5.1. DE CE ESTE NECESAR CURENTUL AC?

În primele instalații electrice se folosea doar curent continuu. Cu toate acestea, a devenit curând clar că este mult mai profitabil să utilizați nu constant, dar curent alternativ, adică unul care își schimbă periodic valoarea și direcția.

În primul rând, este mai convenabil să generați curent alternativ la centralele electrice. Alternatoarele sunt mai simple și mai ieftine decât generatoarele similare curent continuu.

De asemenea, s-a dovedit că este mai profitabil să transmiteți curent electric prin fire la tensiune înaltă. Schimbarea tensiunii AC este foarte simplă - pentru aceasta trebuie să utilizați un transformator. Pe curent continuu, acest lucru este mult mai dificil de realizat.

Motoarele electrice cu curent alternativ simple și fiabile au fost construite și sunt foarte utilizate pe scară largă în industrie.

Dar toate acestea sunt aplicații în care AC poate concura cu DC. Generatoarele, liniile de transmisie si motoarele electrice pot fi realizate atat pe curent continuu cat si pe curent alternativ. Cu toate acestea, există astfel de fenomene fizice care apar doar atunci când curentul se schimbă.

Aceste fenomene sunt utilizate pe scară largă în inginerie radio, automatizare, electronică etc.

Se poate spune că dacă nu ar exista curent alternativ, multe dintre aceste ramuri ale ingineriei electrice nu ar exista.

În radiouri, televizoare, casetofone se folosesc curenți alternativi și este fundamental imposibilă înlocuirea lor cu curent continuu.

Multe procese tehnologice din industrie se bazează și pe curent alternativ.

Instruire

Mai întâi, să ne dăm seama ce este un curent electric. Mișcarea direcționată (fluxul) particulelor încărcate se numește curent electric. Într-un curent electric alternativ, un număr diferit de particule încărcate trec prin secțiunea transversală a conductorului pentru intervale de timp echivalente. Într-o constantă, numărul acestor particule pentru aceleași intervale de timp este întotdeauna echivalent.

Curentul alternativ își schimbă constant puterea, magnitudinea sau direcția. Și aceste schimbări apar întotdeauna periodic, adică se repetă la intervale regulate. De exemplu, folosind variabila actual bateria nu poate fi încărcată sau nu poate fi utilizată în astfel de scopuri tehnice.

Spre deosebire de permanent actual, variabila are mai multe semnificatii suplimentare: - perioada - valoarea de timp a finalizarii unui ciclu complet de indicatori ai variabilei actual; semiciclu și frecvență (număr de cicluri pentru o anumită perioadă de timp); - amplitudine - cea mai mare valoare a variabilei actual;- valoare instantanee - valoare actualîn acest moment al timpului.

Curentul alternativ este mai frecvent și utilizat pe scară largă. Este mai ușor să îl transformi în curent alternativ de altă tensiune, să schimbi tensiunea în rețelele electrice, în funcție de nevoile necesare. Acest lucru se poate face cu un transformator. Un transformator este un dispozitiv care convertește curentul alternativ de o tensiune în același curent, dar de o tensiune diferită la aceeași frecvență. actual.

Pneumonia croupoasă debutează acut, cel mai adesea după hipotermie severă. Temperatura crește brusc la 39-40 de grade, pacientul are un frison puternic. Imediat apare durere la respirație și tuse din partea plămânului afectat. Tusea este însoțită de eliberarea de spută vâscoasă purulentă cu dungi de sânge. Starea pacientului este gravă. Respirația este superficială, rapidă, cu umflarea aripilor nasului. Partea afectată a pieptului rămâne vizibil în urma părții sănătoase atunci când respiră.

Pe planeta Pământ astăzi, 98% din toată electricitatea este generată de alternatoare. Un astfel de curent este destul de ușor de produs și transmis distante lungi. În acest caz, curentul și tensiunea pot crește și scădea în mod repetat - se pot transforma. Munca se face prin curent, nu tensiune. Prin urmare, cu cât valoarea sa este mai mică, cu atât sunt mai mici pierderile în fire.

Mulți utilizatori cred că acasă se folosește doar curent alternativ cu o tensiune de 220V și o frecvență de 50Hz. Acest lucru este valabil doar pentru lămpile cu incandescență, motoarele electrice din aspiratoare, frigidere.

În orice aparat electrocasnic complex alimentat cu curent alternativ, există componente care funcționează la tensiune constantă Cu sensuri diferite. Este practic imposibil de prezis care ar putea fi aceste valori. Prin urmare, toți consumatorii din priză au curent alternativ de aceeași frecvență și tensiune.

DC

În ciuda faptului că ponderea generației de curent continuu este de numai 2%, valoarea sa este destul de mare. Curentul continuu este generat de celule galvanice, baterii, termocupluri, panouri solare.

Bateriile solare devin astăzi un domeniu foarte promițător al energiei, când problema utilizării surselor regenerabile de energie este pusă în discuție.

Curentul continuu alimentează motoarele locomotivelor din transportul feroviar, este utilizat în rețeaua de bord a avioanelor și a mașinilor.

Sunt tot mai multe vehicule electrice și hibride pe drumurile orașelor moderne. Pentru a-și reîncărca bateriile, se construiesc stații care le asigură nevoile de curent continuu.

Care ar trebui să fie prizele

Dimensiunile prizelor, tipul lor, materialul din care sunt confectionate depind in primul rand de scopul prizelor, curentii si tensiunile pentru care sunt proiectate. Dispozitivele de tensiune DC au mufe polarizate. Prin urmare, prizele pentru ele trebuie să fie polare. Atunci nici un utilizator neexperimentat nu va putea confunda unde sunt „+” și „-”.

Un curent alternativ într-un circuit este un flux electric de particule încărcate, a cărui direcție și viteză se schimbă periodic în timp, conform unei anumite legi.

Instruire

Consultați conceptul general de curent alternativ în circuit electric descris în manual scolar. Acolo vei vedea că curentul alternativ este un curent electric, a cărui valoare se modifică conform unei legi sinusoidale sau cosinusului. Aceasta înseamnă că mărimea curentului în rețeaua de curent alternativ variază în funcție de legea sinusului sau cosinusului. Strict vorbind, acesta corespunde curentului care curge în gospodărie reteaua electrica. Cu toate acestea, sinusoidalitatea curentului nu este o definiție generală a curentului alternativ și nu explică pe deplin natura fluxului său.

Desenați un grafic al unei unde sinusoidale pe o bucată de hârtie. Acest grafic arată că valoarea funcției în sine, exprimată prin puterea curentă în acest context, se schimbă de la o valoare pozitivă la una negativă. Mai mult, timpul după care semnul se schimbă este întotdeauna același. Acest timp se numește perioada oscilațiilor curentului, iar inversul timpului se numește frecvența curentului alternativ. De exemplu, frecvența AC rețeaua de acasă este de 50 Hz.

Fiți atenți la ceea ce înseamnă fizic schimbarea de semn a funcției. De fapt, asta înseamnă doar că la un moment dat curentul începe să curgă în direcția opusă. Mai mult, dacă legea schimbării este sinusoidală, atunci schimbarea direcției de mișcare nu are loc brusc, ci cu decelerare treptată. De aici conceptul de curent alternativ și diferența sa principală față de curentul continuu, care curge întotdeauna în aceeași direcție și are o valoare constantă. După cum știți, direcția curentului este dată de direcția particulelor încărcate pozitiv din circuit. Astfel, într-un circuit de curent alternativ, particulele încărcate trec anumit timp schimbă direcția mișcării lor în sens invers.

În vremea noastră, nu există o astfel de ramură a economiei naționale în care să nu se folosească electricitatea. Și fiecare dintre ei prezintă mașini electriceși dispozitive anumite cerințe, de care depinde nu numai proiectarea acestor mașini, ci și tipul de curent utilizat. Deși atât curenții alternativi, cât și curenții continui sunt folosiți pe scară largă în inginerie și industrie, domeniile lor de aplicare sunt foarte clar delimitate.

Pentru prima dată, oamenii au primit curent electric de la celule galvanice. Aceste elemente au creat un flux de electroni în circuitul electric, mișcându-se tot timpul într-o direcție specifică. Acest curent se numește „constant”.

Primele generatoare rotative, motoare electrice și aparate au funcționat și ele pe curent continuu. Și când, la sfârșitul secolului trecut, inginerul electric rus M. O. Dolivo-Dobrovolsky a propus utilizarea curentului alternativ trifazat, mulți oameni de știință au reacționat la aceasta cu neîncredere. Chiar și celebrul inginer electric american Edison a considerat curentul alternativ o invenție care nu merita atenție. Cu toate acestea, foarte curând curentul alternativ a început să fie utilizat în multe domenii ale ingineriei electrice. Alternatoarele electrice creează un flux de electroni în circuitul electric care schimbă continuu direcția mișcării acestuia. Da, în lanțuri bec luminând camera ta, electronii au timp într-o secundă

De 100 de ori pentru a schimba direcția de mișcare: de 50 de ori se mișcă într-o direcție și de 50 de ori în direcția opusă. Se spune că un astfel de curent are o frecvență de 50 de cicluri pe secundă.

Această caracteristică a mișcării electronilor conferă curentului alternativ o serie de proprietăți care i-au determinat poziția dominantă în ingineria electrică modernă.

Una dintre cele mai importante proprietăți ale curentului alternativ este capacitatea sa de a se transforma. După cum știm, transmisie energie electrica pe distanțe mari este posibilă numai la tensiuni foarte mari, ajungând la 110, 220 și chiar 500-800 mii V. Asa de tensiune înaltă nu pot fi obținute direct de la generatoare. În același timp, pentru diverse mașini electrice iar dispozitivele au nevoie de un curent electric cu o tensiune de câteva zeci sau sute de volți. Aici a fost utilă capacitatea lui de a transforma - a permis utilizarea transformatoarelor pentru a schimba tensiunea curentului alternativ în orice domeniu.

Puțin din. Conectarea înfășurărilor generatorului într-un sistem trifazat a făcut posibilă obținerea unui curent alternativ trifazat. Acesta este un sistem de trei curenți alternativi care au aceeași frecvență, dar diferă ca fază cu o treime din perioadă. Curent trifazat are avantaje importante. În primul rând, liniile electrice trifazate sunt mai profitabile decât cele monofazate: prin ele se poate transmite mai multă energie electrică cu același cost de fire și izolație decât cu curent alternativ monofazat. Și în al doilea rând, datorită proprietății unui curent alternativ trifazat de a crea un câmp magnetic rotativ, a fost posibil să se construiască motoare electrice asincrone foarte simple și fiabile fără colector și perii.

Aceste calități ale curentului alternativ au fost motivul pentru care astăzi toate centralele industriale produc doar curent alternativ trifazat.

Mai mult de jumătate din energia electrică generată de aceste centrale este consumată de motoarele electrice. Pentru a putea efectua o varietate de lucrări, acestea sunt făcute diferite atât ca design, cât și ca dimensiune.

Pe lângă simplu motoare cu inducție, care sunt utilizate pe scară largă pentru a conduce mașinile-unelte, există motoare cu înfășurări și inele colectoare pe rotor. Ele se dezvoltă efort deosebit la pornire și, prin urmare, sunt utilizate cu succes la macarale. Mai sunt ceva motoare sincrone având o viteză de rotație constantă. În ceea ce privește dimensiunea, motoarele electrice sunt mici - ca o bobină de ață - și uriașe, ca un carusel.

Utilizarea mai multor motoare electrice pentru a antrena simultan mașini-unelte a făcut posibilă simplificarea mecanismelor mașinii, a facilitat controlul acestora și a făcut posibilă crearea liniilor automate de mașini.

Dimensiunea redusă a motoarelor electrice a făcut posibilă utilizarea energiei electrice acolo unde anterior se folosea doar muncă manuală. Burghiile electrice, ferastraiele, avioanele si alte unelte electrificate au facut munca muncitorilor mult mai usoara si mai productiva.

Lustruit electric, aspiratoare, mașini de spălat iar frigiderele au venit în ajutorul gospodinelor.

Curentul alternativ este o sursă bună de căldură. Metalul este topit și fiert în cuptoare puternice cu arc electric. Cuptoarele electrice cu rezistență sunt utilizate pe scară largă pentru aer condiționat, cuptoare de încălzire și diverse încăperi.

Becurile emit lumină indiferent de cât de mult curent trece prin filamentele lor. Dar, deoarece transmisia AC este mai economică, iar transformatoarele facilitează menținerea tensiunii de care au nevoie, întreaga rețea de iluminat a orașelor și satelor este deservită de curent alternativ.

Schimbarea continuă a direcției de mișcare a electronilor în curent alternativ, capacitatea sa de a se transforma i-au deschis o cale largă în multe domenii ale tehnologiei. Dar curentul nu este întotdeauna bun, schimbându-și direcția tot timpul. Așa că te-ai urcat într-un troleibuz, într-un tren de metrou sau într-un vagon „tren electric” pe calea ferată. Aici ești în domeniul curentului continuu.

Faptul este că motoarele electrice de curent alternativ simple și convenabile nu permit schimbarea fără probleme a vitezei de rotație a acestora pe o gamă largă. Și amintiți-vă de câte ori șoferul trebuie să modifice viteza troleibuzului; doar un motor de curent continuu poate face față bine unei astfel de lucrări agitate. Aceste motoare sunt alimentate de la substații redresoare de tracțiune. Curentul alternativ care vine de la centralele electrice este transformat în curent continuu cu ajutorul redresoarelor cu mercur și apoi alimentat în reteaua de contact- în fire și șine.

Utilizarea motoarelor de tracțiune cu curent continuu în vehiculele de transport s-a dovedit a fi atât de benefică încât pot fi găsite pe locomotive diesel și pe nave cu motor.

Motoarele lor principale sunt motoare diesel care antrenează generatoare care produc curent continuu. Și el, la rândul său, face ca motoarele electrice să rotească roțile sau elicele.

Cu toate acestea, costul ridicat și complexitatea stațiilor de transformare au forțat oamenii de știință și inginerii să se gândească la utilizarea curentului alternativ în transport. Acum sunt secțiuni căi ferate folosind curent alternativ monofazat. De asemenea, este folosit cu succes pe multe nave diesel-electrice.

Electrificarea ulterioară a căilor ferate din țara noastră se va realiza în principal folosind curent alternativ cu o tensiune de 25 mii V. Acest curent va fi transformat în curent continuu direct pe locomotive electrice folosind redresoare.

Capacitatea bună de reglare a motoarelor electrice de curent continuu a făcut posibilă aplicarea lor cu succes și pe mecanismele de ridicare și transport. Macaralele convenționale pe care le vedeți pe șantierele funcționează cu motoare cu curent alternativ. Dar pe macaralele puternice ale fabricilor metalurgice mari, sunt instalate motoare de curent continuu. La urma urmei, aici este necesar să ridicați fără probleme și să transportați oale uriașe cu metal topit, să le turnați în matrițe sau să alimentați lingourile încinse la laminoare.

Aceste motoare conduc, de asemenea, mecanismele excavatoarelor uriașe.

Motoarele de curent continuu pot dezvolta viteze de rotație foarte mari - până la 25 mii rpm. Acest lucru vă permite să obțineți multă putere cu motor de dimensiuni foarte mici. Prin urmare, sunt indispensabile ca motoare de control folosite la aeronave pentru rotirea cârmelor, eleronelor și flapsurilor, pentru ridicarea și coborârea trenului de aterizare și alte mecanisme.

Direcția constantă de mișcare a electronilor într-un circuit de curent continuu a determinat o zonă mare și importantă de aplicare a biților, în care curentul alternativ nu poate concura cu acesta. Vorbim despre electroliză - un proces asociat cu trecerea curentului prin soluții lichide - electroliți. Sub influența unui curent continuu care trece prin electrolit, acesta se descompune în elemente separate care se depun pe anumiți electrozi - pe anod sau catod. Această proprietate este utilizată pe scară largă în metalurgia neferoasă - pentru a obține aluminiu, magneziu, zinc, cupru, mangan. LA industria chimica electroliza produce fluor, clor, hidrogen și alte substanțe.

În galvanizare, electroliza este folosită pentru a depune metal pe suprafața diferitelor produse. In acest fel se aplica straturi de protectie pe produse metalice (nichelare, cromare), se realizeaza monumente metalice, placi de tipar etc.. Galvanizarea este folosita in medicina pentru tratarea anumitor boli.

Direcția constantă a electronilor ajută curentul continuu să concureze cu curentul alternativ la sudare și unele tipuri de iluminat. La sudarea cu curent continuu, particulele de metal sunt transferate de la electrod la produs mai corect, iar cusătura este mai bună decât la sudarea cu curent alternativ.

Du-te la studioul de film. Proiectoarele puternice de film cu arc inundă cu lumină pavilionul de filmare. La curent alternativ, arcul arde mai puțin constant, dă mai puțină lumină și emite un zumzet care interferează cu înregistrarea sunetului la filmare. Prin urmare, proiectoarele de film sunt alimentate cu curent continuu, ceea ce oferă un arc silentios, stabil. Proiectoarele militare puternice și proiectoarele de film cu arc folosesc, de asemenea, curent continuu.

Pentru a obține curent alternativ, trebuie să rotiți continuu alternatorul, iar curentul continuu poate fi furnizat de baterii staționare sau celule galvanice. Aceste proprietăți sursă curent electric de asemenea, în unele cazuri determină domeniul de aplicare a curentului continuu.

Mașina este pe loc. Cum să-și pornească motorul? O baterie reîncărcabilă vă stă la dispoziție. Apăsați butonul de pornire și motorul de curent continuu, alimentat de baterie, pornește motorul. Și atunci când motorul funcționează, rotește generatorul, care încarcă bateria, restabilește energia consumată. Un astfel de proces reversibil nu este disponibil pentru curent alternativ.

Ce s-ar întâmpla dacă iluminatul trenului ar fi alimentat de curent alternativ? Trenul s-a oprit - roțile vagoanelor s-au oprit din rotire, iar odată cu el se opreau generatoarele electrice și luminile din vagoane se stingeau. Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece sub mașini sunt instalate generatoare de curent continuu, care funcționează în paralel cu bateriile. Există un tren - generatoarele se rotesc, furnizează energie pentru iluminare și în același timp încarcă bateria. Compoziția sa oprit - bateria trimite curent către rețeaua de iluminat.

Imaginați-vă că a avut loc un accident la o centrală electrică: toate turbogeneratoarele sau hidrogeneratoarele s-au oprit și liniile electrice care o leagă cu alte centrale electrice au fost deconectate. În astfel de cazuri, curentul continuu obținut de la bateriile mari ajută. Cu ajutorul acestuia, mecanismele auxiliare sunt puse în mișcare, comutatoarele oprite sunt pornite și turbogeneratoarele principale sau hidrogeneratoarele sunt repuse în funcțiune. Puterea bateriei este foarte fiabilă, astfel încât toate circuitele de control, automatizare și protecție de alarmă din centralele mari funcționează pe curent continuu.

Poate un submarin să plutească fără curent continuu? La suprafața apei, poate. În acest caz, elicele sale sunt rotite de motorine. Dar motorinele se opresc sub apă - nu este suficient aer. Are un motor DC alimentat de baterii. Când barca reapare la suprafață și motorul diesel pornește, motorul electric se transformă într-un generator și reîncarcă bateriile.

În mine, nu este posibil să atârnați peste tot un fir de contact pentru locomotive electrice. Cum se pot mișca? Și aici, din nou, bateria vine în ajutor. În multe mine, locomotivele electrice cu baterii transportă cărbune din cele mai îndepărtate mine. Cărucioare electrice cu baterii - mașini electrice - le vezi des în gări. Se găsesc și în atelierele marilor uzine și fabrici.

Acordați atenție modului în care cameramanul filmează un eveniment important. Are o cameră de film ușoară în mâini și o baterie la curea. Am apăsat butonul și dispozitivul a început să funcționeze. Astfel de baterii ușoare sunt utilizate pe scară largă pentru stații radio portabile, dispozitive de semnalizare, instrumente electrice de măsură.

Desigur, exemplele enumerate aici nu epuizează toate domeniile de aplicare a energiei electrice. Nu am spus nimic despre utilizarea sa pentru comunicații telegrafice și telefonice, pentru radio și televiziune și alte scopuri - veți citi despre acest lucru în articolele relevante de pe site-ul nostru.