Надо Знать

добавить знаний



Переменный ток



План:


Введение

Координаты: абсцисса - время, ордината - вольтаж.

Переменный ток - электрический ток, сила которого периодически изменяется с время.

В основном колебания тока происходят за гармоничным законом

I = I_0 \ cos (2 \ pi \ nu t - \ varphi) ,

где I_0 - амплитуда тока, \ Nu - частота, \ Varphi - фаза тока.

Переменный ток возникает в электрической цепи с переменным напряжением. Колебания напряжения происходят по подобным законом, однако, в общем случае со сдвигом фазы \ Delta \ varphi

U = U_0 \ cos (2 \ pi \ nu t - \ varphi - \ Delta \ varphi)


Преимуществом переменного тока является то, что его легче производить и передавать до потребителя. Постоянный ток можно получить из переменного с помощью выпрямления.


1. История

Раннее упоминание практического применения переменного тока встречается у Гийома Дюшена, изобретателя и разработчика электротерапии. В 1855 году он объявил, что переменный ток лучше постоянного тока вызывает электротерапевтический запуск мышечных сокращений.

Силовой трансформатор разработан Люсьеном Голардом и Джоном Диксоном Гиббсом был продемонстрирован в Лондоне в 1881 году и привлек интерес компании Westinghouse. Они также выставляли свое изобретение в Турине в 1884 году, где он нашел применение в электрической системе освещения. Многие из конструкций изобретателей были адаптированы для конкретных систем распределения электроэнергии в Великобритании.

В 1882, 1884, и 1885 Голар и Гиббс подали документы для получения патентов на свой ​​трансформатор, однако патента не получили из-за предыдущего использования трансформаторов Никола Тесла и через юридические действия, инициированные Себастьяном Зиани где Ферранти. Ферранти вошел в этот бизнес в 1882 году, открыв в Лондоне цех разработки различных электрических устройств. Ферранти поверил в успех переменного тока в системе электрораспред еще на ранней стадии, и был одним из немногих специалистов в этой области исследований в Великобритании. В 1887 году Лондонская корпорация электроснабжения (Леско) заказала в Ферранти проектирования электростанции на Дептфорде. Он проектировал устройство электростанции и системы распределения в ней. После завершения этого проекта в 1891 году электростанция стала первой настоящему современной электростанцией, которая поставляла переменный ток для высоковольтной сети, которая распределяла электроэнергию для потребителей на каждой улице. Эта базовая система, по-прежнему используются в наши дни по всему миру. Во многих домах во всем мире до сих пор работают электросчетчики, на которых указано патент Ферранти AC.

Уильям Стенли-младший разработал один из первых практических эффективных устройств для передачи переменного тока между изолированными электрическими цепями. Использование пары катушек намотанных на общее железное сердечника, его конструкция, называемая индукционная катушка, был одним из первых трансформаторов. Системы переменного тока, используемых сегодня, начали быстро развиваться после 1886 года. Они включают в себя ключевые концепции, предложенные Никола Тесла, который впоследствии продал свой ​​патент Джордж Вестингауз. Выдающимися людьми в этой области были Люсьен Голар, Джон Диксон Гиббс, Карл Вильгельм Сименс и другие. Системы переменного тока преодолели ограничении систем постоянного тока, разрабатывались Томасом Эдисоном. Они позволили эффективно передавать электричество на большие расстояния, хотя во время и называемой войны токов Эдисон пытался дискредитировать идею использования переменного тока, как слишком опасную.

Одними из первых гидроэлектростанций, которые работали на переменном токе, были Еймська ГЭС (весна 1891) и первая электростанция Адамса на Ниагарском водопаде (25 августа, 1895).

Гидроэлектростанция Яруга в Хорватии была запущена в эксплуатацию 28 августа 1895. Два ее генераторы (42 Гц, 550 кВт каждый) и трансформаторы были изготовлены и установлены венгерской компанией Ганз. Линия электропередачи от ГЭС до города Шибеник имела длину 11,5 км. Она была смонтирована на деревянных башнях и муниципальных распределительных сетях и использовала шесть трансформаторных подстанций с перетоворенням напряжением 3000 В/110 В.

Теория электрических цепей переменного тока быстро развивалась во второй половине 19-го и в начале 20 века. Заметный вклад в теоретическую основу переменного тока сделали Чарльз Стейнмец, Джеймс Клерк Максвелл, Оливер Хевисайд и многие другие. Расчеты несбалансированных трехфазных систем были упрощены благодаря использованию метода симметричных составляющих, разработанного Чарльзом Фортескью в 1918 году.


2. Физика переменного тока

Особенностью переменного тока является то, что некоторые элементы электрической цепи влияют не только на амплитуду тока, но и на его фазу. Поэтому для расчетов электрических цепей вместо сопротивлений используются комплексные опоры - импеданса, а все расчеты производятся с использованием комплексных чисел.


3. Мощность

Мгновенное значение мощности электрического тока равна

S = IU \, , Полная мощность
P = IU \ cos \, \ Delta \ varphi , Активная мощность
Q = IU \ sin \, \ Delta \ varphi , Реактивная мощность

где U - напряжение, а \ Delta \ varphi - Сдвиг фаз между напряжением и током.

Однако практичнее использовать усредненное значение мощности

\ Langle P \ rangle = \ frac {1} {2} I_0 U_0 ,

где I_0 - Амплитудное значение силы тока, U_0 - Амплитудное значение напряжения.

Переменный ток характеризуют также действующими значениями силы тока и напряжения

I_a = \ frac {1} {\ sqrt {2}} I_0
U_a = \ frac {1} {\ sqrt {2}} U_0

4. Производство и передача переменного тока

4.1. Генератор переменного тока

Генератором переменного тока является система с недвижимого статора (состоит из стального сердечника и обмотки) и ротора (электромагнит со стальным сердечником), который вращается внутри него. Через два контактных кольца, к которым прижаты скользящие контакты щетки, проводится электрический ток. Электромагнит создает магнитное поле, которое вращается с угловой скоростью вращения ротора и возбуждает в обмотке статора ЭДС индукции. Чтобы ротор вращался и создавал магнитное поле, которое вызывает в статоре ЭДС индукции, ему необходимо предоставлять энергию. Ротор вращается в электростанциях с помощью паровых (ТЭС и АЭС) или гидротурбин (ГЭС).


4.2. Трансформатор

Основная статья Трансформатор

Для того, чтобы снизить напряжение, нужную для потребителей на выходе электрогенераторов (220 В), и повысить напряжение, необходимое для передачи ее по ЛЭП (400-500 кВ), нужен трансформатор. Он состоит из первичной и вторичной катушек и замкнутого сердечника. При подаче напряжения на первичную катушку возникает переменный ток. В сердцевине он превращается в магнитный поток, который затем проходит через обе катушки и вызывает их ЭДС (электродвижущую силу, которая образуется в результате воздействия на катушки магнитного поля).


5. Распределение переменного электрического тока

В электрических сетях в Украине используется переменный ток с частотой 50 Гц и напряжением 220 В или 380 В. В ряде стран используется частота 60 Гц.

6. Смотрите также


Физика Это незавершенная статья по физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам