Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Въпреки, че всеки ден използваме електрически уреди в ежедневието, не всеки може да отговори на разликата между променлив ток и постоянен ток, въпреки че това е включено в учебната програма. Следователно има смисъл да напомним основните догми.

Обобщени определения

Физическият процес, при който заредените частици се движат по подреден (насочен) начин, се нарича електрически ток. Обикновено се разделя на променлива и постоянна. В първата, посоката и величината остават непроменени, докато във втората тези характеристики се променят според определен модел.

Горните определения са значително опростени, въпреки че обясняват разликата между постоянен и променлив ток. За по-добро разбиране на тази разлика е необходимо да се осигури графично представяне на всяка от тях, както и да се обясни как се формира променлива електродвижеща сила при източника. За да направите това, обърнете се към електротехниката, или по-скоро към нейните теоретични основи.

Източници EMF

Източници на електрически ток от всякакъв вид са два вида:

  • първична, с тяхна помощ, електроенергията се генерира чрез преобразуване на механична, слънчева, топлинна, химическа или друга енергия в електрическа енергия;
  • вторично, те не генерират електричество, а го преобразуват, например, от променлива към константа или обратно.

Единственият основен източник на променлив ток е генератор, на фигурата е показана опростена схема на такова устройство.

Опростено изображение на конструкцията на генератора

Легенда:

  • 1 - посоката на въртене;
  • 2 - магнит със S и N полюси;
  • 3 - магнитно поле;
  • 4 - жична рамка;
  • 5 - ЕМП;
  • 6 - пръстенни контакти;
  • 7 - токови колектори.

Принцип на действие

Механичната енергия се преобразува в електрически генератор, както е показано на фигурата, както следва:

поради феномена на електромагнитната индукция, при завъртане на рамката "4", поставена в магнитното поле "3" (възникваща между различните полюси на магнита "2"), в него се формира ЕМП "5". Напрежението се подава към мрежата през токоприемниците "7" от пръстеновидните контакти "6", към които е свързана рамката "4".

Видео: DC и AC - разлики

Що се отнася до величината на ЕМП, тя зависи от скоростта на пресичане на силовите линии "3" рамка "4". Поради характеристиките на електромагнитното поле, минималната скорост на пресичане, а оттам и най-ниската стойност на електродвижещата сила ще бъде в момента, когато рамката е във вертикално положение, съответно, максималната - в хоризонтала.

Като се има предвид гореизложеното, в процеса на равномерно въртене се индуцира ЕДС, чиито характеристики на магнитуда и посока се променят с определен период.

Графични изображения

Чрез използването на графичен метод можете да получите визуално представяне на динамичните промени на различни количества. По-долу е представена графика на измененията на напрежението във времето за галванична клетка 3336L (4.5 V).

Хоризонталната ос показва времето, вертикалното напрежение

Както виждате, графиката е права линия, т.е. напрежението на източника остава непроменено.

Сега даваме графика на динамиката на промяната на напрежението по време на един цикъл (пълен оборот на рамката) на генератора,

Хоризонталната ос показва ъгъла на въртене в градуси, вертикалната ос показва стойността на ЕМП (напрежение)

За яснота показваме началната позиция на рамката в генератора, съответстваща на началната точка на отчета на графиката (0 °).

Начална позиция на рамката

Легенда:

  • 1 - полюсите на магнита S и N;
  • 2 - рамка;
  • 3 - посоката на въртене на рамката;
  • 4 - магнитно поле.

Сега да видим как ще се промени ЕРС по време на един цикъл на завъртане на кадъра. В първоначалната позиция ЕДС ще бъде нула. В процеса на въртене тази стойност постепенно ще се увеличава, достигайки максимум в момента, когато рамката е под ъгъл от 90 °. По-нататъшното завъртане на рамката ще доведе до намаляване на ЕМП, достигайки минимум по време на завъртане на 180 °.

Продължавайки процеса, можете да видите как електромоторната сила променя посоката. Естеството на промените в променената посока на ЕМП ще бъде същото. Това означава, че то постепенно ще се увеличава, достигайки връх в точка, съответстваща на 270 ° въртене, след което ще намалее, докато рамката завърши пълния цикъл на въртене (360 °).

Ако графиката продължи за няколко цикъла на въртене, ще видим синусоидна характеристика на променлив ток. Периодът му ще съответства на един завой на рамката, а амплитудата ще съответства на максималната стойност на ЕМП (директна и обратна).

Сега ще се обърнем към друга важна характеристика на променливия ток - честотата. За неговото обозначение е приет латинската буква "f", а нейната мерна единица - херц (Hz). Този параметър показва броя на пълните цикли (периоди) на промяна на ЕМП в рамките на една секунда.

Честотата се определя по формулата:. Параметърът "T" показва времето на един пълен цикъл (период), измерено в секунди. Следователно, познавайки честотата, е лесно да се определи периода от време. Например, в ежедневието се използва електрически ток с честота от 50 Hz, следователно времето на неговия период ще бъде две стотни от секундата (1/50 = 0.02).

Трифазни генератори

Забележете, че най-рентабилният начин за получаване на променлив електрически ток е използването на трифазен генератор. На фигурата е показана опростена схема на нейната конструкция.

Трифазно генераторно устройство

Както можете да видите, генераторът използва три бобини, разположени на разстояние от 120 °, свързани с триъгълник (на практика тази връзка на намотките на генератора не се използва поради ниска ефективност). С преминаването на един от полюсите на магнита покрай намотката, той се индуцира.

Графично изображение на генерирания трифазен електрически ток

Каква е причината за разнообразието на електрическите токове?

Мнозина могат да имат разумен въпрос - защо да използвате толкова разнообразни електрически токове, ако можете да изберете един и да го направите стандартен? Работата е там, че не всеки тип електрически ток е подходящ за решаване на конкретен проблем.

Като пример ще цитираме условията, при които използването на постоянно напрежение ще бъде не само нерентабилно, но и понякога невъзможно:

  • задачата за предаване на напрежение на разстояние е по-лесна за променливо напрежение;
  • да се преобразува постоянен ток за различни схеми, които имат неопределено ниво на потребление, е почти невъзможно;
  • за поддържане на необходимото ниво на напрежение в веригите с постоянен ток е много по-сложно и по-скъпо от променливото;
  • AC двигателите са структурно по-прости и по-евтини от DC двигателите. На този етап трябва да се отбележи, че такива двигатели (асинхронни) имат високо начално ниво на тока, което не им позволява да се използват за решаване на определени проблеми.

Сега даваме примери за задачи, при които е по-целесъобразно да се използва постоянно напрежение:

  • За да се промени скоростта на въртене на асинхронни двигатели, е необходимо да се промени честотата на захранващата мрежа, която изисква сложно оборудване. За двигатели, задвижвани от постоянен ток, достатъчно е да промените захранващото напрежение. Затова именно те са монтирани в електротранспорта;
  • електрозахранване на електронни схеми, галванично оборудване и много други устройства също се извършва с постоянен електрически ток;
  • постоянното напрежение е много по-безопасно за хората от редуване.

Въз основа на горните примери е необходимо да се използват различни видове напрежение.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Електротехник