5.1. ¿POR QUÉ SE NECESITA CORRIENTE AC?

En las primeras instalaciones eléctricas se utilizaba únicamente corriente continua. Sin embargo, pronto quedó claro que es mucho más rentable usar no constante, pero corriente alterna, es decir, que cambia periódicamente su valor y dirección.

En primer lugar, es más conveniente generar corriente alterna en las centrales eléctricas. Los alternadores son más simples y económicos que los generadores similares corriente continua.

También resultó que es más rentable transmitir corriente eléctrica a través de cables de alto voltaje. Cambiar el voltaje de CA es muy simple; para esto, necesita usar un transformador. En corriente continua, esto es mucho más difícil de hacer.

Se han construido motores eléctricos de corriente alterna sencillos y fiables que se utilizan mucho en la industria.

Pero todas estas son aplicaciones en las que la CA puede competir con la CC. Los generadores, las líneas de transmisión y los motores eléctricos pueden fabricarse tanto con corriente continua como con corriente alterna. Sin embargo, existen tales fenómenos físicos que aparecen solo cuando cambia la corriente.

Estos fenómenos son ampliamente utilizados en ingeniería de radio, automatización, electrónica, etc.

Se puede decir que si no existiera la corriente alterna, muchas de estas ramas de la ingeniería eléctrica no existirían.

En radios, televisores, grabadoras, se utilizan corrientes alternas y es fundamentalmente imposible reemplazarlas por corriente continua.

Muchos procesos tecnológicos en la industria también se basan en corriente alterna.

Instrucción

Primero, averigüemos qué es una corriente eléctrica. El movimiento dirigido (flujo) de partículas cargadas se llama corriente eléctrica. En una corriente eléctrica alterna, un número diferente de partículas cargadas atraviesan la sección transversal del conductor durante intervalos de tiempo equivalentes. En una constante, el número de estas partículas para los mismos intervalos de tiempo es siempre equivalente.

La corriente alterna cambia constantemente su fuerza, magnitud o dirección. Y estos cambios siempre ocurren periódicamente, es decir, se repiten a intervalos regulares. Por ejemplo, usando la variable Actual la batería no se puede cargar o no se puede utilizar para tales fines técnicos.

A diferencia de permanente Actual, la variable tiene varios significados adicionales: - período - el valor temporal de la finalización de un ciclo completo de indicadores de la variable Actual; semiciclo y frecuencia (número de ciclos durante un período de tiempo específico); - amplitud - el valor más alto de la variable Actual;- valor instantáneo - valor Actual en este punto en el tiempo.

La corriente alterna es más común y ampliamente utilizada. Es más fácil convertirlo en corriente alterna de diferente voltaje, para cambiar el voltaje en redes eléctricas, dependiendo de las necesidades necesarias. Esto se puede hacer con un transformador. Un transformador es un dispositivo que convierte la corriente alterna de un voltaje en la misma corriente, pero de un voltaje diferente a la misma frecuencia. Actual.

La neumonía cruposa comienza de forma aguda, con mayor frecuencia después de una hipotermia grave. La temperatura aumenta bruscamente a 39-40 grados, el paciente tiene un fuerte escalofrío. Inmediatamente hay dolor al respirar y toser del lado del pulmón afectado. La tos se acompaña de la liberación de esputo viscoso purulento con vetas de sangre. El estado del paciente es grave. La respiración es superficial, rápida, con hinchazón de las alas de la nariz. El lado afectado del tórax se queda notablemente atrás del lado sano al respirar.

En el planeta Tierra hoy, el 98% de toda la electricidad es generada por alternadores. Tal corriente es bastante fácil de producir y transmitir a largas distancias. En este caso, la corriente y el voltaje pueden subir y bajar repetidamente - transformarse. El trabajo se realiza por corriente, no por voltaje. Por lo tanto, cuanto menor sea su valor, menores serán las pérdidas en los cables.

Muchos usuarios creen que en casa solo se utiliza corriente alterna con un voltaje de 220V y una frecuencia de 50Hz. Esto solo es cierto para lámparas incandescentes, motores eléctricos en aspiradoras, refrigeradores.

En cualquier electrodoméstico complejo alimentado por corriente alterna, hay componentes que funcionan a Voltaje constante Con diferentes significados. Es virtualmente imposible predecir cuáles podrían ser estos valores. Por lo tanto, todos los consumidores en el enchufe tienen corriente alterna de la misma frecuencia y voltaje.

CORRIENTE CONTINUA

A pesar de que la participación de la generación de CC es solo del 2%, su valor es bastante grande. La corriente continua es generada por celdas galvánicas, baterías, termopares, paneles solares.

Los paneles solares se están convirtiendo en un área de energía muy prometedora en la actualidad, cuando el tema del uso de fuentes de energía renovables se plantea de manera aguda.

La corriente continua alimenta los motores de las locomotoras en el transporte ferroviario, se utiliza en la red de a bordo de aviones y automóviles.

Cada vez hay más vehículos eléctricos e híbridos en las carreteras de las ciudades modernas. Para recargar sus baterías se están construyendo estaciones que suplen sus necesidades de corriente continua.

¿Cuáles deberían ser los enchufes?

Las dimensiones de los enchufes, su tipo, el material del que están hechos, dependen principalmente del propósito de los enchufes, las corrientes y voltajes para los que están diseñados. Los dispositivos de voltaje CC tienen enchufes polarizados. Por lo tanto, los enchufes para ellos deben ser polares. Entonces, incluso un usuario sin experiencia no podrá confundir dónde están el "+" y el "-".

Una corriente alterna en un circuito es un flujo eléctrico de partículas cargadas, cuya dirección y velocidad cambia periódicamente en el tiempo de acuerdo con una determinada ley.

Instrucción

Consulte el concepto general de corriente alterna en circuito eléctrico descrito en libro de texto escolar. Allí verás que la corriente alterna es una corriente eléctrica, cuyo valor varía según una ley sinusoidal o del coseno. Esto significa que la magnitud de la corriente en la red de CA varía según la ley del seno o del coseno. En rigor, corresponde a la corriente que circula en el hogar red eléctrica. Sin embargo, la sinusoidalidad de la corriente no es una definición general de corriente alterna y no explica completamente la naturaleza de su flujo.

Dibuja un gráfico de una onda sinusoidal en una hoja de papel. Este gráfico muestra que el valor de la función en sí, expresado por la fuerza actual en este contexto, cambia de un valor positivo a uno negativo. Además, el tiempo después del cual cambia el signo es siempre el mismo. Este tiempo se llama período de oscilaciones de corriente, y el recíproco de tiempo se llama frecuencia de la corriente alterna. Por ejemplo, frecuencia de CA red domestica es de 50 Hz.

Presta atención a lo que significa físicamente el cambio de signo de la función. De hecho, esto solo significa que en algún momento la corriente comienza a fluir en la dirección opuesta. Además, si la ley del cambio es sinusoidal, entonces el cambio en la dirección del movimiento no ocurre abruptamente, sino con una desaceleración gradual. De ahí el concepto de corriente alterna, y su principal diferencia con la corriente continua, que fluye siempre en el mismo sentido y tiene un valor constante. Como sabes, la dirección de la corriente viene dada por la dirección de las partículas cargadas positivamente en el circuito. Así, en un circuito de corriente alterna, las partículas cargadas a través de tiempo específico cambiar la dirección de su movimiento al contrario.

En nuestro tiempo, no existe tal rama de la economía nacional en la que no se utilice la electricidad. Y cada uno de ellos presenta máquinas eléctricas y dispositivos ciertos requisitos, de los cuales depende no solo el diseño de estas máquinas, sino también el tipo de corriente utilizada. Aunque tanto las corrientes alternas como las continuas se usan ampliamente en la ingeniería y la industria, sus áreas de aplicación están muy claramente delineadas.

Por primera vez, las personas recibieron corriente eléctrica de celdas galvánicas. Estos elementos crearon una corriente de electrones en el circuito eléctrico, moviéndose todo el tiempo en una dirección específica. Esta corriente se llama "constante".

Los primeros generadores rotativos, motores eléctricos y electrodomésticos también funcionaban con corriente continua. Y cuando, a fines del siglo pasado, el ingeniero eléctrico ruso M. O. Dolivo-Dobrovolsky propuso el uso de corriente alterna trifásica, muchos científicos reaccionaron con desconfianza. Incluso el famoso ingeniero eléctrico estadounidense Edison consideró la corriente alterna como un invento que no merecía atención. Sin embargo, muy pronto la corriente alterna comenzó a utilizarse en muchas áreas de la ingeniería eléctrica. Los alternadores eléctricos crean un flujo de electrones en el circuito eléctrico que cambia continuamente la dirección de su movimiento. si, en cadenas bombilla iluminando tu habitación, los electrones tienen tiempo en un segundo

100 veces para cambiar la dirección de su movimiento: 50 veces se mueven en una dirección y 50 en la dirección opuesta. Se dice que tal corriente tiene una frecuencia de 50 ciclos por segundo.

Esta característica del movimiento de los electrones confiere a la corriente alterna una serie de propiedades que han determinado su posición dominante en la ingeniería eléctrica moderna.

Una de las propiedades más importantes de la corriente alterna es su capacidad de transformación. Como sabemos, la transmisión energía eléctrica en largas distancias solo es posible a voltajes muy altos, alcanzando 110, 220 e incluso 500-800 mil V. Asi que Alto voltaje no se puede obtener directamente de los generadores. Al mismo tiempo, por varios Maquinas electricas y los dispositivos necesitan una corriente eléctrica con un voltaje de varias decenas o cientos de voltios. Aquí es donde su capacidad de transformación fue útil: permitió usar transformadores para cambiar el voltaje de corriente alterna en cualquier rango.

Un poco de. La conexión de los devanados del generador en un sistema trifásico permitió obtener una corriente alterna trifásica. Este es un sistema de tres corrientes alternas que tienen la misma frecuencia, pero difieren en fase en un tercio del período. Corriente trifásica tiene importantes ventajas. En primer lugar, las líneas eléctricas trifásicas son más rentables que las monofásicas: a través de ellas se puede transmitir más energía eléctrica con el mismo coste de cableado y aislamiento que con corriente alterna monofásica. Y en segundo lugar, debido a la propiedad de una corriente alterna trifásica para crear un campo magnético giratorio, fue posible construir motores eléctricos asíncronos muy simples y confiables sin colector ni escobillas.

Estas cualidades de la corriente alterna fueron la razón por la que hoy en día todas las centrales eléctricas industriales producen solo corriente alterna trifásica.

Más de la mitad de la energía eléctrica generada por estas centrales eléctricas es consumida por motores eléctricos. Para que puedan realizar una variedad de trabajos, se hacen diferentes tanto en diseño como en tamaño.

además de sencillo motores de inducción, que se utilizan ampliamente para accionar máquinas herramienta, hay motores con devanados y anillos colectores en el rotor. Se desarrollan gran esfuerzo al arrancar y, por lo tanto, se utilizan con éxito en grúas. ¿Hay algo más? motores síncronos que tiene una velocidad de rotación constante. En términos de tamaño, los motores eléctricos son pequeños, como un carrete de hilo, y enormes, como un carrusel.

El uso de varios motores eléctricos para accionar máquinas herramienta a la vez permitió simplificar los mecanismos de la máquina, facilitó su control y permitió crear líneas de máquinas automáticas.

El pequeño tamaño de los motores eléctricos hizo posible el uso de energía eléctrica donde antes solo se usaba mano de obra. Taladros eléctricos, sierras, cepillos y otras herramientas electrificadas hicieron que el trabajo de los trabajadores fuera mucho más fácil y productivo.

Pulidoras eléctricas, aspiradoras, lavadoras y los refrigeradores acudieron en ayuda de las amas de casa.

La corriente alterna es una buena fuente de calor. El metal se funde y hierve en potentes hornos de arco eléctrico. Los hornos de resistencia eléctrica son ampliamente utilizados para aire acondicionado, hornos de calefacción y varias habitaciones.

Las bombillas emiten luz sin importar cuánta corriente fluya a través de sus filamentos. Pero dado que la transmisión de CA es más económica y los transformadores facilitan el mantenimiento del voltaje que necesitan, toda la red de alumbrado de ciudades y pueblos funciona con corriente alterna.

El cambio continuo en la dirección del movimiento de los electrones en corriente alterna, su capacidad de transformar abrió un amplio camino para él en muchas áreas de la tecnología. Pero la corriente no siempre es buena, cambiando su dirección todo el tiempo. Así que te subiste a un trolebús, un tren subterráneo o un vagón de "tren eléctrico" en el ferrocarril. Aquí estás en el reino de la corriente continua.

El hecho es que los motores eléctricos de CA simples y convenientes no permiten cambiar suavemente la velocidad de rotación en un amplio rango. Y recuerda cuántas veces el conductor tiene que cambiar la velocidad del trolebús; solo un motor de CC puede manejar bien un trabajo tan agitado. Estos motores son alimentados desde subestaciones rectificadoras de tracción. La corriente alterna que les llega de las centrales eléctricas se convierte en corriente continua con la ayuda de rectificadores de mercurio y luego se alimenta a red de contactos- en alambres y rieles.

El uso de motores de tracción de CC en vehículos de transporte ha demostrado ser tan beneficioso que se pueden encontrar en locomotoras diésel y barcos a motor.

Sus motores principales son motores diésel que impulsan generadores que producen corriente continua. Y él, a su vez, hace que los motores eléctricos hagan girar ruedas o hélices.

Sin embargo, el alto costo y la complejidad de las subestaciones convertidoras han obligado a científicos e ingenieros a pensar en el uso de corriente alterna en el transporte. Ahora hay secciones vias ferreas utilizando corriente alterna monofásica. También se utiliza con éxito en muchos barcos diésel-eléctricos.

La electrificación adicional de los ferrocarriles en nuestro país se llevará a cabo principalmente utilizando corriente alterna con un voltaje de 25 mil V. Esta corriente se convertirá en corriente continua directamente en las locomotoras eléctricas mediante rectificadores.

La buena capacidad de ajuste de los motores eléctricos de CC hizo posible aplicarlos con éxito también en mecanismos de elevación y transporte. Las grúas convencionales que ve en los sitios de construcción funcionan con motores de CA. Pero en potentes grúas de grandes plantas metalúrgicas, se instalan motores de corriente continua. Después de todo, aquí es necesario levantar y transportar sin problemas enormes cucharones con metal fundido, verterlo en moldes o alimentar lingotes al rojo vivo a los trenes de laminación.

Estos motores también accionan los mecanismos de excavadoras móviles gigantes.

Los motores de CC pueden desarrollar velocidades de rotación muy altas, hasta 25 mil rpm. Esto le permite obtener mucha potencia con tamaños de motor muy pequeños. Por lo tanto, son indispensables como motores de control utilizados en aeronaves para girar timones, alerones y flaps, para subir y bajar el tren de aterrizaje y otros mecanismos.

La dirección constante del movimiento de los electrones en un circuito de corriente continua ha determinado un área grande e importante de su aplicación, en la que la corriente alterna no puede competir con ella. Estamos hablando de electrólisis, un proceso asociado con el paso de corriente a través de soluciones líquidas, electrolitos. Bajo la influencia de una corriente continua que pasa a través del electrolito, se descompone en elementos separados que se depositan en ciertos electrodos, en el ánodo o el cátodo. Esta propiedad se usa ampliamente en la metalurgia no ferrosa: para obtener aluminio, magnesio, zinc, cobre, manganeso. A industria química la electrólisis produce flúor, cloro, hidrógeno y otras sustancias.

En la galvanoplastia, la electrólisis se utiliza para depositar metal en la superficie de varios productos. De esta manera, se aplican recubrimientos protectores a productos metálicos (niquelado, cromado), se fabrican monumentos metálicos, placas de impresión, etc.. La galvanización se usa en medicina para tratar ciertas enfermedades.

La dirección constante del movimiento de los electrones ayuda a la corriente continua a competir con la corriente alterna en la soldadura y algunos tipos de iluminación. Cuando se suelda con corriente continua, las partículas de metal se transfieren del electrodo al producto de manera más correcta y la costura es mejor que cuando se suelda con corriente alterna.

Ve al estudio de cine. Los potentes proyectores de películas de arco inundan de luz el pabellón de tiro. En corriente alterna, el arco se quema de forma menos constante, da menos luz y emite un zumbido que interfiere con la grabación de sonido durante la filmación. Por lo tanto, los proyectores de películas se alimentan con corriente continua, lo que genera un arco silencioso y estable. Los potentes reflectores militares y los proyectores de películas de arco también utilizan corriente continua.

Para obtener corriente alterna, debe girar continuamente el alternador, y la corriente continua puede ser proporcionada por baterías estacionarias o celdas galvánicas. Estas propiedades de origen corriente eléctrica también en algunos casos determinar el alcance de la corriente continua.

El coche está en su lugar. ¿Cómo arrancar su motor? Una batería recargable está a su servicio. Presiona el botón de arranque y el motor de CC, alimentado por la batería, enciende el motor. Y cuando el motor está funcionando, gira el generador, que carga la batería, restaura la energía gastada. Tal proceso reversible no está disponible para corriente alterna.

¿Qué pasaría si la iluminación del tren fuera alimentada por corriente alterna? El tren se detuvo, las ruedas de los vagones dejaron de girar, y con ello los generadores eléctricos se detendrían y las luces de los vagones se apagarían. Pero esto no sucede, porque los generadores de CC se instalan debajo de los automóviles y funcionan en paralelo con las baterías. Hay un tren: los generadores giran, proporcionan energía para la iluminación y al mismo tiempo cargan la batería. La composición se ha detenido: la batería envía corriente a la red de iluminación.

Imagina que se ha producido un accidente en una central eléctrica: todos los turbogeneradores o hidrogeneradores se han parado y las líneas eléctricas que la conectan con otras centrales se han desconectado. En tales casos, ayuda la corriente continua obtenida de baterías grandes. Con su ayuda, los mecanismos auxiliares se ponen en marcha, los interruptores apagados se encienden y los generadores turbo o hidroeléctricos principales se vuelven a poner en funcionamiento. La energía de la batería es muy confiable, por lo que todos los circuitos de control, automatización y protección de alarmas en las grandes centrales eléctricas funcionan con corriente continua.

¿Puede un submarino flotar sin corriente continua? En la superficie del agua, tal vez. En este caso, sus hélices son rotadas por motores diésel. Pero los motores diesel se detienen bajo el agua: no hay suficiente aire. Tiene un motor DC alimentado por baterías. Cuando el barco vuelve a la superficie y los motores diésel se activan, el motor eléctrico se convierte en un generador y recarga las baterías.

En las minas, no es posible colgar un cable de contacto para locomotoras eléctricas en todas partes. ¿Cómo pueden moverse? Y aquí nuevamente la batería viene al rescate. En muchas minas, las locomotoras eléctricas que funcionan con baterías transportan carbón desde las minas más remotas. Carros eléctricos con baterías - coches eléctricos - que se ven a menudo en las estaciones de tren. También se encuentran en los talleres de grandes plantas y fábricas.

Presta atención a cómo el camarógrafo está filmando algún evento importante. Tiene una cámara de película ligera en sus manos y una batería en su cinturón. Presioné el botón y el dispositivo comenzó a funcionar. Estas baterías livianas se usan ampliamente para estaciones de radio portátiles, dispositivos de señalización e instrumentos de medición eléctrica.

Por supuesto, los ejemplos enumerados aquí no agotan todas las áreas de aplicación de la energía eléctrica. No hemos dicho nada sobre su uso para comunicaciones telegráficas y telefónicas, para radio y televisión y otros fines; leerá sobre esto en los artículos relevantes de nuestro sitio.