Krever vekselstrøm. Forskjellen mellom DC og AC spenning

En vekselstrøm er en strøm hvis endring i størrelse og retning gjentas periodisk med like tidsintervaller T.

Innenfor produksjon, overføring og distribusjon av elektrisk energi har vekselstrøm to hovedfordeler fremfor likestrøm:

1) muligheten (ved hjelp av transformatorer) til enkelt og økonomisk å øke og redusere spenningen, dette er avgjørende for å overføre energi over lange avstander.

2) større enkelhet av elektriske motorenheter, og derfor deres lavere kostnad.

Verdien av en variabel størrelse (strøm, spenning, emk) til enhver tid kalles t øyeblikkelig verdi og er angitt med små bokstaver (strøm i, spenning u, emf - e).

Den største av de øyeblikkelige verdiene av periodisk skiftende strømmer, spenninger eller emf kalles maksimum eller amplitude verdier og er betegnet med store bokstaver med indeksen "m" (I m, U m).

Den korteste tidsperioden hvoretter de øyeblikkelige verdiene av en variabel mengde (strøm, spenning, emf) gjentas i samme sekvens kalles periode T, og totalen av endringer som skjer i løpet av perioden er syklus.

Periodens gjensidighet kalles frekvens og er betegnet med bokstaven f.

De. frekvens – antall perioder per 1 sekund.

Frekvensenhet 1/sek - kalt hertz (Hz). Større frekvensenheter er kilohertz (kHz) og megahertz (MHz).

Innhenting av sinusformet vekselstrøm.

I teknologien søkes vekselstrøm og spenning oppnådd etter den enkleste periodiske lov - sinusformet. Fordi en sinusoid er den eneste periodiske funksjonen som har en derivat som ligner seg selv, som et resultat av at formen på spennings- og strømkurvene i alle leddene i den elektriske kretsen er den samme, noe som i stor grad forenkler beregningene.

For å oppnå industrielle frekvensstrømmer, bruk generatorer hvis drift er basert på loven om elektromagnetisk induksjon, ifølge hvilken, når en lukket krets beveger seg i et magnetisk felt, oppstår en strøm i den.

Kretsdiagram av en enkel dynamo

Høyeffekts vekselstrømgeneratorer, designet for spenninger på 3–15 kV, er laget med en stasjonær vikling på maskinstatoren og en roterende elektromagnet-rotor. Med denne utformingen er det lettere å pålitelig isolere ledningene til den faste viklingen, og det er lettere å avlede strømmen til den eksterne kretsen.

En omdreining av rotoren til en to-polet generator tilsvarer en periode med alternerende EMF indusert på viklingen.

Hvis rotoren gjør n omdreininger per minutt, vil frekvensen til den induserte emf

Fordi i dette tilfellet vinkelhastigheten til generatoren
, så mellom den og frekvensen indusert av EMF er det en sammenheng
.

Fase. Faseendring.

La oss anta at generatoren har to identiske svinger ved ankeret, forskjøvet i rommet. Når ankeret roterer, induseres elektromagnetiske felter med samme frekvens og med samme amplituder i svingene, fordi spolene roterer med samme hastighet i det samme magnetfeltet. Men på grunn av forskyvningen av svingene i rommet, når ikke EMF amplitudetegn samtidig.

Hvis i det øyeblikket tidstellingen begynner (t=0), er sving 1 plassert i en vinkel i forhold til nøytralplanet
, og sving 2 er i vinkel
. Deretter induserte EMF i den første svingen:

og i den andre:

På tidspunktet for nedtelling:

Elektriske vinkler Og de bestemmende verdiene til emf i det første øyeblikket kalles innledende faser.

Forskjellen i de innledende fasene av to sinusformede størrelser med samme frekvens kalles Fasevinkel .

Mengden som nullverdier (hvoretter den får positive verdier) eller positive amplitudeverdier oppnås tidligere enn den andre, vurderes avansert i fase, og den som de samme verdiene oppnås for senere - henger i fase.

Hvis to sinusformede størrelser samtidig når sine amplitude- og nullverdier, sies størrelsene å være i fase . Hvis faseforskyvningsvinkelen til sinusformede størrelser er 180 0
, så sies de å skifte inn motfase.

Elektrisk strøm i seg selv er ikke annet enn den ordnede bevegelsen av alle ladede partikler i gasser, elektrolytter og metallgjenstander. Disse elementene som bærer en viss ladning inkluderer ioner og elektroner. I dag skal vi prøve å avklare hva vekselstrøm skiller seg fra likestrøm, fordi man i praksis ofte møter begge typer.

DC-egenskaper

Direct Current eller DC på engelsk betyr en lignende variasjon, som har den iboende egenskapen at den ikke endrer parameterne over noen tidsperiode. En liten horisontal linje eller to parallelle linjer med en strektegning av en av dem er en grafisk representasjon av likestrøm.

Anvendelsesområde: de fleste elektroniske enheter, inkludert datautstyr, TV-er og dingser, brukes i hjemmenettverk og biler. For å konvertere vekselstrøm til likestrøm i uttaksområdet brukes spenningstransformatorer med likerettere eller spesialiserte strømforsyninger.

Et vanlig eksempel på DC-forbruk er nesten alle elektroverktøy som opererer med batterier. Batterienheten forblir uansett en konstant strømkilde. Konvertering til variabel oppnås, om nødvendig, ved hjelp av omformere - spesielle elementer.

Hva er arbeidsprinsippet for vekselstrøm

Den engelske forkortelsen AC (Alternating Current) betegner en strøm som endrer retning og størrelse over tidsperioder. Det sinusformede segmentet "~" er dets konvensjonelle merking på enheter. Å søke etter dette ikonet og andre egenskaper brukes også.

Nedenfor er en figur med hovedkarakteristikkene til denne typen strøm - nominell frekvens og driftsspenning.

Det skal bemerkes egenskapene til endringen i den venstre grafen, laget for en enfasestrøm, i størrelsen og retningen til spenningen med overgangen til null over en viss tidsperiode T. For en tredjedel av perioden, tre sinusoider forskyves for en trefasestrøm på en annen graf.

Merkene "a" og "b" indikerer fasene. Enhver av oss har en ide om tilstedeværelsen av 220V i et vanlig uttak. Men for mange vil det være en oppdagelse at den maksimale eller på annen måte kalt amplitudeverdi er større enn den virkende verdien med en mengde lik roten av to og er 311 volt.

Åpenbart, når det gjelder likestrøm, forblir parametrene for retning og spenning uendret, men for vekselstrøm observeres en transformasjon av disse mengdene. I figuren er motsatt retning arealet av grafen under null.

La oss gå videre til frekvens. Dette konseptet betyr forholdet mellom perioder (fulle sykluser) til en konvensjonell tidsenhet. Denne indikatoren måles i Hertz. Standard europeisk frekvens er 50, i USA er gjeldende standard 60G.

Denne verdien viser antall endringer i strømmens retning i ett sekund til motsatt og tilbake til den opprinnelige tilstanden.

Vekselstrøm er tilstede ved likestrøm og i uttak. Av hvilken grunn er det ingen likestrøm her? Dette gjøres for å kunne oppnå nødvendig spenning i enhver mengde ved bruk av transformatorer uten vesentlige tap. Denne teknikken er fortsatt den beste måten å overføre kraft på i industriell skala over betydelige avstander med minimale tap.

Nominell spenning, som leveres av kraftige generatorer av kraftverk, ved utgangen er omtrent 330 000-220 000 volt. Ved en nettstasjon som ligger i forbruksområdet transformeres denne verdien til 10 000V med overgang til en trefase versjon på 380 Volt. og leiligheten din mottar enfasespenning. Spenningen mellom null og fase vil være 220 V, og i skjoldet mellom ulike faser er dette tallet 380 Volt.

Asynkronmotorer som opererer med vekselstrøm er mye mer pålitelige og har en enklere design enn sine likestrømsmotstykker.

Konvertering av AC til DC

For en slik transformasjon er den optimale metoden å bruke likerettere:

Koble til diodebroen er det første trinnet i denne prosedyren. Utformingen av 4 dioder med nødvendig kraft bidrar til prosessen med å kutte av de øvre grensene til de allerede kjente alternerende sinusoidene. På denne måten oppnås en ensrettet strøm.

Endringer som følge av redusert krusning vises i blått.

er installert for å redusere driftsnivået for pulsering om nødvendig.

DC til AC omformer

I dette tilfellet ser prosessen ganske komplisert ut. En inverter er en standardteknikk i hverdagen; det er en generator av en periodisk spenning hentet fra en konstant spenning nær en sinusbølge.

De høye prisene for en slik enhet skyldes kompleksiteten i designet. Kostnaden bestemmes i stor grad av maksimal strømeffekt.

Brukt i ganske sjeldne situasjoner. For eksempel hvis det er nødvendig å koble en slags verktøy eller enheter til bilens elektriske nettverk.

Til tross for at elektrisitet har kommet godt inn i livene våre, har det store flertallet av brukere av denne fordelen med sivilisasjonen ikke engang en overfladisk forståelse av hva strøm er, for ikke å nevne hvordan likestrøm skiller seg fra vekselstrøm, hva er forskjellen mellom dem , og hva strøm er generelt . Den første personen som ble elektrokuttet var Alessandro Volta, hvoretter han viet hele livet til dette emnet. La oss også ta hensyn til dette emnet for å få en generell forståelse av elektrisitets natur.

Hvor kommer strømmen fra og hvorfor er den annerledes?

Vi vil prøve å unngå kompleks fysikk og vil bruke metoden for analogier og forenklinger for å vurdere dette problemet. Men før det, la oss huske en gammel vits om en eksamen, da en ærlig student trakk ut billetten "Hva er elektrisk strøm."

Beklager professor, jeg forberedte meg, men jeg glemte det», svarte den ærlige studenten. - Hvordan kunne du! Professoren bebreidet ham: "Du er den eneste personen på jorden som visste dette!" (Med)

Dette er selvfølgelig en spøk, men det er en enorm mengde sannhet i det. Derfor vil vi ikke se etter Nobel-laurbær, men bare finne ut av vekselstrøm og likestrøm, hva som er forskjellen og hva som anses å være strømkilder.

Som grunnlag vil vi ta antagelsen at strøm ikke er bevegelsen av partikler (selv om bevegelsen av ladede partikler også overfører ladning, og derfor skaper strømmer), men bevegelsen (overføringen) av overflødig ladning i en leder fra et punkt av høy ladning (potensial) til et punkt med mindre ladning. En analogi er et reservoar; vann har alltid en tendens til å okkupere samme nivå (for å utjevne potensialene). Hvis du åpner et hull i demningen, vil vann begynne å renne nedover, og skape en likestrøm. Jo større hullet er, jo mer vann vil strømme, strømmen vil øke, det samme vil kraften og mengden arbeid som denne strømmen kan gjøre. Dersom prosessen ikke kontrolleres, vil vannet ødelegge demningen og umiddelbart skape en flomsone med overflaten på samme nivå. Dette er en kortslutning med potensialutjevning, ledsaget av store ødeleggelser.

Dermed oppstår likestrøm i en kilde (vanligvis på grunn av kjemiske reaksjoner), der en potensiell forskjell oppstår på to punkter. Bevegelsen av ladning fra en høyere "+" verdi til en lavere "-" verdi utjevner potensialet mens den kjemiske reaksjonen varer. Resultatet av fullstendig utjevning av potensialet, vet vi - "batteriet er dødt." Dette fører til en forståelse av hvorfor DC- og AC-spenning avviker betydelig i stabilitet av egenskaper. Batteriet bruker opp ladningen, så likespenningen synker over tid. For å opprettholde det på samme nivå, brukes ekstra omformere. I utgangspunktet brukte menneskeheten lang tid på å bestemme forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm for utbredt bruk, den såkalte. "Strømkrig". Det endte med seieren til vekselstrøm, ikke bare fordi det var færre tap under overføring over en avstand, men også genereringen av likestrøm fra vekselstrøm viste seg å være lettere. Det er klart at likestrømmen oppnådd på denne måten (uten en forbrukskilde) har mye mer stabile egenskaper. Faktisk, i dette tilfellet, er veksel- og likespenning strengt forbundet, og med tiden avhenger de bare av generering av energi og mengden forbruk.

Således er likestrøm i sin natur forekomsten av en ujevn ladning i volumet (kjemisk reaksjon), som kan omfordeles ved hjelp av ledninger ved å koble et punkt med høy og lav ladning (potensial).

La oss dvele ved denne definisjonen som allment akseptert. Alle andre likestrømmer (ikke batterier) er utledet fra vekselstrømkilden. For eksempel, i dette bildet er den blå bølgelinjen vår likestrøm, som et resultat av vekselstrømkonverteringen.

Vær oppmerksom på kommentarene til bildet, "et stort antall kretser og samleplater." Hvis omformeren er annerledes, vil bildet være annerledes. Den samme blå linjen, strømmen er nesten konstant, men pulserende, husk dette ordet. Her er forresten ren likestrøm den røde linjen.

Forholdet mellom magnetisme og elektrisitet

La oss nå se hvordan vekselstrøm skiller seg fra likestrøm, som avhenger av materialet. Det viktigste - forekomsten av vekselstrøm er ikke avhengig av reaksjoner i materialet. Ved å jobbe med galvanisk (likestrøm) ble det raskt slått fast at ledere tiltrekkes av hverandre som magneter. Konsekvensen var oppdagelsen av at et magnetfelt under visse forhold genererer en elektrisk strøm. Det vil si at magnetisme og elektrisitet viste seg å være et sammenhengende fenomen med en omvendt transformasjon. En magnet kan gi en strøm til en leder, og en leder med en strøm kan være en magnet. Dette bildet viser en simulering av eksperimentene til Faraday, som faktisk oppdaget dette fenomenet.

Nå analogien for vekselstrøm. Magneten vår vil være tiltrekningskraften, og strømgeneratoren vil være et timeglass med vann. På den ene halvdelen av klokken vil vi skrive "øverst", på den andre "bunnen". Vi snur klokka og ser hvordan vannet renner "nedover", når alt vannet har rennet over, snur vi det igjen og vannet renner "oppover". Til tross for at vi har strøm, endrer den retning to ganger i en hel syklus. Ifølge vitenskapen vil det se slik ut: frekvensen til strømmen avhenger av rotasjonshastigheten til generatoren i magnetfeltet. Under visse forhold vil vi få en ren sinusbølge, eller rett og slett vekselstrøm med forskjellige amplituder.

En gang til! Dette er veldig viktig for å forstå forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm. I begge analogier renner vannet "nedoverbakke." Men i tilfelle av likestrøm vil reservoaret være tomt før eller senere, og for vekselstrøm vil klokken overløpe vann i veldig lang tid, det er i et lukket volum. Men i begge tilfeller renner vannet nedover. Riktignok, i tilfelle av vekselstrøm, halvparten av tiden det flyter nedoverbakke, men opp. Med andre ord er bevegelsesretningen til vekselstrøm en algebraisk størrelse, det vil si at "+" og "-" skifter plass kontinuerlig, mens strømbevegelsesretningen forblir uendret. Prøv å tenke på og forstå denne forskjellen. Det er så fasjonabelt å si på nettet: "Du har det, nå vet du alt."

Hva forårsaker det store utvalget av strømmer

Hvis du forstår forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm, dukker det opp et naturlig spørsmål - hvorfor er det så mange av dem, strømmer? Vi ville valgt én strøm som standard, og alt ville vært likt.

Men, som de sier, "ikke alle strømmer er like nyttige," forresten, la oss tenke på hvilken strøm som er farligere: konstant eller vekslende, hvis vi omtrent ikke har forestilt oss strømmens natur, men heller dens funksjoner. Mennesket er et kollodium som leder elektrisitet godt. Et sett med forskjellige elementer i vann (vi er 70 % vann, hvis noen ikke vet det). Hvis en spenning påføres et slikt kollodium - et elektrisk støt påføres, vil partiklene inni oss begynne å overføre ladning. Som det skal være, fra et punkt med høyt potensial til et punkt med lavt potensial. Det farligste er å stå på bakken, som generelt sett er et punkt med uendelig nullpotensial. Med andre ord vil vi overføre all strømmen, det vil si forskjellen i ladninger, til bakken. Så, med en konstant bevegelsesretning av ladningen, skjer prosessen med å utjevne potensialet i kroppen vår jevnt. Vi er som sand som lar vann passere gjennom oss. Og vi kan trygt "absorbere" mye vann. Med vekselstrøm er bildet litt annerledes - alle partiklene våre vil bli "trukket" hit og dit. Sanden vil ikke lett kunne passere vann, og det hele vil bli rørt. Derfor er svaret på spørsmålet om hvilken strøm som er farligere: likestrøm eller vekselstrøm, svaret er klart - vekselstrøm. Som referanse er den livstruende terskelen likestrøm 300mA. For vekselstrøm avhenger disse verdiene av frekvens og starter ved 35mA. Ved en strøm på 50 hertz 100mA. Enig, en forskjell på 3-10 ganger svarer i seg selv på spørsmålet: hva er farligere? Men dette er ikke hovedargumentet for å velge en gjeldende standard. La oss organisere alt som tas i betraktning når du velger strømtype:

Levering av strøm over lange avstander. Nesten all likestrøm vil gå tapt;
Konvertering i heterogene elektriske kretser med usikkert forbruksnivå. For likestrøm er problemet praktisk talt uløselig;
Å opprettholde en konstant spenning for vekselstrøm er to størrelsesordener billigere enn for likestrøm;
Å konvertere elektrisk energi til mekanisk kraft er mye billigere i AC-motorer og maskiner. Slike motorer har sine ulemper og kan i noen områder ikke erstatte likestrømsmotorer;
For massebruk har derfor likestrøm én fordel - den er tryggere for mennesker.

Derav det rimelige kompromisset som menneskeheten har valgt. Ikke bare én strøm, men hele settet av tilgjengelige transformasjoner fra generering, levering til forbruker, distribusjon og bruk. Vi vil ikke liste opp alt, men vi vurderer hovedsvaret på spørsmålet i artikkelen, "hvordan skiller likestrøm seg fra vekselstrøm," med ett ord - egenskaper. Dette er sannsynligvis det mest korrekte svaret for alle husholdningsformål. Og for å forstå standardene, foreslår vi å vurdere hovedkarakteristikkene til disse strømmene.

