

.

Kerana dalam kes ini halaju sudut penjana
, maka di antaranya dan frekuensi yang disebabkan oleh EMF terdapat hubungan
.

fasa. Peralihan fasa.

Mari kita anggap bahawa penjana mempunyai dua pusingan yang sama pada angker, beralih di angkasa. Apabila angker berputar, EMF dengan frekuensi yang sama dan dengan amplitud yang sama teraruh dalam selekoh, kerana gegelung berputar pada kelajuan yang sama dalam medan magnet yang sama. Tetapi disebabkan oleh peralihan lilitan dalam ruang, EMF tidak mencapai tanda amplitud secara serentak.

Jika pada masa kiraan masa bermula (t=0) pusingan 1 terletak pada sudut berbanding satah neutral
, dan pusingan 2 adalah pada sudut
. Kemudian EMF diinduksi pada pusingan pertama:

dan pada yang kedua:

Pada masa kira detik:

Sudut elektrik Dan nilai penentu emf pada saat awal masa dipanggil fasa awal.

Perbezaan dalam fasa awal dua kuantiti sinusoidal frekuensi yang sama dipanggil sudut fasa .

Kuantiti yang mana nilai sifar (selepas itu mengambil nilai positif) atau nilai amplitud positif dicapai lebih awal daripada yang lain dianggap maju dalam fasa, dan yang mana nilai yang sama dicapai kemudian - ketinggalan dalam fasa.

Jika dua kuantiti sinusoidal serentak mencapai amplitud dan nilai sifarnya, maka kuantiti itu dikatakan dalam fasa . Jika sudut anjakan fasa kuantiti sinusoidal ialah 180 0
, maka mereka dikatakan berubah antifasa.