Što je istosmjerna i izmjenična električna struja? Istosmjerna i izmjenična struja. Primanje električne struje


Varijabilna struja (AC, skraćenica za izmjeničnu struju) je električna struja koja mijenja veličinu i smjer s određenom periodičnošću. U elektrotehnici as slovna oznaka Za električnu struju uobičajeno je koristiti znak tilde (~).

Izvori izmjenične električne struje su generatori izmjenične struje koji stvaraju izmjeničnu elektromotornu silu čija se promjena veličine i smjera događa u određenim intervalima.

Osnovni parametri izmjenične struje

Da biste ga opisali koristite sljedeće parametre(vidi grafikon):

  • Razdoblje (T) - trajanje vremena tijekom kojeg električna struja napravi jedan puni ciklus promjena, vraćajući se na početnu vrijednost;
  • Frekvencija (f) - parametar koji određuje broj potpunih oscilacija električne struje u jednoj sekundi, mjerna jedinica je 1 Hertz (Hz). Tako npr Trenutni standard frekvencije usvojen u domaćim elektroenergetskim sustavima je 50 Hz ili 50 oscilacija u sekundi.
  • Amplituda struje (Im) - maksimalno ostvarivo trenutna vrijednost veličina struje tijekom razdoblja, kao što se može vidjeti iz prikazanog grafikona - visina sinusoide;
  • Faza - stanje izmjenične sinusne električne struje: trenutna vrijednost, promjena smjera, porast (smanjenje) u krugu. Izmjenična struja može biti jednofazna ili višefazna.

Najrasprostranjeniji su trofazni sustavi, koji su tri odvojena električna kruga. krugova s ​​istom frekvencijom i EMF-om, s kutom pomaka φ=120°. Više o konceptu možete saznati u članku Princip stvaranja trofaznog kruga izmjenične struje.

AC aplikacija

Izmjenična sinusna električna struja koristi se u gotovo svim sektorima gospodarstva. Široka primjena izmjenična struja je velikim dijelom posljedica ekonomska učinkovitost njegovu upotrebu u sustavima napajanja, jednostavnost pretvorbe iz energije niskog napona u energiju višeg napona i obrnuto.

Ova značajka omogućuje smanjenje gubitka električne energije pri prijenosu na velike udaljenosti kroz žice, značajno smanjujući njihovu površinu poprečnog presjeka.

Struja u moderni svijet postoji u dvije vrste. Jedna od njegovih hipostaza je istosmjerna struja, a druga je izmjenična struja. Razlika između njih je temeljna i ono što je dostupno jednoj vrsti električne energije nije dostupno drugoj. Dakle, istosmjerna struja je ljudima poznata već jako dugo, a izmjeničnu struju čovjek je stavio da služi civilizaciji doslovno danas prema povijesnim standardima. Ovaj članak posvećen je razmatranju razlika i mjesta primjene električne energije s konstantnom i promjenjivom komponentom.

Istosmjerna struja, njezin nastanak i primjena

S izvorima istosmjerna struja susrećemo svake sekunde. Kada čitate ovaj članak na monitoru, istosmjerna struja je zaslužna za to što možete razlikovati slova. Računalo i svi njegovi mikrosklopovi napajaju se iz istosmjernih izvora. Upravo razlike između razina signala koji odgovaraju nuli i jedinici dugujemo postojanju digitalnog svemira. U baterijskoj svjetiljci teče istosmjerna struja i mobitel, u automobilu i mnogim drugim kućanstvima i posebne namjene, gdje postoji barem jedan tranzistor ili dioda.

U isto vrijeme, metode za proizvodnju i korištenje istosmjerne struje bile su poznate u danima Drevni svijet. Arheolozi koji su iskapali u dolini Eufrata pronašli su neobične keramičke posude u domu nekih draguljara. Posude su imale uređaj sličan galvanskoj bateriji i bile su međusobno spojene bakrene žice. Zamislite iznenađenje arheologa kada su, radi pokusa, jednu od posuda napunili kiselinom i na njezinim polovima dobili potencijal od jednog i pol volta! Ispostavilo se da su stari draguljari koristili baterije za galvanizacija nakit raznih metala, što je i potvrđeno gotove uzorke proizvode na koje su znanstvenici prije često nailazili.

