Закрыть

Переменный электрический ток: Переменный электрический ток

Содержание

Переменный электрический ток

Переменный ток – или AC (Alternating Current). Обозначение ( ~ ).

Электрический ток называется переменным, если он в течение времени меняет свое направление и непрерывно изменяется по величине.

Переменный ток, который используется для подключения бытовых или производственных электрических приборов, изменяется по синусоидальному закону:

 

 

График переменного тока

 

 

 

 

  • i – мгновенное значение тока
  • Im – амплитудное или наибольшее значение тока
  • f – значение частоты переменного тока
  • t – время

Широко используется переменный ток благодаря тому, что электроэнергия переменного тока технически просто и экономно может быть преобразована из энергии более низкого напряжения в энергию более высокого напряжения и наоборот.

Это свойство переменного тока позволяет передавать электроэнергию по проводам на большие расстояния.

Период переменного тока

 

 

 

Промышленный переменный электрический ток получают при помощи электрических генераторов, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Переменный однофазный электрический ток имеет следующие основные характеристики:

f – частота переменного тока определяет количество циклов или периодов в единицу времени. За единицу измерения частоты переменного тока принят Герц ( Гц ):

1гц = 103кгц = 106мгц

Τ – период – время одного полного изменения переменной величины.

Если в 1 секунду происходит 1 период Τ, то частота f = 1 Гц ( Герц ).

1c = 103мс = 106мкс = 1012нс

В Российской Федерации период Τ переменного тока принят равным 0,02 секунды,следовательно по формуле f = 1/Τ можно определить частоту переменного тока:

f = 1/0,02 = 50 Гц

ω – угловая скорость

Помимо частоты f при изучении цепей переменного тока вводится понятие угловой скорости ω. Угловая скорость ω связана с частотой f следующим соотношением:

ω=2πf

При частоте 50 Гц угловая скорость равна 314 рад/с (2 × 3,14 × 50 = 314).

Мгновенное значение (i,u,e,p) – значение величины в данный момент, мгновенное.

Максимальное или амплитудное значение (Im,Um,Em,Pm).

Эффективное значение тока – это величина переменного тока, равная такому току, который на сопротивлении R, создаёт тепловыделение равное данному переменному току, за тоже время t (I,U,E,P).

Получение синусоидальной кривой

В системе декартовых прямоугольных координат совмещены тригонометрический круг и кривая, отражающая изменение величины тригонометрической функции sinβ от величины угла β между осью и радиусом-вектором r. Радиус-вектор r вращается против часовой стрелки. Повернем радиус-вектор на угол β и от конца вектора r проведем пунктиром прямую, параллельную оси . От окружности (точка а) по оси отложим в масштабе отрезок. Из конца отрезка построим перпендикуляр до пересечения с пунктирной прямой. Получим точку с в пересечении перпендикуляра и пунктирной прямой.

Синусоида переменного тока

Аналогичное построение проведем, увеличивая угол

β, пока радиус-вектор повернется на угол β = 360°, и получим точки аналогично точке с. Соединим точки плавной кривой, которая и будет отражать синусоидальный закон изменения величины переменного тока.

Понятие о фазе

Если две переменные величины одновременно проходят свои нулевые и максимальные значения, то они совпадают по фазе.

Если две переменные величины не одновременно проходят свои нулевые и максимальные значения, то они не совпадают по фазе.

В радиотехнике используются понятия:

 

1. Активное сопротивление ( Ra )

2. Индуктивное сопротивление ( XL – реактивное сопротивление )

3. Ёмкостное сопротивление ( XC – реактивное сопротивление )

Понятие об активном сопротивлении

Если по проводнику протекает ток, то вследствие явления самоиндукции, электроны распространяются не равномерно по сечению проводника, вследствие чего растёт сопротивление проводника.

Явление неравномерного распространения зарядов по сечению проводника называется – поверхностный эффект. Чем больше частота, тем больше сопротивление.

Переменный электрический ток, действующее напряжение, сила тока.

Мощность тока. Курсы по физике

Тестирование онлайн

  • Переменный ток. Основные понятия

  • Переменный ток

Генератор переменного тока

Устройство, предназначенное для превращения механической энергии в энергию переменного тока, называется генератором переменного тока. В основу работы генератора положено явление электромагнитной индукции.

Рамка вращается в магнитном поле. Поскольку магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется с течением времени, то в ней возникает индуцированная ЭДС:

Ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное.

Основными частями генератора переменного тока являются: индуктор, якорь, коллектор, статор, ротор.

а) устройство ротора; б) работа генератора переменного тока

Переменный ток

Переменный ток изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Действующим (эффективным) значением переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделил бы такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Мощность переменного тока

Мощность в цепи переменного тока изменяется с течением времени. Поэтому введено понятие мгновенной мощности (мощность в некоторый момент времени) и средней мощности (мощность за длительный промежуток времени).

Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора, подключенных к источнику переменного напряжения.

Явление резкого увеличения амплитуды переменного тока в такой цепи получило название резонанса напряжений. Частота, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной частотой.

Резонансная частота равна частоте свободных колебаний контура.

«Переменный электрический ток» - физика, уроки

Тема урока:                           «Переменный электрический ток»

Класс: 11

Тип урока: изучение нового материала

 

Цели урока:

 

Образовательная: сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая: развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, вы­делять главное.

Воспитательная: привить уважение к науке. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

 

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

- каким образом можно получить переменную ЭДС;

- какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока;

- в чём разница между действующими и амплитудными значениями силы тока и напряжения.

 

2.Актуализация опорных знаний

    1) Вопросы для фронтального опроса:

  • Какие колебания называются электромагнитными?
  • В каком устройстве создаются электромагнитные колебания?
  • Из каких частей состоит колебательный контур?
  • От каких величин зависит частота и период колебаний в контуре?
  • Как будут меняться колебания в реальном контуре с течением времени?
  • Что приводит к затуханию колебаний?

2) Тест:

 

Вариант 1

А1.   Если сопротивлением колебательного контура можно пренебречь, то при увеличении ёмкости конденсатора в 4 раза период свободных колебаний…

             1) увеличится в 2 раза                              3)  увеличится в 4 раза

             2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А2.   Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 4 раза?

            1) увеличится в 2 раза                            3)  увеличится в 4 раза

            2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А3. Заряд  q  на пластинах конденсатора колебательного контура с течением времени меняется  в соответствии с уравнением  q = 10-5cos104πt. Какое из уравнений выражает зависимость силы тока от времени?

    1)  I = 0,1π∙ sin 104πt                  2)   I = 0,1∙ cos(104πt + )              3) I = 0,1∙ sin(104πt + )

А4.    Согласно предыдущего условия задачи определить собственную частоту колебаний

ω.

         1)  0,5·10Гц                      2)   0,5·10π  рад/с                  3)  10π  рад/с              4) 10-5 рад/с

 

А5.    Последовательно соединены конденсатор, катушка индуктивности и резистор. Если при неизменной частоте и амплитуде напряжения на концах цепи увеличивать емкость конденсатора от 0 до ∞, то амплитуда тока в цепи будет

         1) монотонно убывать                                     3) монотонно возрастать

         2) сначала возрастать, затем убывать            4) сначала убывать, затем возрастать

 

Вариант 2

А1.   Если сопротивлением колебательного контура можно пренебречь, то при уменьшении ёмкости конденсатора в 4 раза период свободных колебаний…

             1) увеличится в 2 раза                              3)  увеличится в 4 раза

             2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А2.   Как изменится частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, если расстояние между пластинами конденсатора увеличить в 4 раза?

            1) увеличится в 2 раза                             3)  увеличится в 4 раза

            2)  уменьшится в 2 раза                           4)  уменьшится в 4 раза

А3. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L. Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если емкость конденсатора уменьшить в 3 раза, а индуктивность в 3 раза увеличить?

             1) уменьшится в 3 раза                              3) увеличится в 3 раза

             2) уменьшится в 9 раз                                4) не изменится

А4.   Сила тока   колебательного  контура  с  течением времени меняется  в соответствии с уравнением     i = 10-5cos 104t. Чему равна амплитуда колебаний заряда на конденсаторе?

          1) 1 нКл                      2) 0,1 Кл                         3) 10-5 Кл                        4) 104 Кл

А5.    Чему равен сдвиг фаз между колебаниями заряда и силы тока в колебательном контуре?

          1) π                                  2)                                     3)                          4) 2 π          

 

3.Объяснение нового материала

1) Переменный ток

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. На практике можно увидеть множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка… (слайд 4)

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток. 

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления  электромагнитной индукции.

   Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток? (слайд 5)

Электрический ток, изменяющийся во времени, называют переменным.

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Простейшей моделью такого генератора служит проволочный виток, который вращается в однородном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции:    Ф = BS cos α

       При равномерном вращении рамки угол а увеличивается прямо пропорционально времени:  α = ωt,

где — угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:            Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет уже роль циклической частоты.

         Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

Ф = BScos α = BScos ωt

e = – Ф = – BS∙(cos ωt) = BS∙ω∙sin ωt = εmsin ωt,

где  εm = BS∙ω – амплитуда ЭДС индукции.

        Если к рамке подключить колебательный контур,  то угловая скорость ω вращения рамки определит  частоту ω колебаний значений ЭДС, напряжения на paзличныx участках цепи и силы тока.

      Мы будем изучать в дальнейшем вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u =  Um  sin ωt            или           u =  Um cos ωt

где Um— амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае сила тока і в любой момент времени (мгновенное значение силы тока) определяется по формуле:

i= Im∙sin (ωt + φc)

Здесь Im - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φc — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

В промышленных цепях переменного тока сила тока и напряжение меняются гармонически с частотой     v = 50 Гц. Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Рассмотрим принцип действия генератора: возьмем рамку, состоящую из n витков, и соединим ее с гальванометром с помощью колец и скользящих по ним контактов (щеток). Когда рамка вращается в магнитном поле постоянного магнита, то стрелка гальванометра совершает колебания около положения равновесия. Это означает, что в цепи появился переменный ток. Этот опыт моделирует работу генератора переменного тока. Конструкция и действие реального генератора, используемого в промышленности, значительно сложнее.

 

 

 

2) Активное сопротивление

Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R. Эту величину, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением.

Сопротивление R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от  генератора.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они  нагреваются.   Будем  считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:      u =  Um sin ωt

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому для нахождения мгновенного значения силы тока можно применить закон Ома:

Из этой формулы следует, что колебания силы тока на резисторе совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются сравнительно быстро. Поэтому при прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет быстро меняться со временем. Но этих быстрых изменений мы не замечаем.

Как правило, нам нужно бывает знать среднюю мощность тока на участке цепи за большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно найти среднюю мощность за один период. Под средней за период, мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой  

P = I2R.

На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать практически постоянным.  Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой           P = i2R

 

Среднее значение мощности за период

 

График зависимости мгновенной мощности от времени изображен на рисунке

 

График изменения мгновенной мощности с течением времени

 

 

 

 

         Несмотря на то что мощность переменного тока непрерывно меняется, ее среднее значение за любой период одинаково.

Приравниваем выражения для средней мощности переменного тока и мощности постоянного тока:

 

Выразим силу тока I:    Эту величину называют действующим значением силы переменного тока.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который выделяет в проводнике ту же мощность, что и переменный ток за то же время.

 

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично действующему значению силы тока: - эту величину называют действующим значением напряжения переменного тока.

Действующее значение напряжения в осветительной сети равно 220 В, а амплитудное значение напряжения при этом составляет  

С учетом предыдущих формул можно выразить среднюю мощность переменного тока:  Рср = IU

Амперметры и вольтметры переменного тока обычно градуируют по действующим значениям силы тока и напряжения.

 

4.Закрепление и обобщение нового материала.

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

- что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

- на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

- чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

- как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

- как определяется мощность в цепи переменного тока?

Решение задачи:

 

5.Подведение итогов урока.             (Выставление оценок и их комментарий)

6.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «Физика – 11», упр.4(№5)

 

Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности ("соленоид") в цепи переменного тока.





Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Физика для самых маленьких. Шпаргалки. Школа.  / / Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности ("соленоид") в цепи переменного тока.

Поделиться:   

Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания.


Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока.
Катушка индуктивности ("соленоид") в цепи переменного тока.
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator

Индукционный генератор. Переменный электрический ток. Генератор переменного электрического тока. Переменный ток генератор переменного тока презентация

Определение Переменным током называется электрический ток, который периодически изменяется по величине и по направлению. Условное обозначение или. Модуль максимального значения силы тока за период называется амплитудой колебаний силы тока. В настоящее время в электрических сетях используется переменный ток. Многие законы, которые были выведены для постоянного тока, действуют и для переменного тока.

Переменный ток имеет ряд преимуществ по сравнению с постоянным током: - генератор переменного тока значительно проще и дешевле генератора постоянного тока; - переменный ток можно трансформировать; - переменный ток легко преобразуется в постоянный; - двигатели переменного тока значительно проще и дешевле двигателей постоянного тока; - проблема передачи электроэнергии на большие расстояния была решена только при использовании переменного тока высокого напряжения и трансформаторов. Для производства переменного тока применяется синусоидальное напряжение.




Генератор переменного тока - является электромеханическим устройством, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Системы производящие переменный ток были известны в простых видах со времён открытия магнитной индукции электрического тока. Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока.






«Генератор переменного тока»Генератор переменного тока (альтернатор)
является электромеханическим устройством,
которое преобразует механическую энергию в
электрическую энергию переменного тока.
Большинство генераторов переменного тока
используют вращающееся магнитное поле.

История:

Системы производящие переменный ток были
известны в простых видах со времён открытия
магнитной индукции электрического тока.
Ранние машины были разработаны Майклом
Фарадеем и Ипполитом Пикси.
Фарадей разработал «вращающийся
треугольник», действие которого было
многополярным - каждый активный проводник
пропускался последовательно через область,
где магнитное поле было в противоположных
направлениях. Первая публичная демонстрация
наиболее сильной «альтернаторной системы»
имела место в 1886 году. Большой двухфазный
генератор переменного тока был построен
британским электриком Джеймсом Эдвардом
Генри Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и
Себастьян Ферранти также разработали ранний
альтернатор, производивший частоты между 100
и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла
запатентовал практический «высокочастотный»
альтернатор (который действовал на частоте
около 15000 герц). После 1891 года, были
введены многофазные альтернаторы.
Принцип действия генератора основан на
действии электромагнитной индукции -
возникновении электрического напряжения в
обмотке статора, находящейся в переменном
магнитном поле. Оно создается с помощью
вращающегося электромагнита - ротора при
прохождении по его обмотке постоянного тока.
Переменное напряжение преобразуется в
постоянное полупроводниковым
выпрямителем.

Общий вид генератора переменного тока с внутренними полюсами. Ротор является индуктором, а статор - якорем

Ротор – сердечник,
вращающийся вокруг
горизонтальной или
вертикальной оси
вместе со своей
обмоткой.
Статор – неподвижный сердечник с его обмоткой.

Схема устройства генератора: 1 - неподвижный якорь, 2 - вращающийся индуктор, 3- контактные кольца, 4- скользящие по ним щетки

Вращающийся


индуктор
генератора I
(ротор) и якорь
(статор) 2, в
обмотке которого

Ротор


(индуктор)
генератора
переменного
тока
с
внутренними
полюсами. На валу ротора
справа
показан
ротор
вспомогательной
машины,

Виды генераторов:

Турбогенератор – это генератор,
который приводится в действие
паровой или газовой турбиной.

Дизельагрегат


-
генерат
ор,
ротор
которог
о
вращает
ся от
двигате

Гидроге


нератор
вращает
гидроту
рбина.

Генератор переменного тока начала 20-го века сделанный в Будапеште,


Венгрия, в зале производства электроэнергии гидроэлектростанции
(фотография Прокудина-Горского, 1905-1915).

Автомобильный


генератор
переменного
тока. Приводной
ремень снят.

Широкое применение генераторов переменного тока:

Ни для кого не станет удивительным тот факт, что в наши дни популярность,
востребованность и спрос таких устройств, как электростанции и генераторы переменного
тока, достаточно высоки. Это объясняется, прежде всего, тем, что современное
генераторное оборудование имеет для нашего населения огромное значение. Помимо этого
необходимо добавить и то, что генераторы переменного тока нашли свое широкое
применение в самых различных сферах и областях.
Промышленные генераторы могут быть установлены в таких местах, как поликлиники и
детские сады, больницы и заведения общественного питания, морозильные склады и
многие другие места, требующие непрерывной подачи электрического тока. Обратите свое
внимание на то, что отсутствие электричества в больнице может привести непосредственно
к гибели человека. Именно поэтому в подобных местах генераторы должны быть
установлены обязательно.
Также довольно распространенным является явление использования генераторов
переменного тока и электростанций в местах проведения строительных работ. Это
позволяет строителям использовать необходимое им оборудование даже на тех участках,
где полностью отсутствует электрификация. Однако и этим дело не ограничилось.
Электростанции и генераторные установки были усовершенствованы и дальше. В
результате этого нам были предложены бытовые генераторы переменного тока, которые
вполне удачно можно было устанавливать для электрификации коттеджей и загородных
домов.
Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что современные генераторы переменного
тока имеют довольно широкую область применения. Кроме того они способны решить
большое количество важных проблем, связанных с некорректной работой электрической
сети, либо ее отсутствием.

Генератор электрического тока(старое
название альтернатор) является
электромеханическим устройством, которое
преобразует механическую энергию в
электрическую энергию переменного тока.
Большинство генераторов переменного тока
используют вращающееся магнитное поле.

