Forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm forklart. Forskjellen mellom DC og AC spenning

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.

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.

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

Et kraftverk konverterer den kinetiske energien til elektroner til elektrisk energi. Det vil si at et vannkraftverk bruker rennende vann til å rotere en turbin. Turbinpropellen roterer en kule av kobber mellom to magneter. Magneter tvinger elektronene i kobberet til å bevege seg, noe som får elektronene i ledningene som er koblet til kobberkulen til å bevege seg, noe som resulterer i en strøm.

Generatoren er som en vannpumpe, 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 på elektronens bevegelse er i konstant endring. Vekselstrøm fra uttak har forskjellige frekvenser og elektriske spenninger. Hva betyr det? I russiske stikkontakter er frekvensen 50 hertz og spenningen er 220 volt. Det viser seg at på et sekund endrer strømmen av elektroner retningen på elektronbevegelsen og ladningen fra positiv til negativ 50 ganger. Du kan merke en retningsendring i lysrør når du slår dem på. Mens elektronene akselererer, blinker det flere ganger - dette er en endring 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 100 % igjen. Hvis spenningen var 100 % konstant, ville en ledning med stor diameter være nødvendig, men med varierende ladning kunne ledningene vært tynnere. Det er behagelig. Et kraftverk kan sende millioner av volt gjennom en liten ledning, så tar en transformator for et enkelt hus for eksempel 10 000 volt, og leverer 220 til hvert uttak.

Likestrøm er strømmen du har i telefonens batteri eller batterier. Det kalles konstant fordi retningen elektronene beveger seg i ikke endres. Ladere omdanner vekselstrøm fra nettet til likestrøm, og i denne formen ender den opp i batterier.

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.