Hovedtrekk ved strømmer som brukes i dag

Hvis egenskapene for likestrøm har holdt seg generelt uendret siden oppdagelsen, så er alt mye mer komplisert med vekselstrømmer. Se på dette bildet - en modell av gjeldende bevegelse i et trefasesystem fra generasjon til forbruk

Fra vårt ståsted er det en veldig oversiktlig modell, som gjør det klart hvordan man fjerner en, to eller tre faser. Samtidig kan du se hvordan det kommer til forbrukeren.

Som et resultat har vi en generasjonskjede, veksel- og likespenning (strømmer) på forbrukerstadiet. Følgelig, jo lenger unna forbrukeren, desto høyere strømmer og spenninger. Faktisk, i vårt uttak er den enkleste og svakeste enfaset vekselstrøm, 220V med en fast frekvens på 50 Hz. Bare en økning i frekvens kan gjøre strømmen høyfrekvent ved denne spenningen. Det enkleste eksemplet er på kjøkkenet ditt. Mikrobølgeutskrift konverterer enkel strøm til høyfrekvent strøm, som faktisk hjelper til med matlaging. La oss forresten svare på spørsmålet om mikrobølgekraft - dette er nøyaktig hvor mye "vanlig" strøm den konverterer til høyfrekvente strømmer.

Det er verdt å huske at enhver transformasjon av strømmer ikke er "for ingenting". For å få vekselstrøm må du rotere akselen med noe. For å få en konstant strøm fra den, må du spre en del av energien som varme. Selv energioverføringsstrømmer vil måtte avledes i form av varme når de leveres til leiligheten ved hjelp av en transformator. Det vil si at enhver endring i gjeldende parametere er ledsaget av tap. Og selvfølgelig følger tap med levering av strøm til forbrukeren. Denne tilsynelatende teoretiske kunnskapen lar oss forstå hvor overbetalingene våre for energi kommer fra, og eliminerer halvparten av spørsmålene om hvorfor det er 100 rubler på måleren, men 115 på kvitteringen.

La oss gå tilbake til strømninger. Vi ser ut til å ha nevnt alt, og vi vet til og med hvordan likestrøm skiller seg fra vekselstrøm, så la oss minne deg på hvilke strømmer som generelt eksisterer.

D.C, kilden er fysikken til kjemiske reaksjoner med en endring i ladning, kan oppnås ved å konvertere vekselstrøm. En variasjon er en pulserende strøm som endrer sine parametere i et bredt område, men som ikke endrer bevegelsesretningen.
Vekselstrøm. Kan være en-fase, to-fase eller tre-fase. Standard eller høy frekvens. Denne enkle klassifiseringen er ganske tilstrekkelig.

Konklusjon eller hver strøm har sin egen enhet

Bildet viser strømgeneratoren ved Sayano-Shushenskaya vannkraftverk. Og dette bildet viser stedet der det ble installert.

Og dette er en vanlig lyspære.

Er det ikke sant at forskjellen i skala er fantastisk, selv om den første ble opprettet blant annet for arbeidet til den andre? Hvis du tenker på denne artikkelen, blir det klart at jo nærmere enheten er en person, jo oftere bruker den likestrøm. Med unntak av likestrømsmotorer og industrielle applikasjoner er dette virkelig en standard basert nettopp på at vi har funnet ut hvilken strøm som er farligere, likestrøm eller vekselstrøm. Egenskapene til husholdningsstrømmer er basert på samme prinsipp, siden vekselstrøm 220V 50Hz er et kompromiss mellom fare og tap. Prisen på kompromiss er beskyttende automatisering: fra sikringen til RCD. Når vi beveger oss bort fra mennesker, befinner vi oss i sonen med forbigående egenskaper, hvor både strømmer og spenninger er høyere, og hvor faren for mennesker ikke tas i betraktning, men det tas hensyn til sikkerhetstiltak - sonen for industriell bruk av strøm . Det som er lengst unna mennesker, selv i industrien, er energioverføring og generering. Det er ingenting for en dødelig å gjøre her - dette er en sone av fagfolk og spesialister som vet hvordan de skal håndtere denne makten. Men selv når du bruker elektrisitet i hverdagen, og selvfølgelig når du jobber med elektrikere, vil det aldri være overflødig å forstå strømmenes grunnleggende natur.