Postoje hipoteze koje sugeriraju da je tijekom izgradnje piramida u Egiptu električna energija korištena za osvjetljavanje dvorana i hodnika na onim mjestima gdje su primijenjene reljefne slike. Znanstvenici se još uvijek svađaju oko toga, jer postoji pretpostavka da je svjetlost dovedena pomoću sustava zrcala s površine. Bilo kako bilo, na zidovima drevnih dvorana sa slikama nisu pronađeni tragovi čađe i to je do danas neobjašnjiva činjenica. Jedno je jasno da su Sumerani znali koristiti struju, a živjeli su prije egipatske civilizacije.

U modernom razumijevanju, istosmjerna struja se javlja u zatvorenom krugu koji se sastoji od istosmjernog izvora struje, na primjer, punjive ili kemijske baterije, vodiča i opterećenja. Opterećenje može biti materijal s električnim otporom mnogo većim od otpora zatvaranja vodiča strujni krug. To može biti žarulja sa spiralom od volframa ili reostat od nikromirane žice, ili bilo koje drugo opterećenje čiji otpor ima vrijednost različitu od nule.

Primaju konstantnu struju različiti putevi. Najstariji od njih je kemijski, koji se temelji na pojavi potencijalne razlike između vodiča iz različitih materijala staviti u kiselu ili alkalnu sredinu. Kemijske baterije i akumulatore ljudi koriste tisućama godina i danas su u upotrebi, samo u vrlo poboljšanom obliku u odnosu na svoje davne pretke. Suvremeniji izvori istosmjerne struje su fotoćelije, koje omogućuju dobivanje razlike potencijala kada su ozračene Suncem, i generatori istosmjerne struje, koji se pokreću pomoću mehaničke energije primijenjene izvana. Danas su generatori istosmjerne struje najčešći u vjetroturbinama s pretvaračem napona.

Istosmjerna struja pokreće vlakove željeznička pruga. Elektrificirane dionice danas zauzimaju značajnu dužinu u našoj zemlji. Istosmjerna struja se također koristi za prijenos značajnih snaga na velike udaljenosti. električna energija na ultravisokim potencijalima.

Unatoč širokom rasponu primjene istosmjerne struje, postoje značajna ograničenja koja sprječavaju njezinu upotrebu u svakodnevnim aktivnostima za napajanje kućanskih aparata i industrijske instalacije. To je zbog velikih gubitaka zbog omskog otpora u vodičima, što vrlo negativno utječe na rad rasvjete i druge opreme. Da bi se smanjili gubici potrebno je koristiti vodiče većih presjeka, a alternativa bakru praktički ne postoji. A bakrene žice vrlo skupo.

Ova prepreka natjerala je znanstvenike da potraže druge načine primanja i prijenosa električne energije na bilo koju udaljenost bez ikakvih gubitaka. Danas u ovom području ljudske djelatnosti glavna uloga igra naizmjenična struja.

Izmjenična struja - nastanak i primjena

Pojava generatora i sustava za prijenos izmjenične struje postala je jedna od najvažnija postignuća devetnaesto stoljeće. Štoviše, znanstvena istraživanja na ovom području provode se od samog početka stoljeća. Istraživanje se temeljilo na teoretskim izračunima, koji su pokazali da bi izmjenično magnetsko polje trebalo uzrokovati izmjenično električno polje, što opet uzrokuje izmjenično magnetsko polje i taj proces može trajati neograničeno dugo. Na značajnoj frekvenciji osciliranja, Elektromagnetski valovi, sposoban se slobodno širiti u prostoru, a pri niskoj frekvenciji gotovo sva energija ostaje u vodiču kroz koji se prenosi.

Najlakši način za pobuđivanje električnih oscilacija s promjenjivom amplitudom napona je pomicanje permanentnog magneta unutar okvira s izoliranom žicom. Štoviše, što je veći broj zavoja u okviru i što je jači magnet, to je veća maksimalna vrijednost amplitude napona koju voltmetar može registrirati na stezaljkama namota okvira.

Važna značajka izmjeničnog napona je promjena polariteta kada magnet prolazi kroz njega obrnuta strana. Kao i prolazak nulte oznake amplitude napona pri promjeni polariteta. Ovakvo ponašanje napona, a time i struje pri povezivanju opterećenja, čini pretvorbu vrlo jednostavnom izmjenični napon na druge veličine pomoću transformatora, koji otvara izvrsni izgledi za prijenos značajne snage praktički bez gubitaka na bilo koju udaljenost, što je nedostižno za istosmjerne instalacije, osim onih koje rade na ekstremnim visoki naponi.

