Какво е променлив ток?

Сега е невъзможно да си представим човешка цивилизация без електричество. Телевизори, компютри, хладилници, сешоари, перални машини - всички уреди работят върху него. Да не говорим за индустрията и големите корпорации. Основният източник на енергия за консуматори на енергия е променлив ток. Какво е това? Какви са нейните параметри и характеристики? Каква е разликата между директен и променлив ток? Малко хора знаят отговорите на тези въпроси.

Променлива спрямо константа

В края на деветнадесети век, благодарение на откритията в областта на електромагнетизма, възниква спор, по който токът най-добре се използва за задоволяване на човешките нужди. Как започна всичко? Томас Едисон през 1878 г. основава своята компания, която в бъдеще става известна като General Electric. Компанията бързо се обогати и спечели доверието на инвеститорите и обикновените граждани на Съединените американски щати, тъй като в цялата страна са построени няколкостотин електроцентрали за постоянен ток. Заслугата на Едисон е в изобретяването на трипроводна система. Постоянен ток работи отлично с първите електрически двигатели и крушки с нажежаема жичка. Всъщност това бяха единствените приемници на енергия по това време. Броячът, който също е изобретен от Едисон, работи изключително върху постоянен ток. Въпреки това, за разлика от развиващата се компания на Едисон, конкурентни корпорации и изобретатели излязоха напред, които искаха да се противопоставят на променлив ток към постоянен ток.

Недостатъци на изобретението на Edison

Джордж Уестингхаус, инженер и бизнесмен, забелязал в патента на Edison слаба връзка - огромни загуби в проводниците. Той обаче не успя да разработи дизайн, който да може да се конкурира с това изобретение. Каква е липсата на Edison DC? Основният проблем е преносът на електричество на разстояния. И тъй като с неговото увеличение съпротивлението на проводниците също нараства, това означава, че загубите на енергия също ще се увеличават. За да намалите това ниво, трябва или да увеличите напрежението, а това ще доведе до намаляване на силата на самия ток или до сгъстяване на проводника (т.е. намаляване на съпротивлението на проводника). По това време нямаше начин ефективно да се увеличи напрежението на постояннотоковото напрежение, така че електроцентралите в Едисон поддържаха напрежението близо до двеста волта. За съжаление предадените по този начин енергийни потоци не могат да задоволят нуждите на промишлените предприятия. Постоянният ток не може да гарантира производството на електроенергия за мощни потребители, които се намират на значително разстояние от електроцентралата. И за увеличаване на дебелината на кабелите или за изграждане на повече станции е твърде скъпо.

AC v DC

Благодарение на дизайна на трансформатора, разработен през 1876 г. от инженера Павел Яблочков, беше много лесно да се промени напрежението на променливия ток, което даде невероятна възможност да се предаде на стотици и хиляди километри. По това време обаче нямаше двигатели, работещи с променлив ток. Съответно няма генераторни станции или мрежи за предаване.

Изобретения на Никола Тесла

Безспорното предимство на постоянното не продължи дълго. Никола Тесла, работещ като инженер в фирмата "Едисон", осъзна, че постоянният ток не може да осигури на човечеството електричество. Още през 1887 г. Тесла получава няколко патента за устройства с променлив ток. Започна цялата борба за по-ефективни системи. Основните конкуренти бяха Tesla Thomson и Stanley. А през 1888 г. сръбски инженер получи недвусмислена победа, която осигури система, способна да транспортира електрическа енергия на стотици километри. Младият изобретател бързо бе отведен в Уестингхаус. Конфронтацията между фирмите от Едисон и Уестингхаус обаче започна незабавно. Още през 1891 г. Тесла разработва трифазна система за променлив ток, която дава възможност да се спечели търга за изграждане на огромна електроцентрала. Оттогава уникалната позиция на лидера взел променлив ток. Констант даде позициите си на всички фронтове. Особено когато се появиха токоизправители, способни да преобразуват променлив ток в постоянен ток, което стана удобно за всички приемници.

Детекция на променлив ток

За разлика от постоянния ток, променливият ток непрекъснато се променя по посока и величина и тези флуктуации възникват в съответствие с периодичните закони, т.е. те се повтарят при абсолютно еднакви времеви интервали. За да се създаде такъв ток във веригата, използвайте източници на променлив ток, което създава ЕДС. Този вид източник се нарича алтернатора.

Пример за най-простия генератор

Най-простият източник е правоъгълна рамка, изработена от мед, която е фиксирана на ос и се върти в магнитно поле с колан. Краищата на тази рамка са запоени с медни пръстени с плъзгащи се пръстени, които се плъзгат по четките. Магнитът създава равномерно разпределено магнитно поле. Плътността на линиите на магнитното поле тук е една и съща във всяка част. Въртящата се рамка пресича тези линии, а от двете му страни се предизвиква променлива електродвижеща сила (ЕМП). С всяко завъртане посоката на общата ЕДС се обръща, тъй като работните страни на рамката за всяко завъртане преминават през различни полюси на магнита. Тъй като скоростта на пресичане на силовите линии се променя, величината на електродвижещата сила става различна. Следователно, ако рамката се върти равномерно, индуцираната електродвижеща сила периодично ще се променя както по посока, така и по величина, може да бъде измерена с външни устройства и в резултат да се използва за създаване на променлив ток във външни вериги.

синусоидално

Какво е това? Променливият ток се характеризира графично с вълнообразна крива - синусоида. Съответно, ЕМП, ток и напрежение, които варират според този закон, се наричат ​​синусоидални параметри. Кривата е така наречена, защото е образ на тригонометрична величина - синус. Това е синусоидалната природа на променливия ток - най-често срещаната във всички електротехника.

Параметри и характеристики

Променливият ток е явление, което се характеризира с определени параметри. Те включват амплитуда, честота и период. Последният (обозначен с буквата T) е периодът от време, през който напрежението, тока или едс изпълняват пълен цикъл на смяна. Колкото по-бързо въртене на ротора на генератора, толкова по-малък е периодът. Честотата (f) се отнася до броя на пълните периоди на ток, напрежение или едн. Тя се измерва в Hz (херц) и показва броя на периодите в секунда. Съответно, колкото по-дълъг е периодът, толкова по-ниска е честотата. Амплитудата на такова явление като променлив ток се нарича неговата най-голяма стойност. Амплитудата на напрежението, тока или електродвижещата сила се записва с букви с индекс съответно "t" - U _t I _t, Et. Често действителната стойност се приписва на параметрите и характеристиките на променлив ток. Напрежение, ток или ЕДС, които действат във веригата във всеки момент от време - моментната стойност (маркирана с малки букви - и, u, e). Въпреки това е трудно да се оцени променливият ток, извършената от него работа, топлината, генерирана от мигновената стойност, тъй като тя постоянно се променя. Затова се прилага ток, който характеризира силата на постоянен ток, който излъчва толкова топлина, колкото променливият ток минава през проводника.