Co to jest prąd zmienny?

Teraz nie można sobie wyobrazić ludzkiej cywilizacji bez elektryczności. Telewizory, komputery, lodówki, suszarki do włosów, pralki - działają na nim wszystkie urządzenia. Nie wspominając już o branży i dużych korporacjach. Głównym źródłem energii dla odbiorców energii jest prąd przemienny. Co to jest? Jakie są jego parametry i cechy? Jaka jest różnica między prądem stałym a prądem zmiennym? Niewiele osób zna odpowiedzi na te pytania.

Zmienna a stała

Pod koniec XIX wieku, dzięki odkryciom w dziedzinie elektromagnetyzmu, powstał spór, na podstawie którego prąd był najlepiej wykorzystywany do zaspokajania ludzkich potrzeb. Jak to się wszystko zaczęło? Thomas Edison w 1878 roku założył swoją firmę, która w przyszłości stała się sławna General Electric. Firma szybko stała się bogata i zdobyła zaufanie inwestorów i zwykłych obywateli Stanów Zjednoczonych Ameryki, ponieważ kilkaset elektrowni prądu stałego powstało w całym kraju. Zaletą Edisona jest wynalezienie systemu trójprzewodowego. Prąd stały świetnie współpracował z pierwszymi silnikami elektrycznymi i żarówki żarowe. W rzeczywistości były to jedyne odbiorniki energii w tym czasie. Licznik, który został również wynaleziony przez Edisona, pracował wyłącznie na prąd stały. Jednak w przeciwieństwie do rozwijającej się firmy Edisona, pojawiły się konkurencyjne korporacje i wynalazcy, którzy chcieli przeciwstawić prąd zmienny prądowi stałemu.

Wady Wynalazku Edison

George Westinghouse, inżynier i biznesmen, zauważył w patencie Edisona słabe ogniwo - ogromne straty w przewodnikach. Nie udało mu się jednak opracować projektu, który byłby w stanie konkurować z tym wynalazkiem. Jaki jest brak Edison DC? Głównym problemem jest przesyłanie energii elektrycznej na odległość. A ponieważ wraz z jego wzrostem wzrasta również wytrzymałość przewodów, oznacza to, że straty mocy również wzrosną. Aby obniżyć ten poziom, konieczne jest albo zwiększenie napięcia, co doprowadzi do zmniejszenia wytrzymałości samego prądu, albo do zagęszczenia drutu (to znaczy do zmniejszenia rezystancji przewodu). Nie było sposobu, aby skutecznie zwiększyć napięcie DC w tym czasie, więc elektrownie Edisona utrzymywały napięcie blisko dwustu woltów. Niestety przepływające w ten sposób przepływy mocy nie mogły zaspokoić potrzeb przedsiębiorstw przemysłowych. Prąd stały nie mógł zagwarantować wytwarzania energii elektrycznej potężnym odbiorcom, którzy znajdowali się w znacznej odległości od elektrowni. A zwiększenie grubości drutów lub zbudowanie większej ilości stacji było zbyt drogie.

AC v DC

Dzięki projektowi transformatora, opracowanemu w 1876 roku przez inżyniera Pavela Jabłochowa, bardzo łatwo było zmienić napięcie prądu przemiennego, co dało niesamowitą możliwość przeniesienia go na setki tysięcy kilometrów. Jednak w tym czasie nie było silników zasilanych prądem zmiennym. W związku z tym nie było żadnych stacji ani sieci do transmisji.

Wynalazki Nikoli Tesli

Niewątpliwa zaleta permanentu nie trwała długo. Nikola Tesla, pracując jako inżynier w firmie Edison, zdał sobie sprawę, że prąd stały nie może zapewnić ludzkości elektryczności. Już w 1887 r. Tesla otrzymał kilka patentów na urządzenia prądu przemiennego. Rozpoczęła się cała walka o bardziej efektywne systemy. Głównymi konkurentami byli Tesla Thomson i Stanley. W 1888 r. Serbski inżynier otrzymał jednoznaczne zwycięstwo, które dostarczyło system zdolny do przenoszenia energii elektrycznej w odległości setek kilometrów. Młody wynalazca został szybko zabrany do Westinghouse. Jednak konfrontacja między firmami Edison i Westinghouse rozpoczęła się natychmiast. Już w 1891 r. Tesla opracował trójfazowy system prądu przemiennego, który umożliwił wygranie przetargu na budowę ogromnej elektrowni. Od tego czasu wyjątkowa pozycja lidera miała prąd przemienny. Constant dawał pozycje na wszystkich frontach. Zwłaszcza gdy pojawiły się prostowniki zdolne do przekształcania prądu przemiennego w prąd stały, co stało się wygodne dla wszystkich odbiorników.

Wykrywanie prądu AC

W przeciwieństwie do prądu stałego, prąd przemienny w sposób ciągły zmienia kierunek i wielkość, a wahania te zachodzą zgodnie z prawami okresowymi, tj. Są powtarzane w absolutnie równych odstępach czasu. Aby utworzyć taki prąd w obwodzie, użyj źródeł prądu przemiennego, który tworzy emf. Ten rodzaj źródła jest nazywany alternator.

Przykład najprostszego generatora

Najprostszym źródłem jest prostokątna rama wykonana z miedzi, która jest zamocowana na osi i obraca się w polu magnetycznym za pomocą napęd pasowy. Końce tej ramy są lutowane do miedzianych pierścieni z pierścieniami ślizgowymi, które przesuwają się wzdłuż szczotek. Magnes wytwarza równomiernie rozproszone pole magnetyczne. Gęstość linii pola magnetycznego jest tutaj taka sama w dowolnej części. Obrotowa rama przecina te linie, a po bokach jest wywołana zmienna siła elektromotoryczna (EMF). Przy każdym nawrocie kierunek całkowitego emf jest odwracany, ponieważ robocze strony ramy na obrót przechodzą przez różne bieguny magnesu. Ponieważ szybkość przecięcia linii sił zmienia się, wielkość siły elektromotorycznej staje się różna. Dlatego też, jeżeli rama jest obracana równomiernie, wówczas indukowana siła elektromotoryczna będzie zmieniać się okresowo zarówno w kierunku, jak iw wielkości, może być mierzona za pomocą urządzeń zewnętrznych iw rezultacie wykorzystywana do tworzenia prądu przemiennego w obwodach zewnętrznych.

Sinusoidalny

Co to jest? Prąd przemienny charakteryzuje się graficznie falistą krzywą - sinusoidą. W związku z tym, pole elektromagnetyczne, prąd i napięcie, które różnią się w zależności od tego prawa, są nazywane parametrami sinusoidalnymi. Krzywa jest tak nazwana, ponieważ jest obrazem zmiennej trygonometrycznej o wartości magnitudo - sinusoidalnej. Jest to sinusoidalny charakter prądu przemiennego - najczęściej spotykany w całej elektrotechnice.

Parametry i cechy

Prąd przemienny jest zjawiskiem, które charakteryzuje się pewnymi parametrami. Należą do nich amplituda, częstotliwość i okres. Ten ostatni (oznaczony literą T) jest okresem czasu, w którym napięcie, prąd lub emf wykonuje pełny cykl zmian. Im szybszy obrót wirnika generatora, okres będzie mniejszy. Częstotliwość (f) odnosi się do liczby pełnych okresów prądu, napięcia lub siły elektromotorycznej. Jest mierzona w Hz (hertz) i wskazuje liczbę okresów na sekundę. Odpowiednio im dłuższy okres, tym niższa częstotliwość. Amplituda takiego zjawiska, jak prąd przemienny, nazywana jest jego największą wartością. Amplitudę napięcia, prądu lub siły elektromotorycznej zapisuje się literami o indeksie "t" - odpowiednio U _t I, E _t . Często rzeczywistą wartość przypisuje się parametrom i charakterystyce prądu przemiennego. Napięcie, prąd lub emf, który działa w obwodzie w każdym momencie czasu - wartość chwilowa (oznaczone małymi literami - w, u, e). Trudno jest jednak oszacować prąd zmienny, wykonaną przez niego pracę, ciepło generowane przez chwilową wartość, ponieważ ciągle się zmienia. Dlatego stosuje się prąd, który charakteryzuje siłę prądu stałego, który emituje tyle ciepła, ile prąd przemienny przechodzi przez przewodnik.