Prve generatore izmjenične struje razvili su Tesla i Edison. Tesla je razvio trofaznu shemu za proizvodnju i prijenos električne energije na velike udaljenosti. Također je predložio princip transformacije napona ovisno o zadacima koji se rješavaju. Tako je za potrošnju električne energije završnim instalacijama predložio uvođenje izmjeničnog napona frekvencije 50 ili 60 Hz s amplitudom od 110, 127 ili 220 volti, a za prijenos na velike udaljenosti preporučio je povećanje napona na 10 tisuća volti. i viši. Pri visokim naponima potrebna je manja struja za prijenos iste snage kroz vodič, a što je ona manja to su manji gubici u vodiču. Stoga se danas dalekovodi napajaju izmjeničnim naponom amplitude do 330 kV.

Jednostavna pretvorba napona otvara vrlo široke mogućnosti izravne uporabe izmjenične struje. Dakle, postojeći asinkroni trofazni i jednofazni motori, rasvjeta, grijalice i mnogi drugi Uređaji može raditi izravno iz mreže, a složenija radio oprema i uređaji s automatikom koji zahtijevaju konstantan napon za rad prilagođeni su za primanje istog izravno na licu mjesta iz izmjeničnog mrežnog napona. To minimizira gubitke istosmjerne struje u vodičima.

Perspektive koegzistencije izmjenične i istosmjerne struje

Znanstvenici i praktičari iz elektrotehnike odavno su zainteresirani za pitanje zajedničkog povezivanja pozitivne osobine AC i DC. Takva rješenja postala su moguća zahvaljujući pojavi moćnih pulsirajućih poluvodičkih ventila. Danas nitko nije iznenađen inverterskim uređajima koji pretvaraju istosmjerni napon u izmjenični napon, industrijsku frekvenciju i obrnuto. Preklopni izvori napajanja u elektroničkoj opremi i računalnoj tehnologiji postali su kompaktni i moćni, desetke puta učinkovitiji u usporedbi s izvorima napajanja koji koriste konvencionalne transformatore.

Danas možemo reći da postoji prava revolucija u zavarivanju, koja se dogodila zahvaljujući pojavi invertera, koji su ga uvelike olakšali u doslovnom i prenesenom smislu. zavarivači i procese. Sada su čak i one vrste zavarivanja koje su se smatrale prerogativom zatvorenih obrambenih poduzeća postale dostupne svakom zavarivaču, a troškovi obavljanja takvih radova kao što su zavarivanje argonom i poluautomatsko zavarivanje značajno su smanjeni. Pristupačni, lagani, prijenosni aparati za zavarivanje koji se mogu napajati iz obične utičnice u svakom stanu dali su priliku mnogim amaterima i profesionalcima koji rade s metalom da pokažu svoju kreativnost.

Ništa manje impresivnim postignućima pulsne tehnologije mogu se pohvaliti proizvođači besprekidnih izvora napajanja, mrežnih sklopnih stabilizatora napona, sustava za dobivanje električne energije iz alternativni izvori sa sposobnošću akumulacije i naknadne pretvorbe pohranjene energije kada se pojavi potražnja. Mogućnosti pulsne tehnologije nisu u potpunosti proučene i iskorištene. Na samom smo početku tog puta objedinjavanja istosmjerne i izmjenične struje. Električni automobili i ostala čuda su pred vratima, što će postati stvarnost uvođenjem novih otkrića i razvoja na području pulsirajućih izvora energije.


Pritisnite Razred

Reci VK


Dragi posjetitelji stranice!!!

Sve što je opisano u dijelu “elektrotehnika” dano vam je u jednostavnijem, pristupačnijem obliku obuke. Ako se udubite u teorijska osnova Elektrotehnika, onda morate prijeći na takav trening ne spontano, već postupno.

Recimo da čitamo formulaciju pravila: "Magnetski tok kroz površinu S jednak je linearnom integralu vektorskog potencijala duž zatvorene konture koja omeđuje ovu površinu." Ovo pravilo daje koncept dubinskog znanja magnetsko polje istosmjerne struje, takav se studij izvodi na visokoj tehničkoj obrazovne ustanove. Naravno, trebate težiti većem znanju o takvim stvarima, ali za osobu koja, recimo, treba popraviti električni štednjak ili neku vrstu električnog uređaja, takvo znanje, općenito, jednostavno je beskorisno.

Vjerujem da ako osoba posjeti stranicu, mora dobiti konačni rezultat takvog proizvoda - korisna informacija. Konkretno, za ovu temu ćemo govoriti o načinima primanje električne Trenutno.

Primanje izmjenične struje

Izmjeničnu struju proizvode generatori električni automobili, kako se obično nazivaju u elektrotehnici. Ne treba zaboraviti da, ovisno o namjeni, generatori dolaze u izmjeničnoj i istosmjernoj struji. Ovisno o dizajnu, generatori proizvode:

  • trofazna struja s izlaznim naponom od 380 volti;
  • jednofazna struja s izlaznim naponom od 220 volti.

Gdje se točno mogu koristiti trofazni generatori? Da, prihvatljivo je napajati trofazni toplinski top od 6 kW 380 V za grijanje skladišta.

Gdje se onda mogu koristiti jednofazni generatori? Jednofazni generatori, poput trofaznih, koriste se, na primjer, u bolnici - tijekom hitnog nestanka struje.

Generatoru se, kao što znamo, mora dati mehanička rotacija armature. Kako armaturi generatora možete dati mehaničku rotaciju? Takvi izvori su motori s unutarnjim izgaranjem:

  • plin;
  • benzin;
  • dizel

i drugi izvori za pokretanje armature generatora. Ostali izvori električne energije su:

  • vjetroelektrane;
  • vodene elektrane;
  • turbinske elektrane.

Na slici je prikazano shematski prikaz uređaji za generatore izmjenične struje \Sl. 1\. Okvir u ovom primjeru može se zamisliti kao sidro koje se sastoji od jednog zavoja žice. Okvir je označen stranicama A, B, C, D. Dva vodiča \A i B\ kada se okvir okreće, sijeku magnetske silnice trajni magnet N, Y. Kod križanja vodičima električni vodovi, u vodičima se inducira elektromotorna sila- EMF. EMF dvaju vodiča je suprotne vrijednosti jedan drugome u trenutku kada oni križaju ove linije sile.

Veličina EMF \Sl.3\, struje koja teče u okviru, ovisit će o:

    o veličini magnetske indukcije stalnog magneta \N, S\;

    duljina vodiča;

    brzina kojom vodič prelazi magnetske silnice

a kut nagiba vodiča \slika 4\ u odnosu na silnice permanentnog magneta \sin kut alfa između smjera gibanja vodiča i smjera silnica magnetskog polja\.


Kada se okvir okreće u magnetskom polju, u njemu se inducira EMF dviju suprotnih vrijednosti i struja, kao što vidimo na grafikonu \Sl. 5\, ispada da pulsira. Jedan period T sastoji se od dva suprotna strujna valovanja, gornji poluciklus je pozitivan, a donji poluciklus negativan. Poluciklus je na grafikonu označen kao 1/2 T.

Stoga se struja u ovom primjeru smatra:

    lupanje;

    sinusoidalni

ili kako god to već zovu - naizmjenična struja.

Primanje istosmjerne struje

Istosmjernu struju primamo iz sljedećih izvora:

  • primarni izvori \obične, jednostavne baterije\;
  • elektrokemijske baterije;
  • DC generatori.

Princip dizajna elektrokemijskih baterija prikazan je na slici 6. Elektrokemijske baterije mogu se vratiti u prvobitno stanje pod utjecajem električne struje – tijekom procesa punjenja ili ponovnog punjenja.

Primarni izvori \elementi\, razne vrste baterija \Slika 7\, ne mogu se vratiti u prvobitno stanje tijekom procesa punjenja električnom strujom, odnosno takve izvore, nakon isteka radnog vijeka, potrebno je samo zbrinuti. od.

Razlika između generatora izmjenične struje i generatora istosmjerne struje je u tome što generator istosmjerne struje ima veći broj zavoja u utorima armature \u usporedbi s generatorom izmjenične struje\, a također je postavljen paran broj glavnih i pomoćnih polova. unutarnji okvir generatora.

Sljedeća slika predstavlja dijagram za spajanje opterećenja na istosmjerni generator \Sl. 8\, struja u ovom krugu je zatvorena kroz opterećenje.


Grafikon \Sl. 9\ prikazuje valovitost struje koju proizvodi DC generator. U usporedbi s alternatorom, podaci o valovitosti izgledaju glatkije.

DC aplikacija


automobilski generator



auto generatorski uređaj



elektrana za DC zavarivanje