Om vekselstrøm og spenning. Forklaring på hvordan likestrøm skiller seg fra vekselstrøm

Folk som er mer eller mindre kjent med elektroteknikk vil enkelt svare på spørsmålet om hvilken strøm som er i stikkontakten. Selvfølgelig er det variabelt. Denne typen elektrisitet er mye lettere å produsere og overføre over lange avstander, og derfor er valget til fordel for vekselstrøm åpenbart.

Typer strøm

Det er to typer strøm - direkte og vekselstrøm. For å forstå forskjellen og finne ut om like- eller vekselstrøm er i stikkontakten, bør du fordype deg i noen tekniske funksjoner. Vekselstrøm har en tendens til å endre retning og størrelse. Likestrøm har stabile egenskaper og bevegelsesretningen til ladede partikler.

Vekselstrøm kommer ut av generatorene til kraftverket med en spenning på 220-440 tusen volt. Når du nærmer deg en bygård, synker strømmen til 12 tusen volt, og på transformatorstasjonen blir den omgjort til 380 volt. Spenningen mellom fasene kalles lineær. Lavspentdelen av nedtrappingsstasjonen gir tre faser og en nøytral (nøytral) ledning. Tilkoblingen av energiforbrukere utføres fra en av fasene og den nøytrale ledningen. Dermed kommer en vekselstrøm enfasestrøm med en spenning på 220 volt inn i bygningen.

Ordningen for distribusjon av elektrisitet mellom husene er presentert nedenfor:

I boligen leveres strøm til måleren, og deretter gjennom maskinene til boksene til hvert rom. Boksene har ledninger rundt i rommet for et par kretser - stikkontakt og lysutstyr. Automatiske maskiner kan leveres en for hvert rom eller en for hver krets. Tatt i betraktning hvor mange ampere stikkontakten er designet for, kan den inkluderes i en gruppe eller kobles til en dedikert maskin.

Vekselstrøm utgjør omtrent 90 % av all forbrukt strøm. En så høy egenvekt er forårsaket av særegenhetene til denne typen strøm - den kan transporteres over betydelige avstander ved å endre spenningen på transformatorstasjonene til de ønskede parameterne.

DC-kilder er oftest batterier, galvaniske celler, solcellepaneler, termoelementer. Likestrøm er mye brukt i lokale nettverk for bil- og lufttransport, i elektriske datakretser, automatiske systemer, radio- og TV-utstyr. Likestrøm brukes i kontaktnett for jernbanetransport, så vel som på skipsinstallasjoner.

Merk! Likestrøm brukes i alle elektroniske enheter.

Diagrammet nedenfor viser de grunnleggende forskjellene mellom likestrøm og vekselstrøm.

Parametre for elektriske hjemmenettverk

Hovedparametrene for elektrisitet er dens spenning og frekvens. Standardspenningen for hjemmenettverk er 220 volt. Den generelt aksepterte frekvensen er 50 hertz. Men i USA brukes en annen frekvensverdi - 60 hertz. Frekvensparameteren settes av genereringsutstyret og er uendret.

Spenningen i nettverket til et bestemt hus eller leilighet kan være forskjellig fra den nominelle verdien (220 volt). Denne indikatoren påvirkes av den tekniske tilstanden til utstyret, nettverksbelastninger, arbeidsbelastningen til transformatorstasjonen. Som et resultat kan spenningen avvike fra den angitte parameteren i en eller annen retning med 20–25 volt.

Strømstøt påvirker ytelsen til husholdningsapparater negativt, så det anbefales å lage tilkoblinger i hjemmenettverket gjennom spenningsstabilisatorer.

nåværende belastning

Alle stikkontakter har en viss merking, som man kan bedømme tillatt strømbelastning etter. For eksempel indikerer betegnelsen "5A" en maksimal strøm på 5 ampere. Tillatte indikatorer bør observeres, fordi ellers kan utstyret svikte, inkludert brann.

Merkingene på stikkontaktene er vist i figuren nedenfor:

Alle lovlig solgte elektriske apparater er ledsaget av et pass, som indikerer strømforbruket eller gjeldende belastning. De største forbrukerne av elektrisitet er husholdningsapparater som klimaanlegg, mikrobølgeovner, vaskemaskiner, komfyrer og ovner. Slike enheter for normal drift vil trenge et uttak med en belastning på minst 16 ampere.

Hvis dokumentasjonen for husholdningsapparater ikke inneholder informasjon om forbrukte ampere (strømmen i stikkontakten), blir bestemmelsen av de nødvendige verdiene utført i henhold til formelen for elektrisk kraft:

Strømindikatoren er i passet, nettspenningen er kjent. For å bestemme forbruket av strøm, må du dele strømindikatoren (kun angitt i watt) med spenningsverdien.

Varianter av stikkontakter

Stikkontakter er designet for å skape kontakt mellom det elektriske nettverket og husholdningsapparater. De er laget på en slik måte at de gir pålitelig beskyttelse mot utilsiktet kontakt med strømførende elementer. Moderne modeller er oftest utstyrt med en beskyttende jord, presentert som en separat kontakt.

I henhold til installasjonsmetoden er det to typer stikkontakter - åpne og skjulte. Valg av uttakstype bestemmes i stor grad av type installasjon. For eksempel, når du organiserer utendørs ledninger, brukes overhead åpne stikkontakter. Slikt tilbehør er enkelt å installere og trenger ikke nisjer for stikkontakter. Innebygde modeller er mer attraktive fra et estetisk synspunkt og sikrere, siden de strømførende elementene er inne i veggen.

Stikkontakter varierer i gjeldende verdi. De fleste enheter er designet for å fungere med 6, 10 eller 16 ampere. Gamle sovjetproduserte prøver er designet for kun 6,3 ampere.

Merk! Maksimal mulig strøm for stikkontakten må være i samsvar med strømmen til forbrukeren koblet til strømnettet.

Metoder for måling av spenning og strøm

For å måle spennings- og strømindikatorer brukes følgende metoder:

Den enkleste metoden er å koble til en stikkontakt med riktig spenning. Hvis det er strøm i stikkontakten, vil apparatet fungere.
Spenningsindikator. Denne enheten kan være enpolet og kan være en spesiell skrutrekker. To-polet indikator med et par kontaktorer er også tilgjengelig. En enpolet enhet oppdager fasen i stikkontakten, men oppdager ikke tilstedeværelse eller fravær av en null. En bipolar indikator viser strømmen mellom fasene, samt mellom null og fase.
Multimeter (multester). Ved hjelp av en spesiell tester foretas målinger av enhver type strøm som finnes i stikkontakten - både AC og DC. Sjekk også spenningsnivået med et multimeter.
Kontrollampe. Ved hjelp av en lampe bestemmes tilstedeværelsen av elektrisitet i stikkontakten, forutsatt at lyset i kontrollenheten tilsvarer spenningen i det testede uttaket.

Informasjonen som er oppført ovenfor er ganske nok for en generell forståelse av prinsippene for å organisere et elektrisk nettverk i et hus. Ethvert elektrisk arbeid bør kun startes i samsvar med alle sikkerhetstiltak og med de nødvendige kvalifikasjoner.

Vekselstrøm , i motsetning til , endres kontinuerlig både i størrelse og retning, og disse endringene skjer med jevne mellomrom, det vil si at de gjentas nøyaktig med jevne mellomrom.

For å indusere en slik strøm i kretsen, brukes vekselstrømkilder som skaper en variabel emf, som periodisk endrer seg i størrelse og retning. Slike kilder kalles vekselstrømsgeneratorer.

På fig. 1 viser et enhetsdiagram (modell) av de enkleste.

En rektangulær ramme laget av kobbertråd er montert på en akse og roterer i feltet ved hjelp av en remdrift. Endene av rammen er loddet til kobberkontaktringer, som, roterende med rammen, glir langs kontaktplatene (børstene).

Figur 1. Oppsett av den enkleste dynamoen

Bekreft at en slik enhet faktisk er det kilde til EMF-variabel.

Anta at en magnet skaper mellom sine poler, dvs. en der tettheten av magnetiske kraftlinjer i en hvilken som helst del av feltet er den samme. roterende, krysser rammen kraftlinjene til magnetfeltet, og på hver av sidene a og b.

Sidene c og d på rammen fungerer ikke, siden når rammen roterer, krysser de ikke magnetfeltlinjene og deltar derfor ikke i dannelsen av EMF.

Til enhver tid er EMF som oppstår på side a motsatt i retning av EMF som oppstår på side b, men i rammen virker begge EMF-ene i samsvar og utgjør totalt den totale EMF, dvs. indusert av hele ramme.

Det er lett å verifisere dette hvis vi bruker det kjente for oss for å bestemme retningen til EMF høyrehåndsregel.

For å gjøre dette må du plassere håndflaten på høyre hånd slik at den vender mot nordpolen til magneten, og den bøyde tommelen faller sammen med bevegelsesretningen til den siden av rammen der vi vil bestemme retningen til EMF. Da vil retningen til EMF i den bli indikert med utstrakte fingre.

Uansett hvilken posisjon av rammen vi bestemmer retningen til EMF på sidene a og b, legger de alltid sammen og danner en felles EMF i rammen. Samtidig, med hver omdreining av rammen, endres retningen til den totale EMF i den til motsatt, siden hver av arbeidssidene av rammen passerer under forskjellige poler av magneten i en omdreining.

Størrelsen på EMF indusert i rammen endres også, ettersom hastigheten som sidene av rammen skjærer de magnetiske feltlinjene med endres. Faktisk, på det tidspunktet når rammen nærmer seg sin vertikale posisjon og passerer den, er hastigheten for å krysse kraftlinjene ved sidene av rammen størst, og den største EMF induseres i rammen. I de øyeblikkene når rammen passerer sin horisontale posisjon, ser det ut til at sidene glir langs de magnetiske kraftlinjene uten å krysse dem, og EMF blir ikke indusert.

På denne måten, med en jevn rotasjon av rammen, vil en EMF bli indusert i den, som periodisk endres både i størrelse og retning.

EMF som oppstår i sløyfen kan måles med en enhet og brukes til å lage en strøm i en ekstern krets.

Ved å bruke , kan du få en variabel EMF og derfor en vekselstrøm.

Vekselstrøm for industrielle formål og produseres av kraftige generatorer drevet av damp- eller vannturbiner og forbrenningsmotorer.

Grafisk fremstilling av likestrøm og vekselstrøm

Den grafiske metoden gjør det mulig å visualisere prosessen med å endre en eller annen variabel avhengig av tid.

Konstruksjonen av grafer av variabler som endrer seg over tid begynner med konstruksjonen av to innbyrdes vinkelrette linjer, kalt aksene til grafen. Deretter, på den horisontale aksen, på en viss skala, plottes tidsintervaller, og på den vertikale, også på en viss skala, verdiene for mengden hvis graf de skal bygge (emf, spenning eller strøm). ).

På fig. 2 grafisk avbildet likestrøm og vekselstrøm. I dette tilfellet plotter vi gjeldende verdier, og opp vertikalt fra skjæringspunktet mellom aksene O, plottes strømverdiene i en retning, som vanligvis kalles positiv, og ned fra dette punktet , motsatt retning, som vanligvis kalles negativ.

Figur 2. Grafisk fremstilling av like- og vekselstrøm

Selve punktet O fungerer samtidig som referansepunktet for verdiene for strøm (vertikalt ned og opp) og tid (horisontalt til høyre). Med andre ord tilsvarer dette punktet nullverdien til strømmen og det første tidspunktet som vi har til hensikt å spore hvordan strømmen vil endre seg i fremtiden.

La oss verifisere riktigheten til den som er konstruert i fig. 2, og en graf over en konstant strøm på 50 mA.

Siden denne strømmen er konstant, det vil si at den ikke endrer størrelse og retning over tid, vil de samme strømverdiene, dvs. 50 mA, tilsvare forskjellige tidspunkter. Følgelig, i tidspunktet lik null, dvs. i det første øyeblikket av vår observasjon av strømmen, vil den være lik 50 mA. Ved å sette et segment opp langs den vertikale aksen lik gjeldende verdi på 50 mA, får vi det første punktet på grafen vår.

Vi må gjøre det samme for neste øyeblikk tilsvarende punkt 1 på tidsaksen, dvs. å utsette et segment vertikalt oppover fra dette punktet, også lik 50 mA. Slutten av segmentet vil bestemme det andre punktet i grafen for oss.

Etter å ha gjort en lignende konstruksjon i flere påfølgende øyeblikk av tid, får vi en serie punkter, hvis forbindelse vil gi en rett linje, som er grafisk fremstilling av likestrøm 50 mA.

La oss gå videre til å studere EMF variabel graf. På fig. 3 øverst viser en ramme som roterer i et magnetisk felt, og nederst er en grafisk representasjon av den fremkommende EMF-variabelen.

Figur 3. Plotting av EMF-variabelen

Vi begynner å rotere rammen jevnt med klokken og følger løpet av endringen i EMF i den, og tar den horisontale posisjonen til rammen som det første øyeblikket.

I dette første øyeblikket vil EMF være null, siden sidene av rammen ikke krysser magnetfeltlinjene. På grafen vil denne nullverdien til EMF, som tilsvarer øyeblikket t \u003d 0, representeres av punkt 1.

Med ytterligere rotasjon av rammen, vil en EMF begynne å vises i den og vil øke i størrelse til rammen når sin vertikale posisjon. På grafen vil denne økningen i EMF bli avbildet som en jevn oppadgående kurve, som når toppen (punkt 2).

Når rammen nærmer seg den horisontale posisjonen, vil EMF i den avta og falle til null. På grafen vil dette bli avbildet som en fallende jevn kurve.

Følgelig, i løpet av tiden som tilsvarer en halv omdreining av rammen, klarte EMF i den å øke fra null til maksimumsverdien og igjen reduseres til null (punkt 3).

Med ytterligere rotasjon av rammen vil EMF igjen oppstå i den og vil gradvis øke i størrelse, men retningen vil allerede endres til det motsatte, som kan sees ved å bruke høyreregelen.

Grafen tar hensyn til endringen i retningen til EMF ved at kurven som viser EMF krysser tidsaksen og er nå plassert under denne aksen. Emf øker igjen til rammen inntar en vertikal posisjon.

Deretter vil EMF begynne å avta, og verdien vil bli lik null når rammen går tilbake til sin opprinnelige posisjon, etter å ha fullført en hel omdreining. På grafen vil dette uttrykkes ved at EMF-kurven, etter å ha nådd toppen i motsatt retning (punkt 4), da vil møtes med tidsaksen (punkt 5)

Dette avslutter en syklus med å endre EMF, men hvis vi fortsetter å rotere rammen, begynner den andre syklusen umiddelbart, og gjentar nøyaktig den første, som igjen vil bli fulgt av den tredje, og deretter den fjerde, og så videre til vi stopper turnusrammen.

Således, for hver omdreining av rammen, gjør EMF som oppstår i den en full syklus av endringen.

Hvis rammen er lukket for en ekstern krets, vil en vekselstrøm flyte gjennom kretsen, hvis graf vil se ut som EMF-grafen.

Bølgekurven vi fikk kalles sinusformet, og strømmen, EMF eller spenningen som endres i henhold til denne loven kalles sinusformet.

Selve kurven kalles en sinusformet fordi den er en grafisk representasjon av en variabel trigonometrisk mengde kalt en sinus.

Den sinusformede naturen til strømendringen er den vanligste innen elektroteknikk, og når vi snakker om vekselstrøm, betyr de i de fleste tilfeller en sinusformet strøm.

For å sammenligne ulike vekselstrømmer (EMF og spenninger), er det mengder som karakteriserer en bestemt strøm. De heter AC parametere.

Periode, amplitude og frekvens - AC parametere

Vekselstrøm er preget av to parametere - periode og amplitude, vel vitende om hvilke vi kan bedømme hva slags vekselstrøm det er og bygge en strømgraf.

Figur 4. Sinusformet strømkurve

Tidsperioden som en fullstendig syklus av gjeldende endring finner sted kalles en periode. Perioden er merket med bokstaven T og måles i sekunder.

Tidsperioden som halvparten av hele syklusen med gjeldende endring finner sted kalles en halvsyklus. Derfor består perioden med strømendring (EMF eller spenning) av to halvsykluser. Det er ganske åpenbart at alle perioder med samme vekselstrøm er lik hverandre.

Som det kan sees fra grafen, når strømmen i løpet av en periode med endringen det dobbelte av sin maksimale verdi.

Den maksimale verdien av en vekselstrøm (EMF eller spenning) kalles dens amplitude eller amplitudeverdi av strømmen.

Im, Em og Um er generelt aksepterte betegnelser for amplitudene til strøm, emk og spenning.

Først av alt la vi merke til , men som det kan sees fra grafen, er det utallige mellomverdier av den, mindre enn amplituden.

Verdien av vekselstrømmen (EMF, spenning) som tilsvarer et hvilket som helst valgt tidspunkt kalles dens øyeblikkelige verdi.

i, e og u er generelt aksepterte betegnelser for øyeblikkelige verdier av strøm, emk og spenning.

Den øyeblikkelige verdien av strømmen, så vel som dens amplitudeverdi, er lett å bestemme ved hjelp av en graf. For å gjøre dette, fra et hvilket som helst punkt på den horisontale aksen som tilsvarer øyeblikket av interesse for oss, tegner vi en vertikal linje til skjæringspunktet med gjeldende kurve; det resulterende segmentet av den vertikale linjen vil bestemme verdien av strømmen i et gitt øyeblikk, dvs. dens øyeblikkelige verdi.

Åpenbart vil den øyeblikkelige verdien av strømmen etter tiden T / 2 fra startpunktet til grafen være lik null, og etter tiden - T / 4 til dens amplitudeverdi. Strømmen når også sin toppverdi; men allerede i motsatt retning, etter en tid lik 3/4 T.

Så, grafen viser hvordan strømmen i kretsen endrer seg over tid, og at hvert øyeblikk av tiden tilsvarer bare én spesifikk verdi av både størrelsen og retningen til strømmen. I dette tilfellet vil verdien av strømmen på et gitt tidspunkt på ett punkt i kretsen være nøyaktig den samme på et hvilket som helst annet punkt i denne kretsen.

Antall komplette perioder fullført av strømmen på 1 sekund kalles AC frekvens og er betegnet med den latinske bokstaven f.

For å bestemme frekvensen til en vekselstrøm, det vil si å finne ut hvor mange perioder av endringen gjorde strømmen innen 1 sekund, er det nødvendig å dele 1 sekund med tiden for en periode f = 1/T. Når du kjenner frekvensen til vekselstrømmen, kan du bestemme perioden: T = 1/f

Det måles i en enhet som kalles hertz.

Hvis vi har en vekselstrøm, hvis frekvens er 1 hertz, vil perioden for en slik strøm være 1 sekund. Omvendt, hvis perioden med strømendring er 1 sekund, er frekvensen til en slik strøm 1 hertz.

Så vi har definert AC parametere - periode, amplitude og frekvens, - som gjør det mulig å skille ulike vekselstrømmer, emfs og spenninger fra hverandre og å bygge, når det er nødvendig, deres grafer.

Ved bestemmelse av motstanden til ulike kretser til vekselstrøm, bruk en annen hjelpeverdi som karakteriserer vekselstrøm, den s.k. vinkel- eller sirkulær frekvens.

Sirkulær frekvens betegnes som relatert til frekvensen f med relasjonen 2pf

La oss forklare denne avhengigheten. Når vi konstruerte en graf av variabelen EMF, så vi at i løpet av en fullstendig omdreining av rammen, oppstår en fullstendig syklus av endring i EMF. Med andre ord, for at rammen skal gjøre en omdreining, dvs. snu 360°, tar det tid lik en periode, dvs. T sekunder. Så på 1 sekund gjør rammen 360°/T svinger. Derfor er 360°/T vinkelen som rammen roterer gjennom på 1 sekund, og uttrykker rotasjonshastigheten til rammen, som vanligvis kalles vinkel- eller sirkulær hastighet.

Men siden perioden T er relatert til frekvensen f med forholdet f=1/T, kan sirkulærhastigheten også uttrykkes i form av frekvensen og vil være lik 360°f.

Så vi har kommet til den konklusjon at 360°f. For enkelhets skyld å bruke den sirkulære frekvensen i alle typer beregninger, erstattes vinkelen på 360 ° som tilsvarer en omdreining med et radialt uttrykk lik 2pi radianer, hvor pi \u003d 3.14. Dermed får vi endelig 2pif. Derfor, for å bestemme den sirkulære frekvensen til en vekselstrøm (), er det nødvendig å multiplisere frekvensen i hertz med en konstant tallet er 6,28.

Selv om vi bruker elektriske apparater hver dag i hverdagen, er det ikke alle som kan svare på hvordan vekselstrøm skiller seg fra likestrøm, til tross for at dette diskuteres som en del av skolens læreplan. Derfor er det fornuftig å huske de viktigste dogmene.

Generaliserte definisjoner

Den fysiske prosessen der ladede partikler beveger seg på en ordnet (rettet) måte kalles elektrisk strøm. Det er vanligvis delt inn i variabel og permanent. For den første forblir retningen og størrelsen uendret, mens for den andre endres disse egenskapene i henhold til et bestemt mønster.

Definisjonene ovenfor er sterkt forenklet, selv om de forklarer forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm. For bedre å forstå hva denne forskjellen er, er det nødvendig å gi en grafisk representasjon av hver av dem, og også å forklare hvordan en variabel elektromotorisk kraft dannes i kilden. For å gjøre dette, henvender vi oss til elektroteknikk, eller rettere sagt dets teoretiske grunnlag.

EMF-kilder

Kilder til elektrisk strøm av noe slag er av to typer:

primær, med deres hjelp, genereres elektrisitet ved å konvertere mekanisk, solenergi, termisk, kjemisk eller annen energi til elektrisk energi;
sekundært genererer de ikke strøm, men konverterer den for eksempel fra variabel til konstant eller omvendt.

Den eneste primære kilden til elektrisk vekselstrøm er en generator; et forenklet diagram av en slik enhet er vist i figuren.

Betegnelser:

1 - rotasjonsretning;
2 - magnet med polene S og N;
3 - magnetisk felt;
4 - trådramme;
5 - EMF;
6 - ringekontakter;
7 - strømsamlere.

Prinsipp for operasjon

Mekanisk energi omdannes av generatoren vist på figuren til elektrisk energi som følger:

på grunn av et slikt fenomen som elektromagnetisk induksjon, når ramme "4" roterer, plassert i et magnetfelt "3" (oppstår mellom forskjellige poler av magnet "2"), dannes en EMF "5" i den. Spenning tilføres nettverket gjennom strømkollektorene "7" fra ringkontaktene "6", som rammen "4" er koblet til.

Video: likestrøm og vekselstrøm - forskjeller

Når det gjelder størrelsen på EMF, avhenger det av hastigheten på å krysse kraftlinjene "3" med rammen "4". På grunn av egenskapene til det elektromagnetiske feltet, vil minimum kryssingshastighet, og dermed den laveste verdien av den elektromotoriske kraften, være i øyeblikket når rammen er i vertikal posisjon, henholdsvis maksimum - i horisontal posisjon.

Gitt det ovennevnte, i prosessen med jevn rotasjon, induseres en EMF, egenskapene til størrelsen og retningen som endres med en viss periode.

Grafiske bilder

Takket være bruken av den grafiske metoden er det mulig å få en visuell representasjon av de dynamiske endringene av ulike størrelser. Nedenfor er en graf over spenningsendringer over tid for en galvanisk celle 3336L (4,5 V).

Som du kan se, er grafen en rett linje, det vil si at kildespenningen forblir uendret.

Nå gir vi en graf over dynamikken til spenningsendringer i løpet av en syklus (full omdreining av rammen) til generatoren.

Den horisontale aksen viser rotasjonsvinkelen i grader, den vertikale aksen - verdien av EMF (spenning)

For klarhet, la oss vise startposisjonen til rammen i generatoren, tilsvarende startpunktet for rapporten på grafen (0°)

Betegnelser:

1 - magnetpoler S og N;
2 - ramme;
3 - rammens rotasjonsretning;
4 - magnetisk felt.

La oss nå se hvordan EMF vil endre seg i løpet av en syklus med rotasjon av rammen. I utgangsposisjonen vil EMF være null. Under rotasjon vil denne verdien gradvis øke, og nå et maksimum i øyeblikket når rammen er i en vinkel på 90°. Ytterligere rotasjon av rammen vil føre til en reduksjon i EMF, og når et minimum i rotasjonsøyeblikket med 180 °.