Innhold:

Debatten har pågått i flere tiår om hvilken type strøm som er farligere – vekselvis eller direkte. Noen hevder at det er den korrigerte spenningen som utgjør den største trusselen, andre er oppriktig overbevist om at vekselstrømmen sinusoid, som faller sammen i amplitude med det menneskelige hjertes slag, stopper det. Men som alltid skjer i livet, det er så mange meninger. Derfor er det verdt å se på dette problemet fra et rent vitenskapelig synspunkt. Men det er verdt å gjøre dette på et språk som er forståelig selv for dummies, fordi... Ikke alle har elektroingeniørutdanning. Samtidig ønsker nok alle å vite opprinnelsen til like- og vekselstrøm.

Hvor bør du begynne? Ja, sannsynligvis, fra definisjoner - hva er elektrisitet, hvorfor kalles det variabel eller konstant, hvilken av disse typene er farligere og hvorfor.

De fleste vet at likestrøm kan fås fra ulike enheter eller batterier, og vekselstrøm tilføres leiligheter og lokaler gjennom det elektriske nettverket og takket være det fungerer elektriske husholdningsapparater og belysning. Men få mennesker har tenkt på hvorfor en spenning lar deg få en annen og hvorfor det er nødvendig.

Det er fornuftig å svare på alle spørsmålene som dukker opp.

Hva er elektrisk strøm?

Elektrisk strøm er en konstant eller variabel mengde som oppstår fra den styrte eller ordnede bevegelsen skapt av ladede partikler - i metaller er disse elektroner, i elektrolytter - ioner, og i gasser - begge deler. Med andre ord, elektrisk strøm sies å "flyte" gjennom ledningene.

Noen tror feilaktig at hvert ladet elektron beveger seg langs en leder fra kilden til forbrukeren. Dette er feil. Den overfører kun ladning til naboelektroner, som forblir på plass. De. bevegelsen er kaotisk, men mikroskopisk. Vel, selve ladningen, som beveger seg langs lederen, når forbrukeren.

Elektrisk strøm har måleparametere som: spenning, d.v.s. dens verdi, målt i volt (V) og strøm, som måles i ampere (A). Det som er veldig viktig under transformasjon, dvs. reduseres eller økes ved hjelp av spesielle enheter, en verdi påvirker den andre i omvendt proporsjon. Dette betyr at ved å redusere spenningen ved hjelp av en konvensjonell transformator, oppnår de en økning i strøm og omvendt.

DC og AC strøm

Det første du må forstå er forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm. Faktum er at vekselstrøm ikke bare er lettere å få tak i, selv om dette også er viktig. Dens egenskaper tillater overføring over alle avstander over ledere med minimalt tap, spesielt ved høyere spenning og lavere effekt. Det er derfor kraftledninger mellom byer er høyspent. Og allerede i befolkede områder omdannes strømmen til en lavere spenning.

Men likestrøm er veldig lett å få fra vekselstrøm, for hvilke flerveisdioder brukes (den såkalte diodebroen). Faktum er at vekselstrøm (AC), eller rettere sagt frekvensen av svingningene, er en sinusformet, som, som passerer gjennom en likeretter, mister noen av svingningene. Dermed produserer utgangen en konstant spenning (AC) som ikke har noen frekvens.

Det er fornuftig å spesifisere hvordan de tross alt er forskjellige.

Aktuelle forskjeller

Selvfølgelig er hovedforskjellen mellom AC og DC evnen til å transportere DC over lange avstander. Samtidig, hvis likestrøm transporteres på samme måte, vil det rett og slett ikke være noe igjen. På grunn av den potensielle forskjellen blir den konsumert. Det er også verdt å merke seg at det er veldig vanskelig å konvertere til en variabel, mens i omvendt rekkefølge er en slik handling ganske enkel å gjøre.

Det er mye mer økonomisk å konvertere elektrisitet til mekanisk energi ved hjelp av AC-motorer, selv om det er områder der bare likestrømsmekanismer kan brukes.

Vel, sist men ikke minst – tross alt er vekselstrøm tryggere for folk. Det er av denne grunn at alle enheter som brukes i hverdagen og som drives av likestrøm er lavstrøms. Men det vil ikke være mulig å helt forlate bruken av en farligere til fordel for en annen, nettopp av grunnene nevnt ovenfor.

Alt det ovennevnte fører til et generalisert svar på spørsmålet om hvordan vekselstrøm skiller seg fra likestrøm - dette er egenskapene som påvirker valget av en bestemt strømkilde i et bestemt område.

Overføring av strøm over lange avstander

Noen mennesker har et spørsmål som det ble gitt et overfladisk svar på ovenfor: hvorfor kommer veldig høy spenning gjennom kraftledninger? Hvis du ikke kjenner alle forviklingene ved elektroteknikk, kan du være enig i dette spørsmålet. Faktisk, hvis en spenning på 380 V kom gjennom kraftledningene, ville det ikke være behov for å installere dyre transformatorstasjoner. Og du trenger vel ikke bruke penger på vedlikeholdet deres? Det viser seg ikke.

Faktum er at tverrsnittet av lederen som elektrisitet strømmer gjennom, avhenger bare av styrken til strømmen og strømforbruket, og spenningen forblir helt bortsett fra dette. Det betyr at med en strøm på 2 A og en spenning på 25 000 V kan man bruke samme ledning som for 220 V med samme 2 A. Så hva følger av dette?

Her er det nødvendig å gå tilbake til loven om omvendt proporsjonalitet - under gjeldende transformasjon, dvs. Når spenningen øker, synker strømmen og omvendt. Dermed sendes høyspentstrøm til transformatorstasjonen gjennom tynnere ledninger, noe som sikrer lavere overføringstap.

Overføringsfunksjoner

Det er nettopp i tap som ligger svaret på spørsmålet om hvorfor det er umulig å overføre likestrøm over lange avstander. Hvis vi ser på DC fra denne vinkelen, så er det av denne grunn at det etter en kort avstand ikke vil være igjen elektrisitet i lederen. Men det viktigste her er ikke energitap, men deres umiddelbare årsak, som igjen ligger i en av egenskapene til AC og DC.

Faktum er at frekvensen av vekselstrøm i offentlige elektriske nettverk i Russland er 50 Hz (hertz). Dette betyr at amplituden til ladningsfluktuasjonen mellom positiv og negativ er lik 50 endringer per sekund. Enkelt sagt, hvert 1/50 sek. ladningen endrer polaritet, dette er forskjellen mellom likestrøm - det er praktisk talt eller ingen svingninger i den. Det er av denne grunn at DC forbrukes av seg selv når den strømmer gjennom en lang leder. Forresten, oscillasjonsfrekvensen, for eksempel i USA, skiller seg fra den russiske og er 60 Hz.

Genererer

Et veldig interessant spørsmål er hvordan likestrøm og vekselstrøm genereres. Selvfølgelig kan du produsere både det ene og det andre, men her oppstår problemet med størrelse og kostnad. Faktum er at hvis vi tar en vanlig bil som eksempel, ville det være mye lettere å installere en DC-generator på den, unntatt diodebroen fra kretsen. Men her kommer fangsten.

Hvis du fjerner likeretteren fra en bilgenerator, ser det ut til at volumet også bør synke, men dette vil ikke skje. Og grunnen til dette er dimensjonene til DC-generatoren. I tillegg vil kostnadene øke betydelig, og det er derfor variable generatorer benyttes.

Så det viser seg at å generere DC er mye mindre lønnsomt enn AC, og det er konkrete bevis på dette.

To store oppfinnere begynte på en gang den såkalte "strømkrigen", som endte først i 2007. Og motstanderne var Nikola Tesla sammen med George Westinghouse, ivrige tilhengere av vekselspenning, og Thomas Edison, som sto for bruk av likestrøm overalt. Så i 2007 gikk byen New York fullstendig over til Teslas side, og markerte dermed seieren hans. Det er verdt å gå litt nærmere inn på dette.

Historie

Thomas Edisons selskap, som ble kalt Edison Electric Light, ble grunnlagt på slutten av 70-tallet av 1800-tallet. Da, i dagene med stearinlys, parafinlamper og gassbelysning, kunne glødelamper produsert av Edison fungere kontinuerlig i 12 timer. Og selv om dette nå kan virke latterlig lite, var det et skikkelig gjennombrudd. Men allerede på 1880-tallet var selskapet i stand til ikke bare å patentere produksjon og overføring av likestrøm via et tretrådssystem (disse var "null", "+110 V" og "-110 V"), men også til introdusere en glødelampe med en ressurs på 1200 timer.

Det var da Thomas Edisons setning, som senere ble kjent over hele verden, ble født: "Vi vil gjøre elektrisk belysning så billig at bare de rike vil brenne stearinlys."

Vel, i 1887 var mer enn 100 kraftverk i drift i USA, som genererer likestrøm og hvor et tretrådssystem brukes til overføring, som brukes til i det minste å redusere elektrisitetstapene litt.

Men forskeren innen fysikk og matematikk, George Westinghouse, fant etter å ha lest Edisons patent en veldig ubehagelig detalj - det var et stort tap av energi under overføring. På den tiden fantes det allerede vekselstrømsgeneratorer, som ikke var populære på grunn av utstyret som ville drive på slik energi. På den tiden jobbet den talentfulle ingeniøren Nikola Tesla fortsatt for Edison i selskapet, men en dag, da han nok en gang ble nektet en lønnsøkning, kunne Tesla ikke tåle det og gikk på jobb for en konkurrent, som var Westinghouse. På et nytt sted lager Nikola (i 1988) den første strømmåleren.

Det er fra dette øyeblikket "strømkrigen" begynner.

konklusjoner

La oss prøve å oppsummere informasjonen som presenteres. I dag er det umulig å forestille seg bruken (både i hverdagen og i industrien) av en hvilken som helst type elektrisitet - både likestrøm og vekselstrøm er tilstede nesten overalt. Tross alt er et sted konstant nødvendig, men overføringen over lange avstander er umulig, og et sted variabel.

Selvfølgelig er det bevist at AC er mye sikrere, men hva med enheter som hjelper til med å spare energi mange ganger, mens de bare kan fungere på DC?

Det er av disse grunnene at strømmene nå "sameksisterer fredelig" i livene våre, etter å ha avsluttet "krigen" som varte i mer enn 100 år. Det eneste som ikke bør glemmes er at uansett hvor mye tryggere den ene er enn den andre (konstant eller vekselspenning er ikke viktig), kan det forårsake enorm skade på kroppen, til og med døden.

Og det er derfor når du arbeider med spenning, er det nødvendig å følge alle sikkerhetsstandarder og regler nøye og ikke glemme forsiktighet og nøyaktighet. Tross alt, som Nikola Tesla sa, elektrisitet bør ikke fryktes, det bør respekteres.

Selv om vi bruker elektriske apparater hver dag i hverdagen, er det ikke alle som kan svare på forskjellen på vekselstrøm og likestrøm, til tross for at dette undervises i skolepensum. Derfor er det fornuftig å huske de grunnleggende prinsippene.

Generelle definisjoner

Den fysiske prosessen der ladede partikler beveger seg på en ryddig (retningsbestemt) måte kalles elektrisk strøm. Det er vanligvis delt inn i variabel og konstant. For den første forblir retningen og størrelsen uendret, men for den andre endres disse egenskapene i henhold til et visst 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, samt forklare hvordan den vekslende elektromotoriske kraften genereres i kilden. For å gjøre dette, la oss gå 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 – nåværende samlere.

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 rammen "4" roterer, plassert i magnetfeltet "3" (oppstår mellom de forskjellige polene til magneten "2"), dannes en emf "5" i den. Spenning tilføres nettverket gjennom strømkollektorer "7" fra ringkontaktene "6", som rammen "4" er koblet til.

Video: likestrøm og vekselstrøm - forskjeller

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

Ta hensyn til 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 dynamiske endringer i ulike mengder. Nedenfor er en graf over spenningsendringer over tid for en 3336L (4,5 V) galvanisk celle.

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

Nå presenterer 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 viser størrelsen på emk (spenning)

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

Betegnelser:

1 - magnetpoler S og N;
2 - ramme;
3 - rotasjonsretningen til rammen;
4 - magnetisk felt.

La oss nå se hvordan EMF vil endre seg i løpet av en rotasjonssyklus av rammen. Ved utgangsposisjonen vil EMF være null. Under rotasjonsprosessen vil denne verdien begynne å øke jevnt, 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. Arten av endringene i EMF som har endret retning vil være den samme. Det vil si at den vil begynne å øke jevnt og nå en topp på punktet som tilsvarer en 270° rotasjon, hvoretter den vil avta til rammen fullfører en full rotasjonssyklus (360°).

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

La oss nå gå videre til en annen viktig egenskap ved vekselstrøm - frekvens. Den latinske bokstaven "f" brukes for å betegne den, og måleenheten er hertz (Hz). Denne parameteren viser antall komplette sykluser (perioder) med EMF-endring innen ett sekund.

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

Trefase generatorer

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

Som du kan se, bruker generatoren tre spoler, plassert med en forskyvning på 120°, koblet til hverandre 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 emk i den.

Hva er årsaken til variasjonen 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 forhold der 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 nesten umulig å konvertere likestrøm for heterogene elektriske kretser som har et usikkert forbruksnivå;
å opprettholde det nødvendige spenningsnivået i likestrømkretser er mye vanskeligere og dyrere enn vekselstrøm;
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, som ikke tillater dem å brukes til å løse visse problemer.

Nå gir vi eksempler på problemer der det er mer hensiktsmessig å bruke konstant spenning:

For å endre rotasjonshastigheten til asynkrone motorer, må du endre frekvensen til strømforsyningsnettverket, som krever komplekst utstyr. For motorer som kjører på likestrøm, er det nok å endre forsyningsspenningen. Det er derfor de er installert i elektriske kjøretøy;
strømforsyning av elektroniske kretser, galvanisk utstyr og mange andre enheter utføres også av likestrøm;
DC-spenning er mye tryggere for mennesker enn vekselspenning.

Basert på eksemplene oppført ovenfor, er det behov for å bruke forskjellige typer spenning.