История:

Системы производящие переменный ток были
известны в простых видах со времён открытия
магнитной индукции электрического тока. Ранние
машины были разработаны Майклом Фарадеем и
Ипполитом Пикси.
Фарадей разработал «вращающийся
треугольник», действие которого было
многополярным - каждый активный проводник
пропускался последовательно через область, где
магнитное поле было в противоположных
направлениях.
Первая публичная демонстрация наиболее
сильной «альтернаторной системы» имела место в
1886 году. Большой двухфазный генератор
переменного тока был построен британским
электриком Джеймсом Эдвардом Генри
Гордоном в 1882 году.
Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также
разработали ранний альтернатор, производивший
частоты между 100 и 300 герц.
В 1891 году Никола Тесла запатентовал
практический «высокочастотный» альтернатор
(который действовал на частоте около 15000 герц).
После 1891 года, были введены многофазные
альтернаторы.

Принцип действия генератора основан на


действии электромагнитной индукции - возникновении
электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в
переменном магнитном поле. Оно создается с помощью
вращающегося электромагнита - ротора при прохождении по его
обмотке постоянного тока. Переменное напряжение преобразуется
в постоянное полупроводниковым выпрямителем.

Все двигатели постоянного тока состоят из ротора и статора, причем ротор-это подвижная часть двигателя, а статор нет.

Схема радиально-поршневого роторного насоса:


1 - ротор
2 - поршень
3 - статор
4 - цапфа
5 - полость нагнетания
6 - полость всасывания

Классификация генераторов по типу первичного двигателя:

Турбогенератор
Дизель-генератор
Гидрогенератор
Ветрогенератор

Турбогенератор

- устройство, состоящее
из синхронного генератора и паровой или газовой
турбины, выполняющей роль привода. Основная
функция в преобразовании в внутренней
энергии рабочего тела в электрическую, посредством
вращения паровой или газовой турбины.

Дизельная электростанция (дизель-генератор)

Дизельная электроста́нция (дизель-генераторная установка,
дизель-генератор) - стационарная или подвижная
энергетическая установка, оборудованная одним или
несколькими электрическими генераторами с приводом
от дизельного двигателя внутреннего сгорания.
Как правило, такие электростанции объединяют в
себе генератор переменного тока и двигатель внутреннего
сгорания, которые установлены на стальной раме, а также
систему контроля и управления установкой. Двигатель
внутреннего сгорания приводит в движение синхронный или
асинхронный электрический генератор. Соединение двигателя и
электрического генератора производится либо
напрямую фланцем, либо через демпферную муфту

Гидрогенератор

- устройство, состоящее из электрического
генератора и гидротурбины, выполняющей роль
механического привода, предназначен для выработки
электроэнергии на гидроэлектростанции.
Обычно генератор гидротурбинный представляет собой
синхронную явнополюсную электрическую
машину вертикального исполнения, приводимую во вращение
от гидротурбины, хотя существуют и генераторы
горизонтального исполнения (в том числе капсульные
гидрогенераторы).
Конструкция генератора в основном определяется
параметрами гидротурбины, которые в свою очередь зависят
от природных условий в районе строительства
гидроэлектростанции (напора воды и её расхода). В связи с
этим для каждой гидроэлектростанции обычно проектируется
новый генератор.

Ветрогенератор

(ветроэлектрическая установка или сокращенно
ВЭУ) - устройство для преобразования кинетической
энергии ветрового потока в механическую энергию
вращения ротора с последующим её преобразованием
в электрическую энергию.
Ветрогенераторы можно разделить на три категории:
промышленные, коммерческие и бытовые (для частного
использования).
Промышленные устанавливаются государством или крупными
энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в
сети, в результате получается ветровая электростанция. Её
основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) -
полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное
требование для ВЭС - высокий среднегодовой уровень ветра.
Мощность современных ветрогенераторов достигает 8 МВт.

Применение генераторов в быту и на производстве

Электростанции переменного тока работают на дачах и в частных
домах в качестве автономного источника электроснабжения, в
составе оборудования в ремонтных и пуско-наладочных бригадах.
Сварочные электростанции на стройках намного удобнее, чем
стационарные сварочные аппараты, особенно на начальных этапах
стройки.
Сдать ремонт под ключ с автономными электрогенераторами
становится проще. Они экономят время и становятся незаменимыми в
полевых условиях, когда электроснабжение отсутствует. Монтаж и
изготовление металлоконструкций также становится проще, когда
поблизости нет источников электроснабжения. Собирать
металлоконструкции удобнее на месте, а не транспортировать готовую
конструкцию на место установки.
Бывают случаи, когда дублирование основного электроснабжения
жизненно важно. Для клиник и больниц с реанимационными и
хирургическими отделениями наличие автономной аварийной системы
электроснабжения очень важно. Ведь от этого зависят человеческие
жизни. Генераторы переменного тока нашли широкое применение в
быту и на производстве благодаря компактности, безотказности и
мобильности. Широкий спектр применения делает их универсальными
устройствами, способными производить ток не только для нужд
производства, но и в быту.

1 слайд

Презентация На тему: «Генератор трехфазового тока» Муниципальное Нетиповое Общеобразовательное Учреждение «Гимназия №1 города Белово» Руководитель: Попова Ирина Александровна Выполнили: ученики 11«В» класса Пономарёв Кирилл Малахов Александр Глущенко Анатолий Белово 2011 МОЗГ 2.0

2 слайд

3 слайд

Цели: 1) понять принцип действия трехфазного генератора 2) выяснить преимущества трехфазных систем 3) рассмотреть соединения в трехфазных цепях 4) сравнить фазное(Uф) и линейное(Uл) напряжения 5) рассмотреть схемы,графики для изучения и закрепления знания темы. 6) проделать опыт, применив полученные знания 7) сделать практические выводы

4 слайд

История возникновения… Михаи л О сипович Доли во-Доброво льский - русский электротехник польского происхождения, один из создателей техники трёхфазного переменного тока, немецкий предприниматель. Творческая и инженерная деятельность М. О. Доливо-Добровольского была направлена на решение задач, с которыми неизбежно пришлось бы столкнуться при широком использовании электроэнергии. Работа в этом направлении, на основе полученного Николой Теслой трёхфазного тока, в необычайно короткий срок привела к разработке трёхфазной электрической системы и совершенной, в принципе, не изменившейся до настоящего времени конструкции асинхронного электродвигателя. Таким образом, были получены токи с разностью фаз 120 градусов, была найдена связанная трёхфазная система, отличительной особенностью которой являлось использование для передачи и распределения электроэнергии только трёх проводов.

5 слайд

Устройство генератора трехфазного тока Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции - возникновении электрического напряжения в обмотке статора, находящейся в переменном магнитном поле. Оно создается с помощью вращающегося электромагнита - ротора при прохождении по его обмотке постоянного тока. Основные элементы: Индуктором в генераторе трехфазного тока служит электромагнит, обмотка которого питается постоянным током. Индуктором является ротор, якорь генератора – статором. В пазах статора расположены три независимые электрич. обмотки, сдвинутые в пространстве на 120гр. При вращении ротора с угл.скоростью возникает ЭДС индукции,изменяющ. по гармоническому закону с частотой ω Вследствие сдвига обмоток в пространстве фазы колебаний сдвинуты на 2п/3 и 4п/3.

6 слайд

7 слайд

Соединения в трехфазных цепях Фазное напряжение – напряжение между началом и концом каждой фазной обмотки генератора. Линейное напряжение – напряжение между началами любых двух фазных обмоток.

8 слайд

Опыт Три катушки с сердечниками размещаются по окружности под углом 120° по отношению друг к другу. Каждая катушка соединена с гальванометром. В центре окружности на оси укрепляется прямой магнит. Если вращать магнит, то в каждой из трех цепей возникает переменный ток. При медленном вращении магнита можно заметить, что наибольшее и наименьшее значения токов и их направления будут в каждый момент во всех трех цепях различными.

9 слайд

Преимущества трехфазных систем: 1) экономичность производства и передачи электроэнегии 2) возможность получения относительно простого кругового вращающ. магнитного поля 3) возможность получения в одной установки двуч эксплутационных напряжений: фазного и линейного 4) использование меньшего кол-ва проводов в производстве Вывод: Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространённые в современной электроэнергетике.

10 слайд

Список используемой литературы: Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.; Глазунов А.Т., Кабардин О.Ф., Малинин А.Н., Орлов В.А., Пинский А.А., С.И. Кабардина «Физика. 11 класс». – М.: Просвещение, 2009 г. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

Областное государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Борисовский агромеханический техникум»

  • Презентация к уроку по теме; Устройство и принцип работы автомобильного генератора.
  • по МДК 01 02 «Устройство, техническое обслуживание
  • и ремонт автомобилей»
  • Здоровцов Александр Николаевич
Устройство и принцип работы автомобильного генератора Генератор
  • - устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока.
Требования, предъявляемые к генератору:
  • выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи;
  • напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.
Шкив
  • – служит для передачи механической энергии от двигателя к валу генератора посредством ремня
Корпус генератора
  • состоит из двух крышек: передняя (со стороны шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к системе электрооборудования;
Ротор -
  • Ротор состоит
  • стальной вал с расположенными на нем двумя стальными втулками клювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными кольцами;
  • 1. вал ротора; 2. полюса ротора; 3. обмотка возбуждения; 4. контактные кольца.
Статор
  • Статор генератора
  • - пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора;
  • 1. обмотка статора; 2. выводы обмоток; 3. магнитопровод
Сборка с выпрямительными диодами
  • Сборка с выпрямительными диодами
  • - объединяет шесть мощных диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы;
  • 1. силовые диоды; 2. дополнительные диоды; 3. теплоотвод.
Регулятор напряжения
  • - устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды;
Щеточный узел
  • – съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольцами ротора;
Устройство генератора Виды генераторов установленных на автомобилях
  • Бесконтактный генератор с возбуждением от постоянных магнитов.
  • Генератор переменного тока с клювообразным ротором и с контактными кольцами
  • Индукторный генератор переменного тока.
  • · а - модель генератора;
  • · б- ротор с постоянным магнитом NS и с шестью когтеобразными полюсами;
  • · в - шестиполюсный статор с тремя фазными обмотками, соединенными "звездой";
  • · NS- цилиндрический постоянный магнит с полюсами N и S;
  • · М - магнитопровод статора;
  • · R- магнитопровод ротора в виде когтеобразных наконечников из твердой стали;
  • · Ф- магнитный поток ротора;
  • · 8- воздушным зазор;
  • · Ф.- фазная обмотка статора;
  • · EФ- ЭДС, наведенная в фазной обмотке;
  • · w- круговая частота вращения ротора;
  • · 1. 2, 3, общ. - выводы фазных обмоток, соединенных "звездой".
Бесконтактный генератор с возбуждением от постоянных магнитов
  • вращающийся ротор - это постоянный магнит, а фазные обмотки - это катушки на неподвижном статоре. Такой генератор называется бесконтактным генератором переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Он может быть однофазным или многомерным. Генератор прост по конструкции, надежен, не боится грязи, не требует электрического возбуждения, не имеет трущихся электроконтактов, срок службы определяется высыханием изоляции фазных обмоток. Но на современных легковых автомобилях генератор с возбуждением от постоянных магнитов не применяется из-за невозможности строго поддерживать в нем постоянное рабочее напряжение при изменении оборотов двигателя внутреннего сгорания
Генератор переменного тока с клювообразным ротором и с контактными кольцами
  • а - модель генератора; б - расчлененный ротор с катушкой возбуждения W„ и с шестью северными N и шестью южными S клювообразными полюсами постоянного электромагнита; в - упрощенная конструкция генератора;
  • 1 - магнитопровод М статора с фазными обмотками Wф
  • 2 - клювообразные полюсные наконечники ротора;
  • 3 - обмотка возбуждения Wв;
  • 4 - крыльчатка вентилятора;
  • 5 - приводной шкив;
  • 6 - магнитопровод R ротора;
  • 7 - корпусные крышки;
  • 8 - встроенный выпрямитель;
  • 9 - контактные кольца К;
  • 10 - щеткодержатель КЩМ со щетками.
Генератор переменного тока с клювообразным ротором и с контактными кольцам
  • Обмотка Wв своими выводами подключена к контактным кольцам К, которые в свою очередь через щетки КЩМ соединяются с внешней электрической цепью возбуждения. Таким способом к клювообразный ротор становится многополюсным постоянным электромагнитом, магнитодвижущая сила которого может легко регулироваться путем изменения тока возбуждения, что очень важно для автомобильных электрогенераторов.
  • Генератор с клювообразным ротором и с контактными кольцами имеет самое широкое применение на современных легковых автомобилях.
  • а - модель генератора;
  • б - схема соединения обмоток на однофазном статоре;
  • в - упрощенная конструкция генератора;
  • 1 - - паз ротора
  • ;2 - подшипник;
  • 3 - вал ротора;
  • 4 - полюс ротора
  • ;5 - корпус генератора; Wв, Wф - обмотки возбуждения и фазные.
Индукторный генератор переменного тока
  • Основным отличием этого генератора является то, что его вращающийся ротор - это пассивная магнитомягкая ферромасса, а обмотка возбуждения установлена на неподвижном статоре вместе с фазными обмотками. Для уменьшения магнитных потерь ферромасса ротора, как и статора, выполнена набором тонких пластин из электротехнической стали. Генератор является бесконтактным. Работа такого генератора основана на периодическом прерывании постоянного магнитного потока, статора, что при вращении ротора достигается периодическим изменением величины воздушного зазора между статором и ротором. Таким образом, индукторный генератор является синхронным и управляется по напряжению с помощью изменения тока возбуждения в статорной обмотке. В индукторном генераторе реализуется принцип получения ЭДС путем изменения магнитной проводимости в воздушном зазоре: при управлении величиной индукции магнитного поля статора. Соответствующим подбором конфигурации поверхности пассивного ротора и полюсных наконечников статора можно приблизить периодичность изменения магнитного потока к синусоидальному закону, что обеспечивает синусоидальную форму рабочему напряжению генератора.
Использованные материалы и Интернет-ресурсы
  • http://respektt.ru/foto/generator_ustroistvo.jpg
  • http://www.mlab.org.ua/articles/electric/59-electric-generator.html
  • http://www.domashniehitrosti.ru/generator4.html
  • Родичев В. А.: Грузовые автомобили. М.: Издательский центр «Академия», 2010-239с.

Презентация на тему переменный электрический ток. Презентация на тему Переменный электрический ток (11 класс)

поэтому практически не используются. И наоборот, незатухающие вынужденные колебания имеют большое практическое значение. Вынужденные электрические колебания появляются при наличии в цепи периодической электродвижущей силы. Электрические лампы в наших квартирах и на улице, холодильник и пылесос, телевизор и магнитофон - все они работают, используя энергию электромагнитных колебаний. На применении электромагнитных колебаний ос­нована работа электромоторов, приводящих в действие станки на заводах и фабриках, движущих электровозы и т.п. Во всех этих примерах речь идет об использовании одного из видов электромагнитных колебаний - переменного электрического тока. Переменным называют ток, периодически изменяющийся по модулю и направлению. Переменный электрический ток в энергетических электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний, которые создаются генератором переменного тока.

Презентация составлена учителем физики МКОУ ВСОШ № 2 при ИК с. Чугуевка Мурзагильдиной Людмилой Борисовной 2016г Цели урока: 1. Продолжить формирование представлений о гармонических электромагнитных колебаниях, о вынужденных электромагнитных колебаниях и видах сопротивлений в цепи переменного тока. 2. Развивать познавательные интересы учащихся по данной теме через различные информационные ресурсы: учебник, презентацию, таблицы. 3. Научиться находить полезное и необходимое в изучаемом материале. Актуализация знаний. 1. Какие колебания называются гармоническими? Колебания, происходящие по закону синуса или косинуса. 2 . Дайте определение электромагнитных колебаний. Процессы в электрических цепях, в которых периодически изменяются заряд, сила тока, напряжение и ЭДС. 3. Почему затухают свободные электромагнитные колебания? Свободные электромагнитные колебания затухают из-за сопротивления. 4. Назовите формулу периода электромагнитных колебаний. 5. Назовите систему, в которой происходят электромагнитные колебания. Решение задач на тему «Электромагнитные колебания». 1.Заряд q на пластинах конденсатора колебательного контура изменяется с течением времени в соответствии с уравнением q =5٠10-4cos 103πt. Чему равна амплитуда колебаний заряда, фаза колебания и начальная фаза заряда? Амплитуда - 5٠10- 4 Фаза колебаний заряда-103πt Начальная фаза =0 Решение задач на тему «Электромагнитные колебания». 2.Какой из перечисленных приборов обязательно входит в состав цепи постоянного тока и колебательного контура? Подберите к позиции первого столбца нужную позицию из второго. Запишите в таблицу полученные цифры под соответствующими буквами. А) Цепь постоянного тока 1.Амперметр Б)Колебательный контур 2.Источник тока А 3.Конденсатор 4.Магнит Б Ответ на задачу: А Б 2 3 Изучение новой темы нашего урока « Переменный ток. Сопротивления в цепи переменного тока» Электрический ток, меняющий свою величину и направление с течением времени – называется переменным током. Наша задача – в течение урока проверить: -переменный ток – это вынужденные колебания; - что с течением времени ток меняет свои направления и величину. «Ток бежит по проводам, И не виден никогда. Лампочки он зажигает И приборы оживляет.» Яков Быль «Война токов» В истории был период, который известен под условным названием «война токов». Главными действующими лицами тогда были небезызвестные Никола Тесла и Томас Эдисон. Никола Тесла увидел потенциал и удобство использования переменного тока. А Эдисон настаивал на том, что следует пользоваться постоянным электричеством (точка зрения, которая была тогда общепринятой). Эдисон даже проводил публичные демонстрации, довольно жестокие. Дело в том, что переменный ток, несмотря на свои преимущества, представляет большую опасность для живых существ. Томас Эдисон использовал этот факт, чтобы создать в народе страх и недоверие к идеям Теслы: он прилюдно убивал животных с помощью переменного тока. Один раз даже провели демонстрацию на слоне: пара секунд - и могучее животное упало замертво. Из истории Первым источником электроэнергии уже нашей эры стал электростатический генератор, изобретённый в 1663 г мэром Магдебурга Отто фон Герике. Так что такое переменный ток? Сила тока и напряжение меняются по гармоническому закону, а частота колебаний определяется частотой подключённого в цепь источника тока.(50 Гц) Как создать переменное напряжение и переменный ток? Переменное напряжение и ток в сети создаётся генераторами переменного тока на электростанции. Генератор переменного тока Стандартная частота промышленного тока равна 50 Гц – это значит, что за 1 секунду ток изменяет своё направление 50 раз. Что же происходит в генераторе переменного тока? Мы установили, что 1.Магнитный поток Ф, пронизывающий контур катушки, меняется по величине и по направлению. Ф = В S cos ωt 2. Индуктируемый в катушке ток меняется по величине и направлению. i = Im sin (ωt+φ₀) 3. Колебания напряжения и силы тока отличаются фазой колебания (φ₀). u = Um cos ωt Какую же роль в цепи переменного тока играют сопротивления? В цепь переменного тока можно включить электрические сопротивления – резисторы, индуктивное и ёмкостное сопротивления (колебательный контур). Резисторы обладают сопротивлением R (активное сопротивление), катушка индуктивности c индуктивностью L – X L (индуктивным сопротивлением), а конденсатор с ёмкостью С – X С (ёмкостным сопротивлением). Активное сопротивление в цепи переменного тока. Итак мы выяснили, что сила тока и напряжение в цепи переменного тока с активным сопротивлением колеблются в U одной фазе, а активное сопротивление R= m I m Ёмкость в цепи переменного тока Мы выяснили, что: 1.Постоянный ток через конденсатор на проходит. 2. Конденсатор оказывает переменному току сопротивление. Формула ёмкостного сопротивления Индуктивность в цепи переменного тока Мы выяснили, что: 1. При постоянном токе катушка обладает небольшим активным сопротивлением(т.е. является резистором) и изменение её индуктивности не влияет на её сопротивление. 2. При переменном токе индуктивное сопротивление тем больше, чем больше индуктивность катушки. 3.Индуктивное сопротивление Итак мы знаем, что если цепь переменного тока содержит активное сопротивление R= 1 X C = С и индуктивное сопротивление X = ωL, то L ёмкостное сопротивление мы можем найти полное сопротивление цепи переменного тока Z: , Итог урока: 1.Мы узнали, что такое переменный ток и его характеристики, которые изменяются по гармоническому закону: Ф = BS cos ωt; i= Imsin (ωt+φ₀) ; u = Um cos ωt. 2. Цепь переменного тока может содержать три вида сопротивлений: L 1 R – активное; Х = - ёмкостное; С С Х L = ωL – индуктивное. 3.Мы узнали формулу, по которой вычисляется полное сопротивление в цепи переменного тока: Z = √ R² + (X L- X C)² Закрепление изученной темы урока: 1.Почему не используют для освещения переменный ток с частотой 10 – 15 Гц? Будет мигание лампочек. Глаз частоту 10 Гц воспринимает как мельтешение. 2.В электрическую цепь включена катушка, по которой сначала пропускают постоянный ток, потом – переменный ток того же напряжения. В каком случае катушка нагреется сильнее? В первом. Катушка для переменного тока будет обладать ещё и реактивным сопротивлением. Поэтому во втором случае ток меньше, соответственно и выделение тепла – меньше. 3. Как изменится накал лампы, если конденсатор будет пробит и цепь в этом месте замкнётся? Каждый конденсатор имеет сопротивление, если мы уберём это сопротивление, то накал лампы увеличится. 4.В цепь переменного тока включены резистор с R = 5 Ом, конденсатор с сопротивлением ХC =6 Ом и катушка индуктивности с сопротивлением ХL=18 Ом. Найдите полное сопротивление цепи. Дано: Решение: R=5Ом Z= √R²+(XL -Xc)² ХС=6Ом Z=√25Ом²+(18Ом-6Ом)² ХL=18Ом =√25Ом²+144Ом² ________ =13 Ом. Z-? Выполнение Самостоятельной работы (тест) по теме «Переменный ток». время 5-7 мин. Рефлексия: 1.Сегодня я узнал, что … 2.Меня удивили приведённые факты о … 3.Мне было интересно узнать, что … 4. Мне было трудно понять… 5. Мне понравилось на уроке…


















Включить эффекты

1 из 18

Отключить эффекты

Смотреть похожие

Код для вставки

ВКонтакте

Одноклассники

Телеграм

Рецензии

Добавить свою рецензию

Зарегистрируйтесь , чтобы добавить рецензию.

Слайд 1

Слайд 2

Сегодня на уроке: Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения напряжения и силы тока. Мощность в цепи переменного тока.

Слайд 3

Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Адам Мицкевич

Слайд 4

Картофелечистка Протирочная машина Электромясорубка Тестомесильная машина Хлеборезка

Слайд 5

Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным. Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.

Слайд 6

Слайд 7

Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением: Получение переменной эдс Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:

Слайд 8

Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса). максимальное значение или амплитуда ЭДС. Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в Nраз. Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:

Слайд 9

Общие соотношения между напряжением и силой тока Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения. В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить: или φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения Im – амплитуда тока, А.

Слайд 10

Резистор в цепи переменного тока Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи: Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями

Слайд 11

Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи: В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

Слайд 12

Действующие значения напряжения и силы тока Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении. Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время. Действующее значение напряжения:

Слайд 13

Мощность в цепи переменного тока Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения: Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:

Слайд 14

ВЫВОДЫ На этом уроке вы узнали, что: переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону; получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции; на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю; действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия; мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения.

Слайд 15

Ответы теста

Слайд 16

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ Рамка, имеющая 100 витков, вращается с частотой 15 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Чему равна площадь рамки, если ампли-тудное значение возникающей в ней ЭДС 45 В?

Слайд 17

ДАНО: N=100 шт ν=15 Гц В=0,2 Тл εm=45 В S - ? РЕШЕНИЕ: e = εm sinωt εm= BS ω ω = 2π/T= 2π ν εm= BS 2π ν(1 виток) εmn= BSN 2π ν S = εmn /(BN 2π ν) ВЫЧИСЛЕНИЕ: РАЗМЕРНОСТЬ: ОТВЕТ: S = 0,024 м2

Слайд 18

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Учебник: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11». Подготовить реферат на тему:

Посмотреть все слайды

Конспект

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ПО ФИЗИКЕ

Разработала преподаватель

физики С.Е.Рязина

Саранск

Цели урока:

Образовательная:

Развивающая:

Воспитательная:

Тип урока:

Методы проведения:

Оснащение урока:

Высказывание:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей?

Адам Мицкевич

Межпредметные связи:

ПЛАН УРОКА

1.Организационный момент

6.Подведение итогов урока.

7.Задание на дом:

Подготовить рефераты на темы:

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

Он всем несет тепло и свет

Щедрей его на свете нет!

К поселкам, селам, городам

3.Объяснение нового материала.

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Историческая справка (сообщение учащегося)

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 14

Слайд 15

Решение задачи

Слайд 16, 17

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 18

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

1. «Новые современные типы генераторов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ

ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ПО ФИЗИКЕ

НА ТЕМУ: «Переменный электрический ток»

Разработала преподаватель

физики С.Е.Рязина

Саранск

Тема урока: «Переменный электрический ток».

Цели урока:

Образовательная:

Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая:

Развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное.

Воспитательная:

Привить уважение к науке как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Методы проведения: объяснение учителя с применением компьютера; информационно-иллюстративный, опрос учащихся, работа с опорными конспектами, тестами.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники.

Высказывание:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей?

Адам Мицкевич

Межпредметные связи: математика – нахождение производной, тригонометрические функции; оборудование – механическое оборудование; история – промышленность IX века; внутрипредменая связь – законы постоянного тока, магнитное поле, электромагнитная индукция.

ПЛАН УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

2.Актуализация опорных знаний.

(Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала)

3.Объяснение нового материала.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

7.Задание на дом:

§ 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11», стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов».

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

Каким образом можно получить переменную ЭДС и

Какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока,

В чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения.

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

2.Актуализация опорных знаний

Он всем несет тепло и свет

Щедрей его на свете нет!

К поселкам, селам, городам

Приходит он по проводам! (электрический ток)

Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала:

1. Что называют электрическим током?

2. Какой ток называют постоянным?

3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными?

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3.Объяснение нового материала.

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. Вы будущие технологи и на практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Слайд 4

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления электромагнитной индукции.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным:

напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Слайд 5

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока.

Рассмотрим принцип действия генератора:

Слайд 6

На этом слайде мы с вами увидели, что переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.

Слайд 7

Слайд 8

На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока.

Историческая справка (сообщение учащегося)

Более подробно устройство генераторы мы с вами изучим на следующих уроках.

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 14

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

- что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

- на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

- чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

Как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

- как определяется мощность в цепи переменного тока?

Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой)

Слайд 15

Решение задачи

Слайд 16, 17

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 18

7.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11».

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

1. «Новые современные типы генераторов»

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

Скачать конспект

«Физика - 11 класс»

Как получить незатухающие вынужденные электромагнитные колебания?
Переменный ток в осветительной сети представляет собой не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания.
Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону.
Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.

Частота переменного тока - это число колебаний в 1 секунду.
Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц, т.е. на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз - в противоположную.
Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира.

Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то и напряженность электрического поля внутри проводников будет также меняться гармонически.
Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь, вызывают гармонические колебания силы тока.

Переменное напряжение создается генераторами электрического тока.
Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле - это простейшая модель генератора переменного тока.

Поток магнитной индукции Ф , пронизывающий проволочную рамку площадью S , пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции

Ф = BS cos α .

При равномерном вращении рамки угол α увеличивается прямо пропорционально времени:

α = ωt

где
ω - угловая скорость вращения рамки.

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:

Ф = BS cos ωt

Здесь величина ω играет роль циклической частоты.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «-» скорости изменения потока магнитной индукции, т. е. производной потока магнитной индукции по времени:

е = -Ф" = -BS (cos ωt)" = BSω sin ωt = m sin ωt

где
m = BSω - амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость ω вращения рамки определит частоту со колебаний значений ЭДС, напряжения на различных участках цепи и силы тока

Пусть вынужденные электрические колебания, происходят в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по закону синуса или косинуса:

u = U m sin ωt

u = U m cos ωt

где
U m - амплитуда напряжения, т. е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω , то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой.
Но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения.
Поэтому в общем случае мгновенное значение силы тока в любой момент времени определяется по формуле

i = I m sin (ωt + φ с) .

где
I m - амплитуда силы тока, т. е. максимальное по модулю значение силы тока, а φ с - разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Слайд 1

ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»

Слайд 2

Сегодня на уроке:

Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока. Действующие значения напряжения и силы тока. Мощность в цепи переменного тока.

Слайд 3

Как наша прожила б планета, Как люди жили бы на ней Без теплоты, магнита, света И электрических лучей? Адам Мицкевич

Слайд 4

Картофелечистка

Протирочная машина

Электромясорубка

Тестомесильная машина

Хлеборезка

Слайд 5

Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным.

Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.

Слайд 7

Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением:

Получение переменной эдс

Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:

Слайд 8

Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции

При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса).

максимальное значение или амплитуда ЭДС.

Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в N раз. Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:

Слайд 9

Общие соотношения между напряжением и силой тока

Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения.

В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить:

φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения Im – амплитуда тока, А.

Слайд 10

Резистор в цепи переменного тока

Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи:

Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями

Слайд 11

Поскольку мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения, то его можно рассчитать по закону Ома для участка цепи:

В цепи с активным сопротивлением сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

Слайд 12

Действующие значения напряжения и силы тока

Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении. Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока.

ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

Действующее значение напряжения:

Слайд 13

Мощность в цепи переменного тока

Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения:

Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:

Слайд 14

На этом уроке вы узнали, что: переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания, в которых сила тока в цепи изменяется со временем по гармоническому закону; получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции; на активном сопротивлении разность фаз колебаний силы тока и напряжения равна нулю; действующие значения переменного тока и напряжения равны значениям постоянного тока и напряжения, при которых в цепи с тем же активным сопротивлением выделялась бы та же энергия; мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения.

Понятие о переменном токе - Основы электроники

До сих пор мы рассматривали электрический ток, направ­ление и сила которого оставались постоянными, т. е. не изме­нялись с течением времени. Такой ток мы называли постоян­ным. При постоянном токе электроны движутся по проводнику все время в одном и том же направлении (если не считать хаотического теплового движения электронов), причем количе­ство движущихся электронов и скорость, их движения все время остаются постоянными.

Условное графическое изображение постоянного тока при­ведено на рисунке 1.

Рисунок 1. График переменного тока.

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он периодически изменяет свое направление, т. е. течет по про­воднику то в одну, то в другую сторону.

Переменный ток можно получить при помощи очень про­стой схемы, изображенной на рисунке 2а. При каждом передви­жении переключателя изменяется лишь направление тока в цепи, сила же тока при этом остается все время неизменной.

Рисунок 2. Простейший способ получения переменного тока а) и его график б).

Графическое изображение переменного тока, полученного таким способом, приведено на рисунке 2б, где ток, протекающий по проводнику в одном направлении, отложен над горизонтальной осью времени, а ток обратного направления — под осью времени.

Рассмотрим другой, белее распространенный случай пере­менного тока, когда изменяется не только направление тока, но и его сила.

Представим себе проводник, согнутый в виде рамки и вра­щающийся в равномерном магнитном поле (рисунок 3).

Рисунок 3. Рамка вращающаяся в равномерном магнитном поле.

При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индук­ции. В этом случае форма ЭДС индукции возникающей в рамке, а при подключению нагрузки к ней и форма переменного электрического тока текущего по цепи будет иметь вид показанный на рисунке 4, то есть изменение переменного тока будет осуществляться по закону синиуса.

Рисунок 4. График синусоидального переменного тока.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Пораженный громом!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Да ведь переменный ток и постоянный ток, конечно же! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменного тока (AC), напротив, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свой проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный ток. Переменный ток также имеет некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы узнаете

  • История создания переменного и постоянного тока
  • Различные способы генерации переменного и постоянного тока
  • Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. Д.

Генератор переменного тока

переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.

Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:


(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колеблющееся напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоидальной волны

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

V (t) - это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

V P - это амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

- это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны - подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

t - наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).По мере того, как меняется время, наша форма волны меняется.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза - это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360, которое измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Часто бывает полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение, изменяющееся от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

AC также может приводить в действие электродвигатели. Двигатели и генераторы - это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

постоянного тока можно создать несколькими способами:

  • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
  • Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
  • Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. В действительности батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Практически все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

  • Сотовые телефоны
  • D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
  • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
  • Фонари
  • Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

AC против

постоянного тока Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Освещение и двигатели могут быть подключены между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередач было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания по выявлению мазков Эдисона

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток более опасен, чем постоянный ток. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Возвышение AC

В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и показала первую передачу трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены дисплеем. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса в Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и электроэнергия переменного тока начала снабжать электроэнергией предприятиями Буффало. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 В при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 В при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока в 1880-х годах, которую можно было использовать для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и обслуживания систем Thury, HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) может использоваться специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

В линиях

HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый из них служит определенной цели.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. Напротив, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие учебные пособия, когда будете готовы глубже погрузиться в мир электроники:

и nbsp

Как это работает Jameco Electronics

Меган Тунг

Переменный ток (переменный ток) - это когда электрический заряд периодически меняет направление. Для сравнения, постоянный ток (DC) - это когда электрический заряд течет только в одном направлении. В США направление тока меняется на противоположное с частотой 60 Гц (циклов в секунду).Наиболее распространенная форма волны переменного тока - синусоидальная волна; хотя прямоугольные и треугольные волны - это другие формы сигналов для переменного тока.


Особый тип электрического генератора, называемый генератором переменного тока, предназначен для выработки переменного тока. Генератор работает так: вращающиеся магниты, известные как ротор, и проводник, намотанный катушками на железный сердечник, называемый статором. Когда статор совершает полный оборот, в статоре индуцируется электродвижущая сила в виде тока, создавая переменное напряжение.Электропитание переменного тока используется для подачи питания в дома, офисные здания и т. Д. Электропитание переменного тока также может использоваться для питания электродвигателей, таких как посудомоечные машины и холодильники.
Производство и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. Энергетические компании посылают очень высокое напряжение, чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов. Несколько трансформаторов используются для безопасной передачи нужного количества электроэнергии переменного тока от электростанций в дома.

Во-первых, электричество вырабатывается огромными генераторами с помощью ветра, угля, природного газа или воды. Затем переменный ток проходит через трансформаторы, чтобы увеличить напряжение, чтобы энергия передавалась на большие расстояния. Электрический заряд проходит по высоковольтным линиям электропередачи. Затем он достигает подстанции, где напряжение понижается, чтобы его можно было отправить по линиям электропередачи меньшего размера. Заряд проходит по распределительным линиям в район, где трансформаторы меньшего размера снова снижают напряжение, чтобы сделать электроэнергию безопасной для использования в домах.Затем мощность подключается к дому, где она проходит через счетчик, который измеряет, сколько энергии использует дом. Ток проходит через сервисную панель, где автоматические выключатели / предохранители защищают провода от перегрузки. Затем электричество проходит по проводам к розеткам и переключается в доме.


Для некоторых устройств потребуется адаптер переменного тока, который будет использовать другой трансформатор для преобразования электрических токов, получаемых от электрической розетки, в более низкий переменный ток, который может использовать электронное устройство.Количество трансформаторов, через которые должен пройти ток, зависит от максимальной силы тока, которую может выдержать электронное устройство.

Вам также может быть интересно прочитать: Как работает трансформатор


Меган Тунг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото предоставлено: Солнечные школы

Зависимость переменного тока от постоянного

Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) - это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) - это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока.Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая удовлетворяет многие наши потребности. На рисунке 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рис. 1. (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления.Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Рис. 2. Разность потенциалов V между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V дается как [латекс] V = {V} _ {0} \ sin \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex].

На рисунке 2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между выводами колеблется, как показано на рисунке: напряжение переменного тока соответствует

.

[латекс] V = {V} _ {0} \ sin \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex],

, где В, - напряжение в момент времени, t , В, 0 - пиковое напряжение, а f - частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления I = V / R , поэтому переменный ток равен

.

[латекс] I = {I} _ {0} \ sin 2 \ pi {ft} \\ [/ latex],

, где I - ток в момент времени t , а I 0 = V 0 / R - пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на Рисунке 1 (b).

Ток в резисторе меняется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку I = V / R . { 2} \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex], как показано на рисунке 3.

Установление подключений: домашний эксперимент — светильники переменного / постоянного тока

Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами своей машины? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рис. 3. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до I 0 В 0 .Средняя мощность (1/2) I 0 V 0 .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания - например, у лампочки 60 Вт в настольной лампе средняя потребляемая мощность 60 Вт. Как показано на рисунке 3, средняя мощность P средн. составляет

.

[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \\ [/ latex].

Это очевидно из графика, поскольку области выше и ниже линии (1/2) I 0 V 0 равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем средний или среднеквадратичный ток I среднеквадратичное значение и среднее значение или среднеквадратичное напряжение В среднеквадратичное значение , соответственно, равное

.

[латекс] {I} _ {\ text {rms}} = \ frac {{I} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex]

и

[латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex].

, где среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее (или среднее) значение и извлекается квадратный корень.Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас,

P среднеквадратичное = I среднеквадратичное значение V среднеквадратичное значение ,

, что дает

[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {{I} _ {0}} {\ sqrt {2}} \ cdot \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \\ [/ latex],

, как указано выше. Стандартная практика указывает I среднеквадратичное значение , В среднеквадратичное значение и P среднее значение , а не пиковые значения.Например, напряжение в большинстве домашних хозяйств составляет 120 В переменного тока, что означает, что В среднеквадратичное значение составляет 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет устойчивый I среднеквадратичное значение , превышающее 10 А. Ваш 1,0-кВт микроволновая печь потребляет P, , среднее значение = 1,0 кВт и т. д. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи. Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения.{2} R \\ [/ латекс].

Пример 1. Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока? (b) Какова пиковая потребляемая мощность лампочки переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что В среднеквадратичное значение составляет 120 В и P средн. составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать [латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex], чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения [латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex] для пикового напряжения В 0 и замена известного значения на V rms дает

[латекс] {V} _ {0} = \ sqrt {2} {V} _ {\ text {rms}} = 1,414 (120 \ text {V}) = 170 \ text {V} \\ [/ latex ]

Обсуждение для (а)

Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду.Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

[латекс] {P} _ {0} = {I} _ {0} {V} _ {0} = \ text {2} \ left (\ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \ right) = \ text {2} {P} _ {\ text {ave}} \\ [/ latex].

Мы знаем, что средняя мощность составляет 60,0 Вт, поэтому

P 0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт.

Обсуждение

Таким образом, мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Разница между (альтернативный и постоянный ток): 13 шагов

Всем известно, что электричество в основном постоянное, но как насчет другого типа электричества? Вы знаете Ас? Что означает AC? Можно ли тогда использовать DC? В этом исследовании мы узнаем разницу между типами электричества, источниками, применением и историей войны между ними, и мы постараемся положить конец этой войне, так что давайте начнем.

Историческая война (AC лучше, ни один DC не идеален)
Добро пожаловать в 1880-е.Между постоянным током (DC) и переменным током (AC) идет массовая война. Эта Война Токов, как и любой другой конфликт в истории человечества, имеет ряд конкурирующих идей о том, как наилучшим образом доставить электричество в мир. И, конечно же, на этом можно заработать кучу денег. Так что будет Томас Эдисон и его батальон DC, или Джордж Вестингауз и его AC Armada одержат победу? Это была битва за будущее человечества, в которой было много нечестей. Посмотрим, как все прошло.Несмотря на то, что постоянный ток прекрасно используется в таких вещах, как смартфоны, телевизоры, фонарики и даже электромобили, у постоянного тока есть три серьезных ограничения:

1) Высокое напряжение. I Если вам нужно высокое напряжение, например, для питания холодильника или посудомоечной машины, то постоянный ток не подходит.
2) Междугородние . DC также не может путешествовать на большие расстояния, не разрядившись.

3) Еще электростанции. Из-за небольшого расстояния, которое может путешествовать DC, вам нужно установить намного больше электростанций по всей стране, чтобы получить его в домах людей.Это немного затрудняет жизнь людей, живущих в сельской местности.

Эти ограничения были огромной проблемой для Эдисона, поскольку Война Токов продолжала разворачиваться. Как он собирался снабжать энергией весь город, а тем более страну, когда напряжение постоянного тока едва ли могло проехать милю без разбрызгивания? Решение Эдисона заключалось в том, чтобы установить электростанцию ​​постоянного тока в каждом районе города и даже в окрестностях. И имея 121 электростанцию ​​Эдисона, разбросанную по Соединенным Штатам, Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы.

Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду - 60 в США - и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью опасного, даже зашедшего слишком далеко трансформатора [1]. Эдисон, не желая терять силу роялти, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока. Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток - это гораздо больше, чем публично казнить бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения. [2]

Электричество переменного тока, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

, автор: Рон Куртус (от 13 февраля 2016 г.)

Электроэнергия переменного тока (AC) - это тип электричества, обычно используемый в домах и на предприятиях по всему миру.

В то время как электричество постоянного тока (DC) течет в одном направлении по проводу, электричество переменного тока меняет свое направление в возвратно-поступательном движении. Направление меняется от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от электросистемы страны.

Электроэнергия переменного тока создается генератором переменного тока, который определяет частоту.

Особенностью электричества переменного тока является то, что напряжение можно легко изменить, что делает его более подходящим для передачи на большие расстояния, чем электричество постоянного тока.Но также переменный ток может использовать конденсаторы и катушки индуктивности в электронных схемах, что позволяет использовать их в широком диапазоне.

Примечание : Обычно мы говорим AC , электричество , а не просто AC, так как это также сокращение для кондиционирования воздуха. Чтобы избежать недоразумений, нужно быть точным в науке.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • В чем разница между электричеством переменного и постоянного тока?
  • Почему мы используем переменный ток вместо постоянного тока?
  • Каковы преимущества электроэнергии переменного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



Разница между электричеством постоянного и переменного тока

Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд. Поскольку противоположные заряды притягиваются, они будут двигаться к области, состоящей из положительных (+) зарядов. Это движение облегчается в электрическом проводнике, таком как металлический провод.

Электроны движутся прямо с электричеством постоянного тока

При использовании электричества постоянного тока подключение провода от отрицательной (-) клеммы батареи к положительной (+) клемме заставит отрицательно заряженные электроны устремиться через провод к положительно заряженной стороне.То же самое происходит с генератором постоянного тока, где движение спирального провода через магнитное поле выталкивает электроны из одного вывода и притягивает электроны к другому выводу.

Переменные направления электронов в переменном токе

С генератором переменного тока немного другая конфигурация чередует двухтактное и двухтактное соединение каждой клеммы генератора. Таким образом, электричество в проводе ненадолго движется в одном направлении, а затем меняет свое направление на противоположное, когда якорь генератора находится в другом положении.

Эта иллюстрация дает представление о том, как электроны движутся по проводу в электричестве переменного тока. Конечно, оба конца провода идут к генератору переменного тока или источнику питания.

Извините, для использования этой Flash-анимации у вас должен быть активирован JavaScript.

Переменный ток движения электронов в проводе

Заряд на концах провода чередуется с отрицательного (-) и положительного (+). Если заряд отрицательный (-), это отталкивает отрицательно заряженные электроны от этого вывода.Если заряд положительный (+), электроны притягиваются в этом направлении.

Скорость изменения

Электроэнергия переменного тока попеременно меняет направление 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы страны. Это называется частотой и обозначается как 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).

(Дополнительную информацию см. В разделе «Напряжения и частоты переменного тока во всем мире».)

Лампочки

Многие электрические устройства, такие как лампочки, требуют только движения электронов.Их не волнует, текут ли электроны по проводу или просто движутся туда-сюда. Таким образом, лампочка может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

Переменный ток периодический

Регулярное возвратно-поступательное движение электронов в проводе при питании от электричества переменного тока представляет собой периодическое движение, подобное движению маятника.

(Для получения дополнительной информации см. Периодическое движение и Маятник.)

Из-за этого периодического движения электронов напряжение и ток имеют синусоидальную форму, чередующуюся между положительным (+) и отрицательным (-), при измерении с помощью вольтметра или мультиметра.

Форма волны изменяется от положительной до отрицательной во времени

Скорость прохождения пиков напряжения или тока через заданную точку - это частота переменного тока.

Преимущества переменного тока

Есть явные преимущества переменного тока перед электричеством постоянного тока. Способность легко преобразовывать напряжения - основная причина, по которой мы используем в наших домах переменный ток вместо постоянного.

Напряжения преобразования

Основное преимущество переменного тока перед электричеством постоянного тока состоит в том, что напряжения переменного тока могут быть легко преобразованы в более высокие или более низкие уровни напряжения, в то время как это трудно сделать с напряжениями постоянного тока.

Поскольку высокие напряжения более эффективны для передачи электричества на большие расстояния, электричество переменного тока имеет преимущество перед постоянным током. Это связано с тем, что высокое напряжение от электростанции можно легко снизить до более безопасного напряжения для использования в доме.

Изменение напряжений осуществляется с помощью трансформатора . Это устройство использует свойства электромагнитов переменного тока для изменения напряжений.

(Дополнительную информацию см. В разделе «Трансформаторы переменного тока».)

Цепи настройки

Электроэнергия переменного тока

также позволяет использовать конденсатор и катушку индуктивности в электрической или электронной схеме.Эти устройства могут влиять на то, как переменный ток проходит через цепь. Они эффективны только с электричеством переменного тока.

Комбинация конденсатора, катушки индуктивности и резистора используется в качестве тюнера в радиоприемниках и телевизорах. Без этих устройств настройка на разные станции была бы очень сложной.

Сводка

Обычно мы используем электричество переменного тока для питания наших телевизоров, светильников и компьютеров. В электричестве переменного тока ток меняется по направлению. Было доказано, что электричество переменного тока лучше для снабжения электроэнергией, чем постоянный ток, в первую очередь потому, что напряжения можно преобразовывать.AC также позволяет использовать другие устройства, открывая широкий спектр приложений.


Электрифицировать общество, применяя свои научные знания


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Элементы переменного тока - Учебный сайт по основам электроники

Переменный ток - Обзор AC

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги по основам электричества с самым высоким рейтингом

Книги по электричеству переменного тока с самым высоким рейтингом

SciLinks

Этот урок выбран программой SciLinks, службой Национальной ассоциации преподавателей естественных наук.


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/ac.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Электричество переменного тока

Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока

Это # GridWeek по вопросам энергетики.губ. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток - ток, который непрерывно течет в одном направлении, например, в батарее или топливном элементе.В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду - 60 в США - и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока.Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка - также известная как Всемирная колумбийская выставка - проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести в действие не только Буффало, но и весь восток Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 года Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно от переменного тока, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают от постоянного тока. Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Получается, что Война течений еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И ничего из этого было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание: этот пост был первоначально опубликован как часть нашей серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

20,5: Переменный ток против постоянного

Переменный ток

Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) - это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) - это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока.Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая удовлетворяет многие наши потребности. На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления.Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между выводами колеблется, как показано на рисунке: напряжение переменного тока определяется как \ [V = V_ {0} sin 2 \ pi ft, \ label {20.6.1} \], где \ (V \) - напряжение на время \ (t \), \ (V_ {0} \), \ (V_ {0} \) - пиковое напряжение, а \ (f \) - частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления \ (I = V / R \), поэтому переменного тока равно

.

\ [I = I_ {0} sin 2 \ pi ft, \ label {20.6.2} \]

, где \ (I \) - ток в момент времени \ (t \), а \ (I_ {0} = V_ {0} / R \) - пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1b} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): разность потенциалов \ (V \) между выводами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для \ (V \) дается \ (V = V_ {0} sin 2 \ pi ft \).

Ток в резисторе чередуется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку \ (I = V / R \).Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помашите рукой вперед и назад между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. {2} 2 \ pi ft \), как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до \ (I_ {0} V_ {0} \). Средняя мощность равна \ (\ left (1/2 \ right) I_ {0} V_ {0} \).

Установление соединений: домашний эксперимент - светильники переменного / постоянного тока

Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами своей машины? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет.

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания - например, у лампочки 60 Вт в настольной лампе средняя потребляемая мощность 60 Вт. Как показано на Рисунке 3, средняя мощность \ (P_ {ave} \) равна \ [P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0}. \ label {20.6.3} \] Это видно из графика, поскольку области выше и ниже линии \ (\ left (1/2 \ right) I_ {0} V_ {0} \) равны, но также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или действующий ток \ (I_ {rms} \), а среднее значение или действующее напряжение \ (V_ {rms} \), соответственно, равным

\ [I_ {rms} = \ frac {I_ {0}} {\ sqrt {2}} \ label {20.6.4} \]

и

\ [V_ {rms} = \ frac {V_ {0}} {\ sqrt {2}}. \ Label {20.6.5} \]

, где среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее (или среднее) значение и извлекается квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь \ [P_ {ave} = I_ {rms} V_ {rms}, \ label {20.6.6} \], что дает

\ [P_ {ave} = \ frac {I_ {0}} {\ sqrt {2}} \ cdot \ frac {V_ {0}} {\ sqrt {2}} = \ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0}, \ label {20.6.7} \]

, как указано выше. Стандартная практика - указывать \ (I_ {rms} \), \ (V_ {rms} \) и \ (P_ {ave} \), а не пиковые значения. Например, большая часть бытовой электроэнергии составляет 120 В переменного тока, что означает, что \ (V_ {среднеквадратичное значение} \) равно 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прерывает постоянный \ (I_ {среднеквадратичное значение} \) более 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет \ (P_ {ave} = 1,0 кВт \) и так далее. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения.{2} _ {rms} R. \ label {20.6.11} \]

Пример \ (\ PageIndex {1} \): пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока?

Стратегия

Нам говорят, что \ (V_ {rms} \) составляет 120 В, а \ (P_ {ave} \) - 60,0 Вт. Мы можем использовать \ (V_ {rms} = \ frac {V_ {0}} {\ sqrt { 2}} \), чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение
Решение уравнения \ (V_ {rms} = \ frac {V_ {0}} {\ sqrt {2}} \) для пикового напряжения \ (V_ {0} \) и замена известного значения на \ (V_ {rms} \) дает \ [V_ {0} = \ sqrt {2} V_ {rms} = 1.414 \ влево (120 В \ вправо) = 170 В. \]

Обсуждение

Это означает, что напряжение переменного тока меняется от 170 В до \ (- 170 В \) и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

(b) Какова пиковая потребляемая мощность лампочки переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Решение

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом, \ [P_ {0} = I_ {0} V_ {0} = 2 \ left (\ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0} \ right) = 2P_ {ave}. \] Мы знаю, что средняя мощность 60.0 Вт, и поэтому \ [P_ {0} = 2 \ left (60,0 Вт \ справа) = 120 Вт. \]

Обсуждение

Таким образом, мощность меняется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Большинство крупных систем распределения электроэнергии - это переменный ток. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоком напряжении, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве частей мира), которые мы используем дома и на работе. Благодаря эффекту масштаба строительство нескольких очень крупных электростанций обходится дешевле, чем строительство множества небольших.Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно минимизировать потери энергии в пути. Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. Рис. 4.) В целях безопасности напряжение у пользователя снижено до знакомых значений. Решающим фактором является то, что намного легче увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении, чтобы уменьшить потери мощности в линиях передачи.Напряжение, генерируемое на электростанции, повышается пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В момент использования трансформаторы снижают напряжение

Пример \ (\ PageIndex {2} \): потери мощности меньше для высоковольтной передачи

(a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при 200 кВ?

Стратегия

Нам дано \ (P_ {ave} = 100 MW \), \ (V_ {rms} = 200 kV \), а сопротивление линий равно \ (R = 1.{2} \ left (1.00 \ Omega \ right) = 250 кВт. \]

(c) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Решение

Процент потерь - это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100: \ [% loss = \ frac {250 кВт} {100 МВт} \ times 100 = 0,250%. \]

Обсуждение

Четверть процента - приемлемая потеря. Обратите внимание, что если бы мощность 100 МВт была передана при 25 кВ, то потребовался бы ток 4000 А.Это приведет к потере мощности в линиях на 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого потребуются более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было бы экономично производить, в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в следующей главе, в сверхпроводниках тоже есть предел.Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи энергии, а напряжение переменного тока намного легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Таким образом, опасность определяется не только напряжением. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока.Томас Эдисон считал, что электрические разряды более опасны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные бои, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Тесла, которые выступали за использование переменного тока в ранних системах распределения энергии. Преобладал переменный ток в значительной степени благодаря трансформаторам и более низким потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *