5.1. PERCHÉ È NECESSARIA LA CORRENTE CA?

Nei primi impianti elettrici veniva utilizzata solo corrente continua. Tuttavia, è diventato presto chiaro che è molto più redditizio utilizzare non costante, ma corrente alternata, cioè uno che cambia periodicamente valore e direzione.

Prima di tutto, è più conveniente generare corrente alternata nelle centrali elettriche. Gli alternatori sono più semplici ed economici di generatori simili corrente continua.

Si è anche scoperto che è più redditizio trasmettere corrente elettrica attraverso fili ad alta tensione. La modifica della tensione CA è molto semplice: per questo è necessario utilizzare un trasformatore. Sulla corrente continua, questo è molto più difficile da fare.

Motori elettrici AC semplici e affidabili sono stati costruiti e sono ampiamente utilizzati nell'industria.

Ma queste sono tutte applicazioni in cui la corrente alternata può competere con la corrente continua. Generatori, linee di trasmissione e motori elettrici possono essere realizzati sia in corrente continua che alternata. Tuttavia, ci sono tali fenomeni fisici che compaiono solo quando la corrente cambia.

Questi fenomeni sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria radiofonica, nell'automazione, nell'elettronica, ecc.

Si può dire che se non ci fosse la corrente alternata, molti di questi rami dell'ingegneria elettrica non esisterebbero.

Nelle radio, nei televisori, nei registratori, si usa la corrente alternata ed è fondamentalmente impossibile sostituirla con la corrente continua.

Molti processi tecnologici nell'industria si basano anche sulla corrente alternata.

Istruzione

Per prima cosa, scopriamo cos'è una corrente elettrica. Il movimento diretto (flusso) di particelle cariche è chiamato corrente elettrica. In una corrente elettrica alternata, un numero diverso di particelle cariche passa attraverso la sezione trasversale del conduttore per intervalli di tempo equivalenti. In una costante, il numero di queste particelle per gli stessi intervalli di tempo è sempre equivalente.

La corrente alternata cambia costantemente la sua forza, intensità o direzione. E questi cambiamenti si verificano sempre periodicamente, cioè si ripetono a intervalli regolari. Ad esempio, utilizzando la variabile attuale la batteria non può essere caricata o non può essere utilizzata per tali scopi tecnici.

A differenza permanente attuale, la variabile ha diversi significati aggiuntivi: - periodo - il valore temporale del completamento di un ciclo completo di indicatori della variabile attuale; semiciclo e frequenza (numero di cicli per un determinato periodo di tempo); - ampiezza - il valore più alto della variabile attuale;- valore istantaneo - valore attuale in questo momento.

La corrente alternata è più comune e ampiamente utilizzata. È più facile convertirlo in corrente alternata di diversa tensione, per modificare la tensione nelle reti elettriche, a seconda delle esigenze necessarie. Questo può essere fatto con un trasformatore. Un trasformatore è un dispositivo che converte la corrente alternata di una tensione nella stessa corrente, ma di una tensione diversa alla stessa frequenza. attuale.

La polmonite crouposa inizia in modo acuto, il più delle volte dopo una grave ipotermia. La temperatura sale bruscamente a 39-40 gradi, il paziente ha un forte brivido. Immediatamente c'è dolore durante la respirazione e la tosse dal lato del polmone colpito. La tosse è accompagnata dal rilascio di espettorato viscoso purulento con striature di sangue. Le condizioni del paziente sono gravi. La respirazione è superficiale, rapida, con gonfiore delle ali del naso. Il lato colpito del torace è notevolmente in ritardo rispetto al lato sano durante la respirazione.

Sul pianeta Terra oggi, il 98% di tutta l'elettricità è generata da alternatori. Tale corrente è abbastanza facile da produrre e trasmettere lunghe distanze. In questo caso, la corrente e la tensione possono aumentare e diminuire ripetutamente - trasformarsi. Il lavoro viene svolto dalla corrente, non dalla tensione. Pertanto, minore è il suo valore, minori sono le perdite nei fili.

Molti utenti ritengono che in casa venga utilizzata solo corrente alternata con una tensione di 220 V e una frequenza di 50 Hz. Questo è vero solo per le lampade a incandescenza, i motori elettrici negli aspirapolvere, i frigoriferi.

In qualsiasi elettrodomestico complesso alimentato da corrente alternata, ci sono componenti che funzionano a tensione costante Insieme a significati diversi. È praticamente impossibile prevedere quali potrebbero essere questi valori. Pertanto, tutti i consumatori nella presa hanno corrente alternata della stessa frequenza e tensione.

DC

Nonostante il fatto che la quota di generazione DC sia solo del 2%, il suo valore è piuttosto elevato. La corrente continua è generata da celle galvaniche, batterie, termocoppie, pannelli solari.

Le batterie solari stanno diventando un'area energetica molto promettente oggi, quando la questione dell'utilizzo di fonti di energia rinnovabile viene sollevata in modo acuto.

La corrente continua alimenta i motori delle locomotive nel trasporto ferroviario, viene utilizzata nella rete di bordo di aerei e automobili.

Ci sono sempre più veicoli elettrici e ibridi sulle strade delle città moderne. Per ricaricare le batterie si stanno costruendo stazioni che provvedono al loro fabbisogno di corrente continua.

Quali dovrebbero essere le prese

Le dimensioni delle prese, la loro tipologia, il materiale con cui sono realizzate, dipendono principalmente dalla destinazione delle prese, dalle correnti e dalle tensioni per le quali sono progettate. I dispositivi di tensione CC hanno spine polarizzate. Pertanto, le prese per loro devono essere polari. Quindi anche un utente inesperto non sarà in grado di confondere dove si trovano "+" e "-".

Una corrente alternata in un circuito è un flusso elettrico di particelle cariche, la cui direzione e velocità cambiano periodicamente nel tempo secondo una certa legge.

Istruzione

Fare riferimento al concetto generale di corrente alternata in circuito elettrico descritto in libro di testo scolastico. Lì vedrai che la corrente alternata è una corrente elettrica, il cui valore varia secondo una legge sinusoidale o coseno. Ciò significa che l'entità della corrente nella rete CA varia in base alla legge seno o coseno. A rigor di termini, ciò corrisponde alla corrente che scorre in casa rete elettrica. Tuttavia, la sinusoidalità della corrente non è una definizione generale di corrente alternata e non spiega completamente la natura del suo flusso.

Disegna un grafico di un'onda sinusoidale su un pezzo di carta. Questo grafico mostra che il valore della funzione stessa, espresso dalla forza attuale in questo contesto, cambia da un valore positivo a uno negativo. Inoltre, il tempo dopo il quale il segno cambia è sempre lo stesso. Questo tempo è chiamato periodo delle oscillazioni della corrente e il reciproco del tempo è chiamato frequenza della corrente alternata. Ad esempio, frequenza CA rete di casaè 50 Hz.

Prestare attenzione a cosa significa fisicamente il cambiamento di segno della funzione. In effetti, questo significa solo che ad un certo punto la corrente inizia a fluire nella direzione opposta. Inoltre, se la legge del cambiamento è sinusoidale, il cambiamento nella direzione del movimento non avviene bruscamente, ma con una decelerazione graduale. Da qui il concetto di corrente alternata, e la sua principale differenza dalla corrente continua, che scorre sempre nella stessa direzione e ha valore costante. Come sapete, la direzione della corrente è data dalla direzione delle particelle caricate positivamente nel circuito. Quindi, in un circuito a corrente alternata, le particelle cariche passano certo tempo cambiare la direzione del loro movimento in senso opposto.

Ai nostri giorni, non esiste un ramo dell'economia nazionale in cui l'elettricità non venga utilizzata. E ognuno di loro si presenta macchine elettriche e dispositivi determinati requisiti, da cui dipende non solo la progettazione di queste macchine, ma anche il tipo di corrente utilizzata. Sebbene sia la corrente alternata che quella continua siano ampiamente utilizzate nell'ingegneria e nell'industria, le loro aree di applicazione sono delineate in modo molto chiaro.

Per la prima volta, le persone hanno ricevuto corrente elettrica dalle celle galvaniche. Questi elementi creavano un flusso di elettroni nel circuito elettrico, che si muoveva continuamente in una direzione specifica. Questa corrente è chiamata "costante".

Anche i primi generatori rotanti, motori elettrici ed elettrodomestici funzionavano a corrente continua. E quando, alla fine del secolo scorso, l'ingegnere elettrico russo M. O. Dolivo-Dobrovolsky propose l'uso della corrente alternata trifase, molti scienziati reagirono con sfiducia. Anche il famoso ingegnere elettrico americano Edison considerava la corrente alternata un'invenzione che non meritava attenzione. Tuttavia, molto presto la corrente alternata iniziò ad essere utilizzata in molte aree dell'ingegneria elettrica. Gli alternatori elettrici creano un flusso di elettroni nel circuito elettrico che cambia continuamente la direzione del suo movimento. Sì, in catene lampadina illuminando la tua stanza, gli elettroni hanno il tempo in un secondo

100 volte per cambiare la direzione del loro movimento: 50 volte si muovono in una direzione e 50 nella direzione opposta. Si dice che tale corrente abbia una frequenza di 50 cicli al secondo.

Questa caratteristica del movimento degli elettroni conferisce alla corrente alternata una serie di proprietà che ne hanno determinato la posizione dominante nella moderna ingegneria elettrica.

Una delle proprietà più importanti della corrente alternata è la sua capacità di trasformarsi. Come sappiamo, la trasmissione energia elettrica su lunghe distanze è possibile solo a tensioni molto elevate, raggiungendo 110, 220 e anche 500-800 mila V. Così alta tensione non può essere ottenuto direttamente dai generatori. Allo stesso tempo, per vari macchine elettriche e i dispositivi necessitano di una corrente elettrica con una tensione di diverse decine o centinaia di volt. È qui che la sua capacità di trasformarsi è tornata utile: ha consentito l'utilizzo di trasformatori per modificare la tensione di corrente alternata in qualsiasi intervallo.

Poco di. Il collegamento degli avvolgimenti del generatore in un sistema trifase ha permesso di ottenere una corrente alternata trifase. Questo è un sistema di tre correnti alternate che hanno la stessa frequenza, ma differiscono nella fase di un terzo del periodo. Corrente trifase presenta importanti vantaggi. In primo luogo, le linee elettriche trifase sono più redditizie di quelle monofase: è possibile trasmettere più energia elettrica attraverso di esse allo stesso costo dei cavi e dell'isolamento rispetto alla corrente alternata monofase. E in secondo luogo, grazie alla proprietà di una corrente alternata trifase di creare un campo magnetico rotante, è stato possibile costruire motori elettrici asincroni molto semplici e affidabili senza collettore e spazzole.

Queste qualità della corrente alternata sono state la ragione per cui oggi tutte le centrali elettriche industriali producono solo corrente alternata trifase.

Più della metà dell'energia elettrica generata da queste centrali viene consumata dai motori elettrici. In modo che possano eseguire una varietà di lavori, sono realizzati in modo diverso sia nel design che nelle dimensioni.

Oltre al semplice motori a induzione, ampiamente utilizzati per azionare macchine utensili, ci sono motori con avvolgimenti e collettori rotanti sul rotore. Si sviluppano grande sforzo alla partenza e sono quindi utilizzati con successo sulle gru. Ce n'è ancora? motori sincroni avendo una velocità di rotazione costante. In termini di dimensioni, i motori elettrici sono piccoli - come un rocchetto di filo - ed enormi, come una giostra.

L'utilizzo di più motori elettrici per azionare contemporaneamente le macchine utensili ha consentito di semplificare i meccanismi della macchina, facilitarne il controllo e realizzare linee di macchine automatiche.

Le ridotte dimensioni dei motori elettrici consentivano di utilizzare l'energia elettrica laddove prima veniva utilizzata solo la manodopera. Trapani elettrici, seghe, pialle e altri strumenti elettrificati hanno reso il lavoro dei lavoratori molto più semplice e produttivo.

Lucidatrici elettriche, aspirapolvere, lavatrici e i frigoriferi vennero in aiuto delle massaie.

La corrente alternata è una buona fonte di calore. Il metallo viene fuso e bollito in potenti forni ad arco elettrico. I forni elettrici a resistenza sono ampiamente utilizzati per il condizionamento, il riscaldamento di forni e vari ambienti.

Le lampadine emettono luce indipendentemente dalla quantità di corrente che scorre attraverso i loro filamenti. Ma poiché la trasmissione CA è più economica e i trasformatori facilitano il mantenimento della tensione di cui hanno bisogno, l'intera rete di illuminazione di città e villaggi è servita da corrente alternata.

Il continuo cambiamento nella direzione del movimento degli elettroni in corrente alternata, la sua capacità di trasformarsi gli ha aperto un ampio percorso in molti settori della tecnologia. Ma la corrente non è sempre buona, cambia continuamente direzione. Quindi sei salito su un filobus, un treno della metropolitana o un vagone "treno elettrico" sulla ferrovia. Qui sei nel regno della corrente continua.

Il fatto è che i motori elettrici CA semplici e convenienti non consentono di modificare senza problemi la velocità della loro rotazione su un ampio intervallo. E ricorda quante volte l'autista deve cambiare la velocità del filobus; solo un motore a corrente continua può gestire bene un lavoro così frenetico. Questi motori sono alimentati da sottostazioni di raddrizzatori di trazione. La corrente alternata che arriva loro dalle centrali elettriche viene convertita in corrente continua con l'aiuto di raddrizzatori a mercurio e quindi immessa in rete di contatto- in fili e rotaie.

L'uso di motori di trazione CC nei veicoli da trasporto si è dimostrato così vantaggioso che possono essere trovati su locomotive diesel e motonavi.

I loro motori principali sono motori diesel che azionano generatori che producono corrente continua. E lui, a sua volta, fa girare ruote o eliche ai motori elettrici.

Tuttavia, il costo elevato e la complessità delle sottostazioni di conversione hanno costretto scienziati e ingegneri a pensare all'uso della corrente alternata nei trasporti. Ora ci sono sezioni linee ferroviarie utilizzando corrente alternata monofase. Viene anche utilizzato con successo su molte navi diesel-elettriche.

L'ulteriore elettrificazione delle ferrovie nel nostro paese verrà effettuata principalmente utilizzando corrente alternata con una tensione di 25 mila V. Questa corrente sarà convertita in corrente continua direttamente sulle locomotive elettriche mediante raddrizzatori.

La buona capacità di regolazione dei motori elettrici in corrente continua ha permesso di applicarli con successo anche su meccanismi di sollevamento e trasporto. Le gru convenzionali che vedi nei cantieri azionano motori a corrente alternata. Ma su potenti gru di grandi impianti metallurgici sono installati motori a corrente continua. Dopotutto, qui è necessario sollevare e trasportare senza problemi enormi mestoli con metallo fuso, versarlo negli stampi o alimentare lingotti roventi ai laminatoi.

Questi motori azionano anche i meccanismi di giganteschi escavatori ambulanti.

I motori a corrente continua possono sviluppare velocità di rotazione molto elevate, fino a 25 mila giri/min. Questo ti permette di ottenere molta potenza con motori di cilindrata molto piccola. Pertanto, sono indispensabili come motori di comando utilizzati sugli aerei per la rotazione di timoni, alettoni e flap, per il sollevamento e l'abbassamento del carrello di atterraggio e altri meccanismi.

La direzione costante del movimento degli elettroni in un circuito in corrente continua ha determinato una vasta e importante area di applicazione, in cui la corrente alternata non può competere con essa. Stiamo parlando di elettrolisi - un processo associato al passaggio di corrente attraverso soluzioni liquide - elettroliti. Sotto l'influenza di una corrente continua che passa attraverso l'elettrolita, si decompone in elementi separati, che si depositano su determinati elettrodi, sull'anodo o sul catodo. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nella metallurgia non ferrosa - per ottenere alluminio, magnesio, zinco, rame, manganese. A industria chimica l'elettrolisi produce fluoro, cloro, idrogeno e altre sostanze.

Nella galvanica, l'elettrolisi viene utilizzata per depositare metallo sulla superficie di vari prodotti. In questo modo vengono applicati rivestimenti protettivi a prodotti in metallo (nichelatura, cromatura), vengono realizzati monumenti metallici, lastre da stampa, ecc.. La zincatura è utilizzata in medicina per il trattamento di alcune malattie.

La direzione costante degli elettroni aiuta la corrente continua a competere con la corrente alternata in saldatura e in alcuni tipi di illuminazione. Quando si salda con corrente continua, le particelle di metallo vengono trasferite dall'elettrodo al prodotto in modo più corretto e la cucitura è migliore rispetto alla saldatura con corrente alternata.

Vai allo studio cinematografico. Potenti proiettori cinematografici ad arco inondano di luce il padiglione delle riprese. In corrente alternata, l'arco brucia in modo meno costante, emette meno luce ed emette un ronzio che interferisce con la registrazione del suono durante le riprese. Pertanto, i proiettori cinematografici sono alimentati con corrente continua, che fornisce un arco silenzioso e stabile. Anche i potenti proiettori militari e i proiettori di film ad arco utilizzano la corrente continua.

Per ottenere corrente alternata, è necessario ruotare continuamente l'alternatore e la corrente continua può essere fornita da batterie fisse o celle galvaniche. Queste proprietà di origine corrente elettrica anche in alcuni casi determinano la portata della corrente continua.

L'auto è a posto. Come avviare il suo motore? Una batteria ricaricabile è al tuo servizio. Si preme il pulsante di avviamento e il motore a corrente continua, alimentato dalla batteria, avvia il motore. E quando il motore è in funzione, fa ruotare il generatore, che carica la batteria, ripristina l'energia consumata. Tale processo reversibile non è disponibile per la corrente alternata.

Cosa accadrebbe se l'illuminazione del treno fosse alimentata a corrente alternata? Il treno si fermava, le ruote dei vagoni smettevano di girare, e con esso si fermavano i generatori elettrici e le luci dei vagoni si spegnevano. Ma questo non accade, perché i generatori di corrente continua sono installati sotto le auto, funzionando in parallelo con le batterie. C'è un treno: i generatori ruotano, forniscono energia per l'illuminazione e allo stesso tempo caricano la batteria. La composizione si è interrotta: la batteria invia corrente alla rete di illuminazione.

Immagina che si sia verificato un incidente in una centrale: tutti i turbo o idrogeneratori si sono fermati e le linee elettriche che lo collegano con le altre centrali sono state scollegate. In questi casi, aiuta la corrente continua ottenuta da batterie di grandi dimensioni. Con il suo aiuto, i meccanismi ausiliari vengono messi in moto, gli interruttori spenti vengono attivati ​​e i principali turbogeneratori o idrogeneratori vengono rimessi in funzione. L'alimentazione a batteria è molto affidabile, quindi tutti i circuiti di controllo, automazione e protezione allarmi nelle grandi centrali elettriche funzionano a corrente continua.

Un sottomarino può galleggiare senza corrente continua? Sulla superficie dell'acqua, forse. In questo caso, le sue eliche vengono fatte ruotare da motori diesel. Ma i diesel si fermano sott'acqua: non c'è abbastanza aria. Ha un motore a corrente continua alimentato da batterie. Quando la barca riaffiora in superficie e i diesel entrano in azione, il motore elettrico si trasforma in un generatore e ricarica le batterie.

Nelle miniere non è possibile appendere ovunque un filo di contatto per locomotive elettriche. Come possono muoversi? E anche qui la batteria viene in soccorso. In molte miniere, locomotive elettriche a batteria trasportano carbone dalle miniere più remote. Carrelli elettrici con batterie - auto elettriche - si vedono spesso nelle stazioni ferroviarie. Si trovano anche nelle officine di grandi stabilimenti e fabbriche.

Presta attenzione a come il cameraman sta filmando un evento importante. Ha in mano una cinepresa leggera e una batteria alla cintura. Ho premuto il pulsante e il dispositivo ha iniziato a funzionare. Tali batterie leggere sono ampiamente utilizzate per stazioni radio portatili, dispositivi di segnalazione, strumenti di misura elettrici.

Naturalmente, gli esempi qui elencati non esauriscono tutti i campi di applicazione dell'energia elettrica. Non abbiamo detto nulla sul suo utilizzo per comunicazioni telegrafiche e telefoniche, per radio e televisione e altri scopi - lo leggerete negli articoli pertinenti sul nostro sito.