Hvis du fortsetter prosessen, kan du se hvordan den elektromotoriske kraften endrer retning. Naturen til endringene i EMF som endret retning vil være den samme. Det vil si at den vil begynne å øke gradvis, og nå en topp på punktet som tilsvarer en 270° rotasjon, hvoretter den vil avta til rammen fullfører en hel rotasjonssyklus (360°).

Hvis grafen fortsettes i flere rotasjonssykluser, vil vi se en sinusformet karakteristikk av en elektrisk vekselstrøm. Perioden vil tilsvare en omdreining av rammen, og amplituden vil tilsvare maksimalverdien til EMF (fremover og bakover).

La oss nå gå videre til en annen viktig egenskap ved en vekselstrøm - frekvens. For betegnelsen er den latinske bokstaven "f" tatt i bruk, og måleenheten er hertz (Hz). Denne parameteren viser antall komplette sykluser (perioder) med EMF-endring i løpet av ett sekund.

Frekvensen bestemmes av formelen:. "T"-parameteren viser tiden for én fullstendig syklus (periode), målt i sekunder. Følgelig, med kjennskap til frekvensen, er det lett å bestemme periodetiden. For eksempel, i hverdagen brukes en elektrisk strøm med en frekvens på 50 Hz, derfor vil tiden for perioden være to hundredeler av et sekund (1/50 = 0,02).

Trefase generatorer

Merk at den mest kostnadseffektive måten å oppnå en elektrisk vekselstrøm på er å bruke en trefasegenerator. Et forenklet diagram over utformingen er vist i figuren.

Som du kan se, bruker generatoren tre spoler plassert med en forskyvning på 120 °, forbundet med en trekant (i praksis brukes ikke en slik tilkobling av generatorviklingene på grunn av lav effektivitet). Når en av magnetens poler passerer spolen, induseres en EMF i den.

Hva er begrunnelsen for mangfoldet av elektriske strømmer

Mange har kanskje et velbegrunnet spørsmål - hvorfor bruke så mange forskjellige elektriske strømmer, hvis du kan velge en og gjøre den standard? Saken er at ikke alle typer elektrisk strøm er egnet for å løse et bestemt problem.

Som et eksempel gir vi forholdene under hvilke bruk av konstant spenning ikke bare vil være ulønnsomt, men noen ganger umulig:

oppgaven med å overføre spenning over avstander er lettere å implementere for vekselspenning;
det er praktisk talt umulig å konvertere en likestrøm for forskjellige elektriske kretser, som har et ubestemt forbruksnivå;
å opprettholde det nødvendige spenningsnivået i likestrømkretser er mye vanskeligere og dyrere enn alternerende;
motorer for vekselspenning er strukturelt enklere og billigere enn for likespenning. På dette tidspunktet bør det bemerkes at slike motorer (asynkrone) har et høyt nivå av startstrøm, noe som ikke lar dem brukes til å løse visse problemer.

Nå gir vi eksempler på oppgaver hvor det er mer hensiktsmessig å bruke konstant spenning:

for å endre rotasjonshastigheten til induksjonsmotorer er nødvendig, endre frekvensen til strømforsyningen, som krever sofistikert utstyr. For motorer som kjører på likestrøm, er det nok å endre forsyningsspenningen. Derfor er de installert i elektrisk transport;
elektroniske kretser, galvanisk utstyr og mange andre enheter drives også av likestrøm;
DC-spenning er mye tryggere for mennesker enn AC-spenning.

Basert på eksemplene ovenfor, blir det nødvendig å bruke forskjellige typer spenning.

Bevegelsen av elektroner i en leder

For å forstå hva strøm er og hvor den kommer fra, må du ha litt kunnskap om strukturen til atomer og lovene for deres oppførsel. Atomer består av nøytroner (nøytral ladning), protoner (positiv ladning) og elektroner (negativ ladning).

Elektrisk strøm oppstår som et resultat av den rettede bevegelsen av protoner og elektroner, samt ioner. Hvordan kan du styre bevegelsen til disse partiklene? Under enhver kjemisk operasjon "bryter elektroner av" og beveger seg fra ett atom til et annet.

De atomene som elektronet "brøt av" fra blir positivt ladet (anioner), og de som det har koblet seg til blir negativt ladet og kalles kationer. Som et resultat av disse "overløpene" av elektroner, oppstår det en elektrisk strøm.

Naturligvis kan denne prosessen ikke fortsette for alltid, den elektriske strømmen vil forsvinne når alle atomene i systemet er stabilisert og vil ha en nøytral ladning (et utmerket husholdningseksempel er et vanlig batteri som "setter seg ned" som et resultat av slutten av en kjemisk reaksjon).

Studiehistorie

De gamle grekerne var de første som la merke til et interessant fenomen: hvis du gnir en ravstein på en ullduk, begynner den å tiltrekke seg små gjenstander. De neste trinnene ble tatt av forskere og oppfinnere av renessansen, som bygde flere interessante enheter som demonstrerte dette fenomenet.

Et nytt stadium i studiet av elektrisitet var arbeidet til amerikaneren Benjamin Franklin, spesielt hans eksperimenter med Leiden-krukken, verdens første elektriske kondensator.

Det var Franklin som introduserte begrepene positive og negative ladninger, og han oppfant også lynavlederen. Og til slutt ble studiet av elektrisk strøm en eksakt vitenskap etter beskrivelsen av Coulombs lov.

Grunnleggende lover og krefter i elektrisk strøm

Ohms lov - formelen beskriver forholdet mellom kraft, spenning og motstand. Oppdaget på 1800-tallet av den tyske vitenskapsmannen Georg Simon Ohm. Enheten for elektrisk motstand er oppkalt etter ham. Oppdagelsene hans var svært nyttige direkte for praktisk bruk.

Joule-Lenz-loven sier at arbeid utføres på hvilken som helst del av en elektrisk krets. Som et resultat av dette arbeidet varmes lederen opp. En slik termisk effekt brukes ofte i praksis i ingeniørfag og teknologi (et utmerket eksempel er en glødelampe).

Bevegelsen av avgifter i dette tilfellet, er arbeidet gjort

Dette mønsteret fikk navnet sitt fordi 2 forskere på en gang, omtrent samtidig og uavhengig, utledet det ved hjelp av eksperimenter.
.

På begynnelsen av 1800-tallet gjettet den britiske vitenskapsmannen Faraday at ved å endre antall induksjonslinjer som trenger gjennom overflaten avgrenset av en lukket sløyfe, kan man lage en induksjonsstrøm. Ytre krefter som virker på frie partikler kalles elektromotorisk kraft (emk-induksjon).

Varianter, egenskaper og måleenheter

Den elektriske strømmen kan være variabler, eller fast.

En konstant elektrisk strøm er en strøm som ikke endrer retning og tegn over tid, men den kan endre størrelsen. Konstant elektrisk strøm som kilde bruker oftest galvaniske celler.

En variabel er en som endrer retning og fortegn i henhold til cosinusloven. Dens karakteristikk er frekvensen. Måleenheter i SI-systemet er Hertz (Hz).

De siste tiårene har det blitt svært utbredt. Dette er en type vekselstrøm som inkluderer 3 kretser. I disse kretsene fungerer variable elektromagnetiske felter med samme frekvens, men utplassert i fase én i forhold til den andre med en tredjedel av perioden. Hver enkelt krets kalles en fase.

Nesten alle moderne generatorer produserer trefase elektrisitet.

Styrke og mengde strøm

Strømstyrken avhenger av mengden ladning som flyter i den elektriske kretsen per tidsenhet. Strømstyrken er forholdet mellom den elektriske ladningen som passerer gjennom tverrsnittet av lederen og tidspunktet for dens passasje.

I SI-systemet er måleenheten for styrken til ladningen anhenget (C), tiden er sekundet (s). Som et resultat får vi C/s, denne enheten kalles Ampere (A). Styrken til den elektriske strømmen måles ved hjelp av et instrument - et amperemeter.

Spenning

Spenning er forholdet mellom arbeid og mengden ladning. Arbeid måles i joule (J), ladning i coulomb. Denne enheten kalles Volt (V).

Elektrisk motstand

Ammeteravlesninger på forskjellige ledere gir forskjellige verdier. Og for å måle kraften til den elektriske kretsen, må 3 enheter brukes. Fenomenet forklares med at hver leder har forskjellig ledningsevne. Måleenheten heter Ohm og er betegnet med den latinske bokstaven R. Motstanden avhenger også av lengden på lederen.

Elektrisk kapasitans

To ledere som er isolert fra hverandre kan akkumulere elektriske ladninger. Dette fenomenet er preget av en størrelse som kalles elektrisk kapasitans. Måleenheten er farad (F).

Kraft og arbeid av elektrisk strøm

Arbeidet til den elektriske strømmen i en bestemt del av kretsen er lik multiplikasjonen av spenningen med kraften og tiden. Spenning måles i volt, styrke i ampere og tid i sekunder. Måleenheten for arbeid er joule (J).

Kraften til en elektrisk strøm er forholdet mellom arbeid og tiden det er fullført. Effekt er merket med bokstaven P og måles i watt (W). Formelen for strøm er veldig enkel: Strøm ganger spenning.

Det finnes også en enhet som kalles watt-time. Det må ikke forveksles med watt, det er 2 forskjellige fysiske størrelser. Watt måler kraft (hastigheten av forbruk eller overføring av energi), og watt-timer uttrykker energien som produseres i en bestemt tid. Denne målingen brukes ofte på elektriske husholdningsapparater.

For eksempel, en lampe med en effekt på 100 W jobbet i en time, så forbrukte den 100 W * t, og en lyspære med en effekt på 40 watt vil forbruke samme mengde strøm på 2,5 timer.

Et wattmeter brukes til å måle kraften til en elektrisk krets.

Hvilken type strøm er mer effektiv og hva er forskjellen mellom dem?

Likestrøm er enkel å bruke ved parallellkobling av generatorer, for vekselstrøm er synkronisering av generator og kraftsystem nødvendig.

I historien fant en begivenhet kalt "Strømmekrigen" sted. Denne "krigen" fant sted mellom to strålende oppfinnere - Thomas Edison og Nikola Tesla. Den første støttet og fremmet aktivt likestrøm, og den andre variabelen. «Krigen» endte med Teslas seier i 2007, da New York endelig gikk over til AC.

Forskjellen i effektiviteten til energioverføring over en avstand viste seg å være enorm til fordel for vekselstrøm. Konstant elektrisk strøm kan ikke brukes hvis stasjonen er langt fra forbrukeren.

Men konstanten fant fortsatt et omfang: det er mye brukt i elektroteknikk, galvanisering og noen typer sveising. Likestrøm har også blitt svært utbredt innen bytransport (trolleybusser, trikker, metro).

Naturligvis er det ingen dårlige eller gode strømmer, hver type har sine egne fordeler og ulemper, det viktigste er å bruke dem riktig.

Typer strøm

Blant typene elektrisk strøm er det:

D.C:

Betegnelse (-) eller DC (Direct Current = likestrøm).

Vekselstrøm:

notasjon (

) eller AC (vekselstrøm = vekselstrøm).

Ved likestrøm (-) går strømmen i én retning. Likestrøm leveres for eksempel av tørrbatterier, solcellepaneler og akkumulatorer til apparater med lavt strømforbruk. Elektrolyse av aluminium, elektrisk lysbuesveising og drift av elektrifiserte jernbaner krever høy likestrøm. Den er laget ved hjelp av AC-likretter eller ved hjelp av DC-generatorer.

Som den tekniske retningen til strømmen, antas det at den flyter fra kontakten med "+"-tegnet til kontakten med "-"-tegnet.

Ved vekselstrøm (

) skille mellom enfaset vekselstrøm, trefaset vekselstrøm og høyfrekvent strøm.

Med vekselstrøm endrer strømmen konstant størrelse og retning. I det vesteuropeiske strømnettet endrer strømmen retning 50 ganger i sekundet. Frekvensen av oscillasjonsendringer per sekund kalles frekvensen til strømmen. Frekvensenheten er hertz (Hz). Enfaset vekselstrøm krever en spenningsførende leder og en returleder.

Vekselstrøm brukes på byggeplassen og i industrien for å betjene elektriske maskiner som håndslipere, elektriske bor og sirkelsager, samt til lette byggeplasser og byggeplassutstyr.

Tre-fase generatorer produserer en vekselspenning med en frekvens på 50 Hz på hver av de tre viklingene. Tre separate nettverk kan forsynes med denne spenningen, og samtidig kan kun seks ledninger brukes til direkte- og returledere. Hvis du kombinerer returlederne, kan du begrense deg til bare fire ledninger

Den vanlige returledningen vil være nøytrallederen (N). Som regel er det jordet. De tre andre lederne (ytre ledere) er forkortet LI, L2, L3. I det tyske strømnettet er spenningen mellom ytterlederen og nulllederen, eller jord, 230 V. Spenningen mellom de to ytre lederne, for eksempel mellom L1 og L2, er 400 V.

Høyfrekvent strøm sies å være når oscillasjonsfrekvensen er mye høyere enn 50 Hz (fra 15 kHz til 250 MHz). Høyfrekvent strøm kan brukes til å varme ledende materialer og til og med smelte dem, for eksempel metaller og noen syntetiske materialer.

Omformere AC DC strøm. Enhet.

Vasily Sonkin

Hvis folk står langs hele Garden Ring, holder hender og samtidig går i én retning, vil mange mennesker passere gjennom hvert veikryss. Dette er likestrøm. Hvis de tar et par skritt til høyre, så til venstre, vil mange mennesker passere gjennom hvert veikryss, men de vil være de samme menneskene. Dette er vekselstrøm.

Strøm er bevegelsen av elektroner i en bestemt retning. Det er nødvendig at elektroner også beveger seg i enhetene våre. Hvor kommer strømmen fra i uttaket?

Kraftverket konverterer den kinetiske energien til elektroner til elektrisk energi. Det vil si at et vannkraftverk bruker rennende vann til å snu en turbin. Turbinpropellen roterer en kule av kobber mellom to magneter. Magneter får elektronene i kobberet til å bevege seg, på grunn av dette begynner elektronene i ledningene som er festet til kobberspolen å bevege seg - en strøm oppnås.

Generatoren er som en pumpe for vann, og ledningen er som en slange. Generatorpumpen pumper elektroner-vann gjennom ledninger-slanger.

Vekselstrøm er strømmen som vi har i uttaket. Det kalles variabel fordi retningen til elektroner er i konstant endring. AC-uttak har forskjellige frekvenser og spenninger. Hva betyr det? I russiske stikkontakter er frekvensen 50 hertz og spenningen 220 volt. Det viser seg at på et sekund endrer strømmen av elektroner retningen for elektronbevegelse og ladning fra positiv til negativ 50 ganger. Retningsendring kan sees i fluorescerende lys når du slår dem på. Mens elektronene akselererer, blinker det flere ganger - dette er endringen i bevegelsesretningen. Og 220 volt er det maksimalt mulige "trykket" som elektroner beveger seg med i dette nettverket.

Ved vekselstrøm er ladningen i konstant endring. Dette betyr at spenningen er enten 100 %, så 0 %, så igjen 100 %. Hvis spenningen var 100% konstant, ville en ledning med stor diameter være nødvendig, og med en skiftende ladning kan ledningene være tynnere. Det er behagelig. Et kraftverk kan sende millioner av volt gjennom en liten ledning, så tar en transformator for et eget hus for eksempel 10 000 volt, og gir ut 220 til hvert uttak.

Likestrøm er strømmen du har i telefonens batteri eller batterier. Det kalles konstant fordi retningen på elektronbevegelsen ikke endres. Ladere transformerer vekselstrøm fra nettverket til likestrøm, og i denne formen er den allerede i batteriene.

Hva er vekselstrøm og hvordan skiller den seg fra likestrøm

Vekselstrøm. i motsetning til likestrøm. endres kontinuerlig både i størrelse og retning, og disse endringene skjer med jevne mellomrom, dvs. de gjentas nøyaktig med jevne mellomrom.

For å indusere en slik strøm i kretsen, brukes vekselstrømkilder som skaper en variabel emf, som periodisk endres i størrelse og retning. Slike kilder kalles dynamoer.

På fig. 1 viser et diagram av enheten (modellen) til den enkleste dynamoen.

En rektangulær ramme laget av kobbertråd er montert på en akse og roterer i feltet til en magnet ved hjelp av en beltedrift. Endene av rammen er loddet til kobberkontaktringer, som, roterende med rammen, glir langs kontaktplatene (børstene).

Figur 1. Oppsett av den enkleste dynamoen

La oss sørge for at en slik enhet virkelig er en kilde til variabel EMF.

Anta at en magnet lager et jevnt magnetfelt mellom polene. dvs. en der tettheten til magnetiske kraftlinjer i en hvilken som helst del av feltet er den samme. roterende, krysser rammen kraftlinjene til magnetfeltet, og på hver av sidene a og b induseres en EMF.

Sidene c og d på rammen fungerer ikke, siden når rammen roterer, krysser de ikke magnetfeltlinjene og deltar derfor ikke i dannelsen av EMF.

Dette er lett å verifisere hvis vi bruker den velkjente høyrehåndsregelen for å bestemme retningen til EMF.

Således, med en jevn rotasjon av rammen, vil en EMF bli indusert i den, som periodisk endres både i størrelse og retning.

EMF som oppstår i sløyfen kan måles med en enhet og brukes til å lage en strøm i en ekstern krets.

Bruk av fenomenet elektromagnetisk induksjon. du kan få en variabel EMF og derfor en vekselstrøm.

Vekselstrøm til industrielle formål og for belysning produseres av kraftige generatorer drevet av damp- eller vannturbiner og forbrenningsmotorer.

Grafisk fremstilling av likestrøm og vekselstrøm

Den grafiske metoden gjør det mulig å visualisere prosessen med å endre en eller annen variabel avhengig av tid.

På fig. 2 viser grafisk likestrøm og vekselstrøm. I dette tilfellet plotter vi gjeldende verdier, og opp vertikalt fra skjæringspunktet mellom aksene O, plottes strømverdiene i en retning, som vanligvis kalles positiv, og ned fra dette punktet , motsatt retning, som vanligvis kalles negativ.

Figur 2. Grafisk fremstilling av like- og vekselstrøm

La oss verifisere riktigheten til den som er konstruert i fig. 2, og en graf over en konstant strøm på 50 mA.

Etter å ha gjort en lignende konstruksjon for flere påfølgende tidspunkter, vil vi få en serie punkter, hvis forbindelse vil gi en rett linje, som er en grafisk representasjon av en likestrøm på 50 mA.

Plotte variabelen EMF

La oss nå gå til studiet av grafen til EMF-variabelen. På fig. 3 øverst viser en ramme som roterer i et magnetisk felt, og nederst er en grafisk representasjon av den fremkommende EMF-variabelen.

Figur 3. Plotting av EMF-variabelen

Vi begynner å rotere rammen jevnt med klokken og følger løpet av endringen i EMF i den, og tar den horisontale posisjonen til rammen som det første øyeblikket.

Når rammen nærmer seg den horisontale posisjonen, vil EMF i den avta og falle til null. På grafen vil dette bli avbildet som en fallende jevn kurve.

Følgelig, i løpet av tiden som tilsvarer en halv omdreining av rammen, klarte EMF i den å øke fra null til maksimumsverdien og igjen reduseres til null (punkt 3).

Med ytterligere rotasjon av rammen vil EMF igjen oppstå i den og vil gradvis øke i størrelse, men retningen vil allerede endres til det motsatte, som kan sees ved å bruke høyreregelen.

Grafen tar hensyn til endringen i retningen til EMF ved at kurven som viser EMF krysser tidsaksen og er nå plassert under denne aksen. Emf øker igjen til rammen inntar en vertikal posisjon. Deretter vil EMF begynne å avta, og verdien vil bli lik null når rammen går tilbake til sin opprinnelige posisjon, etter å ha fullført en hel omdreining. På grafen vil dette uttrykkes ved at EMF-kurven, etter å ha nådd toppen i motsatt retning (punkt 4), da vil møtes med tidsaksen (punkt 5).

Således, for hver omdreining av rammen, gjør EMF som oppstår i den en full syklus av endringen.

Hvis rammen er lukket for en ekstern krets, vil en vekselstrøm flyte gjennom kretsen, hvis graf vil se ut som EMF-grafen.

Den resulterende bølgelignende kurven kalles en sinusoid. og strøm, EMF eller spenning, som endres i henhold til en slik lov, kalles sinusformet.

Selve kurven kalles en sinusformet fordi den er en grafisk representasjon av en variabel trigonometrisk mengde kalt en sinus.

Den sinusformede naturen til strømendringen er den vanligste innen elektroteknikk, og når vi snakker om vekselstrøm, betyr de i de fleste tilfeller en sinusformet strøm.

For å sammenligne ulike vekselstrømmer (EMF og spenninger), er det mengder som karakteriserer en bestemt strøm. De kalles AC-parametere.

Periode, amplitude og frekvens - AC parametere

Vekselstrøm er preget av to parametere - periode og amplitude, vel vitende om hvilke vi kan bedømme hva slags vekselstrøm det er og bygge en strømgraf.

Figur 4. Sinusformet strømkurve

Tidsperioden som en fullstendig syklus av gjeldende endring finner sted kalles en periode. Perioden er merket med bokstaven T og måles i sekunder.

Som det kan sees fra grafen, når strømmen i løpet av en periode med endringen det dobbelte av sin maksimale verdi.

Den maksimale verdien av en vekselstrøm (EMF eller spenning) kalles dens amplitude eller amplitudeverdi av strømmen.

Im, Em og Um er generelt aksepterte betegnelser for amplitudene til strøm, emk og spenning.

Først av alt tok vi hensyn til amplitudeverdien til strømmen. Men som det fremgår av grafen, er det utallige mellomverdier som er mindre enn amplituden.

Verdien av vekselstrømmen (EMF, spenning) som tilsvarer et hvilket som helst valgt tidspunkt kalles dens øyeblikkelige verdi.

Jeg. e og u er generelt aksepterte betegnelser for øyeblikkelige verdier av strøm, emk og spenning.

Den øyeblikkelige verdien av strømmen, så vel som dens amplitudeverdi, er lett å bestemme ved hjelp av en graf. For å gjøre dette, fra et hvilket som helst punkt på den horisontale aksen som tilsvarer øyeblikket av interesse for oss, tegner vi en vertikal linje til skjæringspunktet med gjeldende kurve, det resulterende segmentet av den vertikale rette linjen vil bestemme verdien av strømmen på et gitt øyeblikk, dvs. dens øyeblikkelige verdi.

Antall komplette perioder fullført av strømmen på 1 sekund kalles frekvensen til vekselstrømmen og er betegnet med den latinske bokstaven f.

For å bestemme frekvensen til vekselstrømmen, det vil si å finne ut hvor mange perioder av endringen strømmen har gjort innen 1 sekund. det er nødvendig å dele 1 sekund med tiden for en periode f = 1/T. Når du kjenner frekvensen til vekselstrømmen, kan du bestemme perioden: T = 1/f

Frekvensen til en vekselstrøm måles i en enhet som kalles hertz.

Hvis vi har vekselstrøm. hvis frekvens er lik 1 hertz, vil perioden til en slik strøm være lik 1 sekund. Omvendt, hvis perioden med strømendring er 1 sekund, er frekvensen til en slik strøm 1 hertz.

Så vi har bestemt parametrene til vekselstrømmen - periode, amplitude og frekvens. - som gjør det mulig å skille forskjellige vekselstrømmer, emfs og spenninger fra hverandre og bygge, når det er nødvendig, deres grafer.

Når du skal bestemme motstanden til ulike kretser mot vekselstrøm, bruk en annen hjelpeverdi som karakteriserer vekselstrøm, den såkalte vinkel- eller sirkulære frekvensen.

Den sirkulære frekvensen er betegnet med bokstaven #969 og er relatert til frekvensen f som #969 = 2#960 f

Men siden perioden T er relatert til frekvensen f med forholdet f=1/T, kan sirkelhastigheten også uttrykkes i form av frekvensen og vil være lik #969 = 360°f.

Så vi konkluderte med at #969 = 360°f. For å gjøre det enklere å bruke den sirkulære frekvensen i alle typer beregninger, erstattes vinkelen på 360 ° som tilsvarer en omdreining med et radialt uttrykk lik 2 #960 radianer, der #960 \u003d 3.14. Dermed får vi endelig #969 = 2 #960 f. Derfor, for å bestemme den sirkulære frekvensen til en vekselstrøm (emf eller spenning), er det nødvendig å multiplisere frekvensen i hertz med et konstant tall på 6,28.

Vår hjemmeside på Facebook: