Jednosmerný elektrický prúd je pohyb častíc s nábojom v určitom smere. To znamená, že jeho napätie alebo sila (charakteristické veličiny) majú rovnakú hodnotu a smer. Takto sa jednosmerný prúd líši od striedavého prúdu. Ale zvážme všetko v poriadku.
História vzhľadu a „vojny prúdov“
Jednosmerný prúd sa kedysi nazýval galvanický prúd, pretože bol objavený ako výsledok galvanickej reakcie. Skúšal som to prenášať cez elektrické prenosové vedenia. V tom čase medzi vedcami existovali vážne spory o tejto otázke. Dostali dokonca názov „vojna prúdov“. Rozhodovala sa otázka voľby ako hlavnej, variabilnej alebo trvalej. „Boj“ vyhral premenlivý druh, pretože ten konštantný spôsobuje značné straty prenášané na diaľku. Ale transformácia striedavého prúdu nie je ťažká, čím sa jednosmerný prúd líši od striedavého prúdu. Preto sa dá ľahko prenášať aj na veľké vzdialenosti.
Zdroje jednosmerného elektrického prúdu
Zdrojmi môžu byť batérie alebo iné zariadenia, kde k nemu dochádza chemickou reakciou.
Sú to generátory, kde sa získava ako výsledok a potom sa rektifikuje kolektorom.
Aplikácia
V rôznych zariadeniach sa jednosmerný prúd používa pomerne často. Pracuje s ním napríklad veľa domácich spotrebičov, nabíjačiek a autogenerátorov. Akékoľvek prenosné zariadenie je napájané zo zdroja, ktorý produkuje konštantný výkon.
V priemyselnom meradle sa používa v motoroch a batériách. A v niektorých krajinách sú vybavené vysokonapäťovými elektrickými vedeniami.
V medicíne sa liečebné postupy vykonávajú pomocou jednosmerného elektrického prúdu.
Na železnici (pre dopravu) sa používajú variabilné aj konštantné typy.
Striedavý prúd
Najčastejšie sa však používa práve toto. Tu sa priemerná hodnota sily a napätia za určité obdobie rovná nule. Neustále mení veľkosť a smer a v pravidelných intervaloch.
Na generovanie striedavého prúdu sa používajú generátory, v ktorých dochádza k elektromagnetickej indukcii. Toto sa vykonáva pomocou magnetu rotovaného vo valci (rotora) a statora vyrobeného vo forme stacionárneho jadra s vinutím.
Striedavý prúd sa používa v rádiu, televízii, telefónii a mnohých ďalších systémoch, pretože jeho napätie a výkon je možné premeniť takmer bez straty energie.
Je široko používaný v priemysle, ako aj na osvetľovacie účely.
Môže byť jednofázový alebo viacfázový.
Ktorý sa mení podľa sínusového zákona, je jednofázový. Mení sa v určitom časovom období (období) vo veľkosti a smere. Frekvencia striedavého prúdu je počet cyklov za sekundu.
V druhom prípade je najrozšírenejšia trojfázová verzia. Ide o systém troch elektrických obvodov, ktoré majú rovnakú frekvenciu a emf, fázovo posunuté o 120 stupňov. Používa sa na napájanie elektrických motorov, pecí a svietidiel.
Veľkému vedcovi Nikolovi Teslovi vďačí ľudstvo za mnohé pokroky v oblasti elektriny a ich praktického využitia, ako aj vplyvu na vysokofrekvenčný striedavý prúd. Doteraz nie sú známe všetky jeho diela ponechané potomkom.
Ako sa jednosmerný prúd líši od striedavého a aká je jeho cesta od zdroja k spotrebiteľovi?
Premenná je teda prúd, ktorý sa môže v priebehu určitého času meniť v smere a veľkosti. Parametre, ktorým sa venuje pozornosť, sú frekvencia a napätie. V Rusku elektrické siete pre domácnosť dodávajú striedavý prúd s napätím 220 V a frekvenciou 50 Hz. Frekvencia striedavého prúdu je počet zmien smeru častíc určitého náboja za sekundu. Ukazuje sa, že pri 50 Hz mení svoj smer päťdesiatkrát, v čom sa jednosmerný prúd líši od striedavého prúdu.
Jeho zdrojom sú zásuvky, do ktorých sú pripojené domáce spotrebiče pod rôznym napätím.
Striedavý prúd začína svoj pohyb z elektrární, kde sú výkonné generátory, odkiaľ vychádza s napätím 220 až 330 kV. Potom ide na ktoré sa nachádzajú v blízkosti domov, podnikov a iných stavieb.
Prúd vstupujúci do rozvodne je 10 kV. Tam sa premieňa na trojfázové napätie 380 V. Niekedy s týmto indikátorom prúd prechádza priamo do zariadení (kde je organizovaná výkonná výroba). Ale v podstate je vo všetkých domoch znížené na obvyklých 220 V.
Konverzia
Je jasné, že v zásuvkách dostávame striedavý prúd. Ale často elektrické spotrebiče vyžadujú trvalý vzhľad. Na tento účel sa používajú špeciálne usmerňovače. Proces pozostáva z nasledujúcich krokov:
- spojenie mostíka so štyrmi diódami s požadovaným výkonom;
- pripojenie filtra alebo kondenzátora k výstupu mostíka;
- pripojenie stabilizátorov napätia na zníženie zvlnenia.
Premena môže nastať buď zo striedavého prúdu na jednosmerný prúd alebo naopak. Ale druhý prípad bude oveľa ťažšie implementovať. Budete potrebovať meniče, ktoré okrem iného nie sú lacné.
Vedci už dávno vynašli elektrický prúd. Prvý vynález bol trvalý. Ale neskôr, keď vykonával experimenty vo svojom laboratóriu, Nikola Tesla vynašiel striedavý prúd. Bolo a je medzi nimi veľa rozdielov, podľa ktorých sa jeden z nich používa v slaboprúdových zariadeniach a druhý má schopnosť prekonávať rôzne vzdialenosti s malými stratami. Ale veľa závisí od veľkosti prúdov.
AC a DC prúd: rozdiel a vlastnosti
Rozdiel medzi striedavým a jednosmerným prúdom možno pochopiť na základe definícií. Aby ste lepšie pochopili princíp fungovania a funkcie, musíte poznať nasledujúce faktory.
Hlavné rozdiely:
- Pohyb nabitých častíc;
- Spôsob výroby.
Premenlivý prúd je prúd, v ktorom sú nabité častice schopné meniť smer pohybu a veľkosť v určitom čase. Medzi hlavné parametre striedavého prúdu patrí jeho napätie a frekvencia.
V súčasnosti verejné elektrické siete a rôzne zariadenia využívajú striedavý prúd s určitým napätím a frekvenciou. Tieto parametre sú určené zariadením a prístrojmi.
Poznámka! V domácich elektrických sieťach sa používa prúd 220 voltov a hodinová frekvencia 50 Hz.
Smer pohybu a frekvencia nabitých častíc v jednosmernom prúde sa nemení. Tento prúd sa používa na napájanie rôznych domácich zariadení, ako sú televízory a počítače.
Vzhľadom na to, že striedavý prúd je pri spôsobe výroby a prenose na rôzne vzdialenosti jednoduchší a hospodárnejší, stal sa základom pre elektrifikáciu objektov. Striedavý prúd sa vyrába v rôznych elektrárňach, z ktorých sa prostredníctvom vodičov dodáva spotrebiteľovi.
Jednosmerný prúd sa získava premenou striedavého prúdu alebo chemickými reakciami (napríklad alkalická batéria). Na konverziu sa používajú prúdové transformátory.
Aká úroveň napätia je pre človeka prijateľná: vlastnosti
Aby sme vedeli, aké hodnoty elektrického prúdu sú pre osobu prípustné, boli zostavené príslušné tabuľky, ktoré uvádzajú hodnoty striedavého a jednosmerného prúdu a čas.
Parametre vystavenia elektrickému prúdu:
- Sila;
- frekvencia;
- čas;
- Relatívna vlhkosť.
Prípustné dotykové napätie a prúd, ktorý preteká ľudským telom v rôznych režimoch elektrických inštalácií, neprekračuje nasledujúce hodnoty.
Striedavý prúd 50 Hz by nemal byť väčší ako 2,0 V a prúd 0,3 mA. Prúd s frekvenciou 400 Hz s napätím 3,0 V a intenzitou prúdu 0,4 mA. Jednosmerný prúd s napätím 8 a prúdom 1 mA. Bezpečné vystavenie prúdu takýmto indikátorom je až 10 minút.
Poznámka! Ak sa elektroinštalačné práce vykonávajú pri zvýšených teplotách a vysokej relatívnej vlhkosti, tieto hodnoty sa znížia trojnásobne.
V elektrických inštaláciách s napätím do 100 voltov, ktoré sú pevne uzemnené alebo nulový vodič je izolovaný, sú bezpečné dotykové prúdy nasledovné.
50 Hz striedavý prúd s rozsahom napätia od 550 do 20 voltov a intenzitou prúdu od 650 do 6 mA, 400 Hz striedavý prúd s napätím od 650 do 36 voltov a jednosmerný prúd od 650 do 40 voltov, by nemali mať vplyv na človeka tela v rozsahu 0,01 až 1 sekundy.
Pre človeka nebezpečný striedavý prúd
Predpokladá sa, že striedavý elektrický prúd je pre ľudský život najnebezpečnejší. Ale to je podmienka, ak nejdete do detailov. Veľa závisí od rôznych veličín a faktorov.
Faktory ovplyvňujúce nebezpečnú expozíciu:
- Trvanie kontaktu;
- Dráha elektrického prúdu;
- Prúd a napätie;
- Aký je odpor tela?
Podľa pravidiel PUE je pre ľudí najnebezpečnejším prúdom striedavý prúd s frekvenciou, ktorá sa pohybuje od 50 do 500 Hz.
Stojí za zmienku, že za predpokladu, že prúd nepresiahne 9 mA, potom sa ktokoľvek môže oslobodiť od živej časti elektrickej inštalácie.
Ak je táto hodnota prekročená, potom, aby sa človek oslobodil od účinkov elektrického prúdu, potrebuje silnú pomoc. Je to spôsobené tým, že striedavý prúd je oveľa schopnejší stimulovať nervové zakončenia a spôsobiť mimovoľné svalové kŕče.
Keď sa napríklad vnútornou stranou dlane dotknete živej časti zariadenia, svalový kŕč spôsobí, že päsť sa časom silnejšie zovrie.
Prečo je striedavý prúd nebezpečnejší? Pri rovnakých hodnotách prúdu pôsobí na organizmus striedavý prúd niekoľkonásobne silnejšie.
Keďže striedavý prúd ovplyvňuje nervové zakončenia a svaly, stojí za to pochopiť, že to ovplyvňuje aj fungovanie srdcového svalu. Z čoho vyplýva, že pri kontakte so striedavým prúdom sa zvyšuje riziko úmrtia.
Dôležitým ukazovateľom je odolnosť ľudského tela. Ale pri zasiahnutí striedavým prúdom s vysokými frekvenciami sa odpor tela výrazne zníži.
Aká veľkosť je jednosmerný prúd nebezpečný pre človeka?
Jednosmerný prúd môže byť nebezpečný aj pre ľudí. Samozrejme, variabilné, desaťkrát nebezpečnejšie. Ale ak vezmeme do úvahy prúdy v rôznych množstvách, potom konštanta môže byť oveľa nebezpečnejšia ako striedavá.
Účinky jednosmerného prúdu na človeka sa delia na:
- 1 prah;
- 2 prah;
- 3 prah.
Pri vystavení jednosmernému prúdu na prahu peria (prúd je badateľný) sa vám začnú trochu triasť ruky a objaví sa jemné brnenie.
Druhá prahová hodnota (neuvoľňujúci prúd) v rozsahu od 5 do 7 mA je najnižšia hodnota, pri ktorej sa človek nemôže sám oslobodiť z vodiča.
Tento prúd sa nepovažuje za nebezpečný, pretože odpor ľudského tela je vyšší ako jeho hodnota.
Tretí prah (fibrilácia), s hodnotami 100 mA a viac, má prúd silný vplyv na telo a vnútorné orgány. V tomto prípade môže prúd pri týchto hodnotách spôsobiť chaotickú kontrakciu srdcového svalu a viesť k jeho zastaveniu.
Silu nárazu ovplyvňujú aj ďalšie faktory. Napríklad suchá ľudská pokožka má odpor 10 až 100 kOhm. Ale ak dôjde ku kontaktu s mokrým povrchom pokožky, potom sa odpor výrazne zníži.
Teraz je nemožné si predstaviť ľudskú civilizáciu bez elektriny. Televízory, počítače, chladničky, fény, práčky – fungujú na ňom všetky domáce spotrebiče. Nehovoriac o priemysle a veľkých korporáciách. Hlavným zdrojom energie pre elektrické prijímače je striedavý prúd. a čo to je? Aké sú jeho parametre a vlastnosti? Aký je rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom? Odpovede na tieto otázky pozná málokto.
Variabilná vs konštantná
Koncom devätnásteho storočia sa vďaka objavom v oblasti elektromagnetizmu rozprúdila diskusia o tom, aký prúd je najlepšie použiť na uspokojenie ľudských potrieb. Ako sa to všetko začalo? Thomas Edison založil svoju spoločnosť v roku 1878, z ktorej sa neskôr stala slávna General Electric. Spoločnosť rýchlo zbohatla a získala si dôveru investorov aj bežných občanov Spojených štátov amerických, keďže po celej krajine bolo vybudovaných niekoľko stoviek elektrární na jednosmerný prúd. Edisonova zásluha spočíva vo vynáleze trojvodičového systému. Jednosmerný prúd fungoval skvele s prvými elektromotormi a klasickými žiarovkami. Boli to vlastne jediné prijímače energie v tej dobe. Merač, ktorý tiež vynašiel Edison, fungoval výlučne na jednosmerný prúd. Proti Edisonovej rozvíjajúcej sa spoločnosti však stáli konkurenčné korporácie a vynálezcovia, ktorí chceli postaviť jednosmerný prúd proti striedavému.
Nevýhody Edisonovho vynálezu
George Westinghouse, inžinier a obchodník, si všimol slabý článok Edisonovho patentu – obrovské straty na vodičoch. Nepodarilo sa mu však vyvinúť dizajn, ktorý by tomuto vynálezu mohol konkurovať. Aká je nevýhoda Edisonovho jednosmerného prúdu? Hlavným problémom je prenos elektriny na veľké vzdialenosti. A keďže so zvyšujúcim sa odporom sa zvyšuje aj odpor vodičov, znamená to, že sa budú zvyšovať aj výkonové straty. Na zníženie tejto úrovne je potrebné buď zvýšiť napätie, čo povedie k zníženiu sily samotného prúdu, alebo zahustiť drôt (to znamená znížiť odpor vodiča). V tom čase neexistovali spôsoby, ako efektívne zvýšiť jednosmerné napätie, takže Edisonove elektrárne udržiavali napätie blízko dvesto voltov. Žiaľ, takto prenášané toky energie nemohli uspokojiť potreby priemyselných podnikov. Jednosmerný prúd nedokázal zaručiť výrobu elektriny silným spotrebiteľom, ktorí sa nachádzali v značnej vzdialenosti od elektrárne. A bolo príliš drahé zväčšiť hrúbku drôtov alebo postaviť ďalšie stanice.
AC vs DC
Vďaka transformátoru vyvinutému v roku 1876 inžinierom Pavlom Yablochkovom bola zmena napätia striedavého prúdu veľmi jednoduchá, čo umožnilo jeho prenos na stovky a tisíce kilometrov. V tom čase však neexistovali motory, ktoré by fungovali na striedavý prúd. V dôsledku toho neexistovali žiadne výrobné stanice ani prenosové siete.
Vynálezy Nikolu Teslu
Nepochybná výhoda konštanty netrvala dlho. Nikola Tesla, pracujúci ako inžinier v Edisonovej spoločnosti, si uvedomil, že jednosmerný prúd nemôže poskytnúť ľudstvu elektrinu. Už v roku 1887 dostal Tesla niekoľko patentov na zariadenia na striedavý prúd. Začal sa celý boj o efektívnejšie systémy. Hlavnými konkurentmi Tesly boli Thomson a Stanley. A v roku 1888 získal jasné víťazstvo srbský inžinier, ktorý poskytol systém schopný prepravovať elektrickú energiu na vzdialenosti stoviek kilometrov. Westinghouse sa mladého vynálezcu rýchlo ujal. Okamžite však začala konfrontácia medzi spoločnosťami Edison a Westinghouse. Tesla už v roku 1891 vyvinul trojfázový systém striedavého prúdu, ktorý umožnil vyhrať tender na výstavbu obrovskej elektrárne. Odvtedy striedavý prúd jednoznačne zaujal vedúcu pozíciu. Tá trvalá strácala pôdu pod nohami na všetkých frontoch. Najmä keď sa objavili usmerňovače, ktoré dokázali premeniť striedavý prúd na jednosmerný prúd, čo sa stalo pohodlným pre všetky prijímače.
Definícia striedavého prúdu
Príklad jednoduchého generátora
Najjednoduchším zdrojom je obdĺžnikový rám vyrobený z medi, ktorý je namontovaný na osi a otáča sa v magnetickom poli pomocou remeňového pohonu. Konce tohto rámu sú prispájkované medenými zbernými krúžkami, ktoré sa posúvajú po kefách. Magnet vytvára magnetické pole rovnomerne rozložené v priestore. Hustota magnetických siločiar je tu rovnaká v ktorejkoľvek časti. Otočný rám prechádza cez tieto čiary a na jeho stranách sa indukuje striedavá elektromotorická sila (EMF). Pri každej rotácii sa smer celkového EMF obráti, pretože pracovné strany rámu prechádzajú rôznymi pólmi magnetu za otáčku. Pretože sa mení rýchlosť priesečníka siločiar, mení sa aj veľkosť elektromotorickej sily. Preto, ak sa rám rovnomerne otáča, indukovaná elektromotorická sila sa bude periodicky meniť v smere aj vo veľkosti, môže sa merať pomocou externých prístrojov a v dôsledku toho sa môže použiť na vytváranie striedavého prúdu vo vonkajších obvodoch.
Sínusoidalita
Čo to je? Striedavý prúd je graficky charakterizovaný vlnovitou krivkou – sínusoidou. V súlade s tým sa EMF, prúd a napätie, ktoré sa menia podľa tohto zákona, nazývajú sínusové parametre. Krivka je tak pomenovaná, pretože je obrazom goniometrickej premennej – sínusu. Je to sínusový charakter striedavého prúdu, ktorý je najbežnejší v celej elektrotechnike.
Parametre a charakteristiky
Striedavý prúd je jav, ktorý sa vyznačuje určitými parametrami. Patria sem amplitúda, frekvencia a perióda. Posledné (označené písmenom T) je časový úsek, počas ktorého napätie, prúd alebo EMF dokončí cyklus úplnej zmeny. Čím rýchlejšie sa rotor generátora otáča, tým kratšia bude perióda. Frekvencia (f) je počet úplných periód prúdu, napätia alebo emf. Meria sa v Hz (hertzoch) a udáva počet periód za jednu sekundu. V súlade s tým, čím dlhšie obdobie, tým nižšia frekvencia. Amplitúda javu, akým je striedavý prúd, je jeho najväčšia hodnota. Amplitúda napätia, prúdu alebo elektromotorickej sily sa píše písmenami s indexom „t“ - U t I t, E t, resp. Parametre a charakteristiky striedavého prúdu často zahŕňajú efektívnu hodnotu. Napätie, prúd alebo EMF, ktoré pôsobí v obvode v každom časovom okamihu, je okamžitá hodnota (označená malými písmenami - i, u, e). Je však ťažké vyhodnotiť striedavý prúd, ním vykonanú prácu a teplo vytvorené okamžitou hodnotou, pretože sa neustále mení. Preto sa používa prúd, ktorý charakterizuje silu jednosmerného prúdu, ktorý pri prechode vodičom uvoľňuje toľko tepla ako striedavý prúd.
V tomto článku vám povieme, čo je striedavý elektrický prúd a trojfázový striedavý prúd.
Pojem striedavý elektrický prúd je uvedený v učebnici fyziky všeobecnej vzdelávacej inštitúcie - školy. - prúd vo forme harmonického sínusového signálu, ktorého hlavnými charakteristikami sú efektívne napätie a frekvencia, zmeny smeru a veľkosti v čase.
Frekvencia je počet úplných zmien polarity striedavého elektrického prúdu za jednu sekundu. To znamená, že prúd v bežnej domácej zásuvke s frekvenciou 50 Hertzov zmení svoj smer z kladného na záporný a späť presne päťdesiatkrát za sekundu. Jedna úplná zmena smeru (polarity) elektrického prúdu z kladného na záporný a späť na kladný sa nazýva - perióda oscilácie elektrického prúdu. Počas obdobia T striedavý elektrický prúd dvakrát mení svoj smer.
Na vizuálne pozorovanie sínusový striedavý prúd zvyčajne používať. Na zabránenie úrazu elektrickým prúdom a ochranu osciloskopu pred sieťovým napätím na vstupe sa používajú izolačné transformátory. Pri meraní periódy nezáleží na tom, na ktorý ekvivalent (rovnaká amplitúda) ukazuje, na ktorú hodnotu sa má merať. Môžete použiť maximálne kladné alebo záporné vrcholy alebo môžete použiť nulovú hodnotu. Toto je vysvetlené na obrázku.
Z učebnice fyziky vieme, že striedavý elektrický prúd vzniká pomocou elektrického stroja – generátora. Najjednoduchším modelom generátora je magnetický rám rotujúci v magnetickom poli permanentného magnetu.
Predstavme si obdĺžnikový drôtený rám s niekoľkými závitmi, rovnomerne rotujúci v rovnomernom magnetickom poli. Emf vznikajúce v tomto rámci. indukcia sa mení podľa sínusového zákona. Doba oscilácie T striedavý elektrický prúd je jedna celá otáčka magnetického rámu okolo jeho osi.
magnetický rám Jednou z dôležitých charakteristík elektrického prúdu sú dve hodnoty striedavého elektrického prúdu - maximálna hodnota a priemerná hodnota.
Maximálna hodnota napätia elektrického prúdu Umax je hodnota napätia zodpovedajúca maximálnej hodnote sínusoidy.
Priemerná hodnota napätia elektrického prúdu Usr je hodnota napätia rovnajúca sa 0,636 maxima. Matematicky to vyzerá takto:
U av = 2 * U max / π = 0,636 U max
Maximálny sínusový priebeh napätia je možné sledovať na obrazovke osciloskopu. Pochopte, čo to je priemerná hodnota striedavého elektrického napätia Môžete vykonať experiment podľa obrázku a popisu nižšie.
Pomocou osciloskopu pripojte na jeho vstup sínusové napätie. Pomocou gombíka vertikálneho posunu posunu posuniete „nulu“ na najnižší riadok stupnice obrazovky osciloskopu. Roztiahnite a posuňte horizontálne skenovanie tak, aby sa jedna polvlna sínusového napätia zmestila do desiatich (piatich) buniek obrazovky osciloskopu. Pomocou gombíka vertikálneho skenovania (zosilnenia) roztiahnite skenovanie tak, aby sa maximálna amplitúda polvlny zmestila presne na desať (päť) buniek na obrazovke osciloskopu. Určte amplitúdu sínusoidy v desiatich sekciách. Spočítajte všetkých desať hodnôt a vydeľte ich desiatimi - nájdite jeho „priemerné skóre“. V dôsledku toho získate hodnotu napätia približne rovnajúcu sa 6,36 jeho maximálnej hodnoty - 10.
Meracie prístroje– voltmetre, merače, multimetre na meranie striedavého napätia majú vo svojom obvode usmerňovač a vyhladzovací kondenzátor. Tento reťazec „zaokrúhli“ násobiteľ rozdielu medzi maximálnym a nameraným napätím na 0,7. Preto, ak na obrazovke osciloskopu pozorujete napäťovú sínusoidu s amplitúdou 10 voltov, potom voltmeter (tseshka, multimeter) ukáže nie 10, ale asi 7 voltov. Myslíte si, že vaša domáca zásuvka má 220 voltov? Je to pravda, ale nie úplne pravda! 220 voltov je priemerná hodnota napätia domácej zásuvky, spriemerovaná meracím prístrojom - voltmetrom. Maximálne napätie vyplýva zo vzorca:
U max = U meas / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 voltov
Preto, keď vás „šokuje“ prúd z 220-voltovej elektrickej zásuvky, vedzte, že je to vaša ilúzia. V skutočnosti sa trasiete pri asi 315 voltoch.
Trojfázový prúd
Spolu s jednoduchým sínusovým striedavým prúdom, tzv trojfázový striedavý prúd. Okrem toho je trojfázový elektrický prúd hlavným typom energie používanej na celom svete. Trojfázový prúd si získal obľubu vďaka menej nákladnému prenosu energie na veľké vzdialenosti. Ak obyčajný (jednofázový) elektrický prúd vyžaduje dva vodiče, potom trojfázový prúd, ktorý má trikrát viac energie, vyžaduje iba tri vodiče. Fyzický význam sa dozviete neskôr v tomto článku.
Predstavte si, že nie jeden, ale tri rovnaké rámy sa otáčajú okolo spoločnej osi, ktorej roviny sú navzájom otočené o 120 stupňov. Potom v nich vznikajúce sínusové emfs. bude tiež mimo fázu o 120 stupňov (pozri obrázok).
Takéto tri koordinované striedavé prúdy sa nazývajú trojfázový prúd. Zjednodušené usporiadanie vinutia drôtu v generátore trojfázového prúdu je znázornené na obrázku.
Zapojenie vinutí generátora pozdĺž troch nezávislých línií je znázornené na obrázku nižšie.
Toto spojenie so šiestimi vodičmi je dosť ťažkopádne. Keďže pre javy v elektrických obvodoch sú dôležité iba potenciálne rozdiely, jeden vodič môže byť použitý pre dve fázy naraz, bez zníženia zaťažiteľnosti pre každú fázu. Inými slovami, v prípade pripojenia vinutí generátora do „hviezdnej“ konfigurácie pomocou „nuly“ sa energia prenáša z troch zdrojov cez štyri vodiče (pozri obrázok), v ktorých je jeden spoločný - neutrálny vodič.
Tri vodiče môžu prenášať energiu z troch (prakticky nezávislých) zdrojov elektrického prúdu spojených „trojuholníkom“ naraz.
V priemyselných generátoroch a konvertorových transformátoroch sa zvyčajne spája medzifázové napätie 220 voltov pomocou spojenia do trojuholníka. V tomto prípade neexistuje žiadny „neutrálny“ vodič.
"Hviezda" sa používa na prenos sieťového napätia pomocou "nuly". V tomto prípade sa vo fáze použije napätie 220 voltov vzhľadom na „nulu“. Medzifázové napätie je 380 voltov.
Častým javom v časoch „drzo kradnúcej demokracie“ bolo pálenie domáceho zariadenia v bytoch ctihodných občanov, kedy pre slabú elektroinštaláciu vyhorela bežná „nula“, potom podľa toho, koľko domácich spotrebičov sa otočilo. v bytoch horeli televízory a chladničky tej osoby, ktorá ich zahŕňala najmenej. Je to spôsobené fenoménom „fázovej nerovnováhy“, ku ktorému dochádza pri porušení nuly. Namiesto 220 voltov sa do zásuvky ctihodných občanov rútilo medzifázové napätie 380 voltov. Až doteraz v mnohých obecných bytoch a budovách pripomínajúcich bývanie v našich ruských mestách a obciach nebol tento jav úplne odstránený.
Hneď na začiatku si dajme krátku definíciu elektrického prúdu. Elektrický prúd je usporiadaný (riadený) pohyb nabitých častíc. Aktuálne je pohyb elektrónov vo vodiči, Napätie- to je to, čo ich (elektróny) uvádza do pohybu.
Teraz sa pozrime na pojmy ako jednosmerný a striedavý prúd a identifikujme ich zásadné rozdiely.
Rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom
Hlavnou črtou konštantného napätia je to, že je konštantné ako veľkosť, tak aj znamienko. Jednosmerný prúd „tečie“ stále jedným smerom. Napríklad pozdĺž kovových drôtov od kladného pólu zdroja napätia k zápornému pólu (v elektrolytoch je tvorený kladnými a zápornými iónmi). Samotné elektróny sa pohybujú z mínusu do plusu, no ešte pred objavením elektrónu sa zhodli, že budú predpokladať, že prúd tečie z plusu do mínusu a pri výpočtoch stále dodržiavajú toto pravidlo.
Ako sa striedavý prúd (napätie) líši od jednosmerného prúdu? Už zo samotného názvu vyplýva, že sa mení. Ale - ako presne? Striedavý prúd sa v priebehu času mení tak jeho veľkosť, ako aj smer pohybu elektrónov. V našich domácich zásuvkách je to prúd so sínusovými (harmonickými) kmitmi s frekvenciou 50 hertzov (50 kmitov za sekundu).
Ak vezmeme do úvahy uzavretý okruh pomocou príkladu žiarovky, dostaneme nasledovné:
- pri konštantnom prúde budú elektróny prúdiť cez žiarovku vždy jedným smerom od (-) mínus do (+) plus
- pri striedaní sa bude smer pohybu elektrónov meniť v závislosti od frekvencie generátora. t.j. ak v našej sieti je frekvencia striedavého prúdu 50 hertzov (Hz), potom sa smer pohybu elektrónov zmení 100-krát za 1 sekundu. Preto + a - v našej zásuvke menia miesta stokrát za sekundu relatívne k nule. To je dôvod, prečo môžeme zapojiť elektrickú zástrčku do zásuvky obrátene a všetko bude fungovať.
Striedavé napätie v našej domácej zásuvke sa mení podľa sínusového zákona. Čo to znamená? Napätie od nuly sa zvyšuje na kladnú hodnotu amplitúdy (kladné maximum), potom klesá na nulu a ďalej klesá - na zápornú hodnotu amplitúdy (záporné maximum), potom sa opäť zvyšuje, prechádza cez nulu a vracia sa do kladnej hodnoty amplitúdy.
Inými slovami, pri striedavom prúde sa jeho náboj neustále mení. To znamená, že napätie je buď 100%, potom 0%, potom znova 100%. Ukazuje sa, že za sekundu elektróny zmenia smer svojho pohybu a svoju polaritu 100-krát, z pozitívnej na negatívnu (pamätáte si, že ich frekvencia je 50 hertzov - 50 periód alebo oscilácií za sekundu?).
Prvé elektrické siete boli jednosmerné. S tým bolo spojených viacero problémov, jedným z nich bola zložitosť konštrukcie samotného generátora. A alternátor má jednoduchšiu konštrukciu, a preto je jednoduchý a lacný na obsluhu.
Faktom je, že rovnaký výkon môže byť prenášaný s vysokým napätím a nízkym prúdom alebo naopak: s nízkym napätím a vysokým prúdom. Čím vyšší prúd, tým väčší potrebný prierez drôtu, t.j. drôt by mal byť hrubší. Pre napätie nie je dôležitá hrúbka drôtu, pokiaľ sú dobré izolátory. Striedavý prúd (na rozdiel od jednosmerného prúdu) je jednoducho jednoduchšie previesť.
A toto je pohodlné. Takže cez drôt s relatívne malým prierezom môže elektráreň poslať päťstotisíc (a niekedy až jeden a pol milióna) voltov energie pri prúde 100 ampérov prakticky bez strát. Potom napríklad transformátor v mestskej rozvodni „vezme“ 500 000 voltov pri prúde 10 ampérov a „dá“ 10 000 voltov pri 500 ampéroch mestskej sieti. A okresné rozvodne už premieňajú toto napätie na 220/380 voltov pri prúde asi 10 000 ampérov, pre potreby obytných a priemyselných oblastí mesta.
Schéma je samozrejme zjednodušená a vzťahuje sa na celý súbor okresných rozvodní v meste a nie na žiadnu konkrétnu.
Osobný počítač (PC) funguje na podobnom princípe, ale v opačnom smere. Premieňa striedavý prúd na jednosmerný a potom pomocou , znižuje svoje napätie na hodnoty potrebné pre činnosť všetkých komponentov vo vnútri.
Na konci 19. storočia sa celosvetová elektrifikácia mohla vydať inou cestou. Thomas Edison (o ktorom sa predpokladá, že vynašiel jednu z prvých komerčne úspešných žiaroviek) aktívne propagoval svoju myšlienku jednosmerného prúdu. A nebyť výskumu iného vynikajúceho človeka, ktorý dokázal účinnosť striedavého prúdu, všetko mohlo byť inak.
Geniálny Srb Nikola Tesla (ktorý istý čas pracoval pre Edisona) ako prvý navrhol a zostrojil viacfázový generátor striedavého prúdu, čím dokázal svoju účinnosť a prevahu nad podobným vývojom, ktorý pracoval s konštantným zdrojom energie.
Teraz sa pozrime na "biotopy" jednosmerného a striedavého prúdu. Ten trvalý sa nachádza napríklad v našej telefónnej batérii alebo batériách. Nabíjačky transformujú striedavý prúd zo siete na jednosmerný a v tejto podobe končí na miestach, kde je uložený (batérie).
Zdroje jednosmerného napätia sú:
- bežné batérie používané v rôznych zariadeniach (baterky, prehrávače, hodinky, testery atď.)
- rôzne batérie (alkalické, kyselinové atď.)
- DC generátory
- iné špeciálne zariadenia, napríklad: usmerňovače, meniče
- núdzové zdroje energie (osvetlenie)
Napríklad mestská elektrická doprava funguje na jednosmerný prúd s napätím 600 Voltov (električky, trolejbusy). Pre metro je to vyššie - 750-825 voltov.
Zdroje striedavého napätia:
- generátory
- rôzne meniče (transformátory)
- domáce elektrické siete (domáce zásuvky)
Hovorili sme o tom, ako a čím merať jednosmerné a striedavé napätie a nakoniec (všetkým, ktorí si prečítali článok až do konca) chcem povedať krátky príbeh. Môj šéf mi to povedal a ja to prerozprávam z jeho slov. Naša dnešná téma sa naozaj hodí!
Raz išiel s našimi riaditeľmi na služobnú cestu do susedného mesta. Nadviažte tam kamarátske vzťahy s IT-čkármi :) A hneď vedľa diaľnice je také úžasné miesto: prameň s čistou vodou. Všetci sa pri nej zastavia a naberú vodu. To je už svojim spôsobom tradícia.
Miestne úrady, ktoré sa rozhodli toto miesto vylepšiť, urobili všetko pomocou najnovšej technológie: priamo pod prameňom vykopali veľkú obdĺžnikovú dieru, obložili ju svetlými dlaždicami, nainštalovali prepad, LED osvetlenie a ukázalo sa, že je to bazén. Ďalej viac! Samotný prameň bol „zabalený“ do škvrnitých žulových úlomkov, dostal ušľachtilý tvar, ikona nad prieduchom bola zapustená pod sklo - sväté miesto, zdá sa!
A posledný dotyk - nainštalovali sme vodovodný systém na báze fotobunky. Ukazuje sa, že bazén je vždy plný a „zurčí“ v ňom, ale na čerpanie vody priamo z prameňa je potrebné priviesť ruky s nádobou k fotobunke a odtiaľ „tečie“ :)
Musím povedať, že na ceste k zdroju náš šéf povedal jednému z režisérov, aké to bolo super: nové technológie, Wi-Fi, fotobunky, skenovanie sietnice atď. Režisér bol klasický technofób, mal teda opačný názor. A tak jazdia k prameňu, dávajú ruky tam, kde majú byť, ale voda netečie!
Urobia to a to, ale výsledok je nulový! Ukázalo sa, že v elektrickej sieti, ktorá napájala tento šaitanský systém, nebolo hlúpo žiadne napätie :) Režisér bol „na koni“! Urobil som niekoľko „kontrolných“ fráz o všetkých týchto n...x technológiách, rovnakých n...x prvkoch, o všetkých strojoch všeobecne a o tomto konkrétnom. Nabral som kanister priamo z bazéna a išiel som do auta!
Ukazuje sa teda, že môžeme zriadiť čokoľvek, „vychovať“ sofistikovaný server, poskytnúť najlepšiu a najobľúbenejšiu službu, no najdôležitejšou osobou je predsa strýko Vasja elektrikár v prešívanej bunde, ktorý jedným pohybom ruky dokáže zorganizovať úplne vynechanú všetku túto technickú silu a ladnosť :)
Takže pamätajte: hlavnou vecou je vysokokvalitné napájanie. Dobré (neprerušiteľné napájanie) a stabilné napätie v zásuvkách a všetko ostatné bude nasledovať :)
To je na dnes všetko a do ďalších článkov. Dávaj na seba pozor! Nižšie je uvedené krátke video na tému článku.
