Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени. Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Обычно в технике под Переменный ток понимают периодический ток, в котором среднее значение за период силы тока и напряжения равно нулю.
Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют П. т, самых различных частот, а также импульсные токи.
Преимущества сетей переменного тока
- Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
- Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями).
- Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.
Переменный ток получают путем вращения рамки в магнитном поле. Принцип действия — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается якорь из магнита (электромагнита) с несколькими полюсами (2, 4, 6 и т. д.), а с обмоток статора снимается переменное напряжение.
Для передачи и распределения электрической энергии преимущественно используется Переменный ток благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности (см. Передача электроэнергии, Электрическая цепь). Широко применяются трёхфазные системы Переменный ток (см. Трёхфазная цепь). Генераторы и двигатели Переменный ток по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. Переменный ток может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в Переменный ток другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели Переменный ток (асинхронные и синхронные) для всех видов электроприводов, требующих плавного регулирования скорости.
Переменный ток широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.).
В связи с удобством преобразования из высокого напряжения, необходимого для передачи электроэнергии на большие расстояния, а низкое, необходимое для непосредственного использования в быту и в технике, переменный ток нашел широкое применение в промышленности и в быту. В промышленности переменный ток используется для литания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту — для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т. п.
В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 - этот вариант принят в США) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).
В текстильной промышленности, авиации и военном деле для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения применяют частоту 400 Гц, а в морфлоте 500 Гц.
18. Основные закономерности цепей переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Последовательный и параллельный резонансы. Явление резонанса и его применение в технике и технологиях.
Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени. Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Э.д.с, переменного тока определяется выражением:
E=Em sin(wt+j),
гае Em, — максимальное или амплитудное значение э.д.с., w = 2pf — круговая частота, f == 1/T — частота изменения направления тока в секунду, Т — период колебания, j — фаза относительно некоторого начального момента времени.
Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока, имеющие соотношение:
Мощность в цели переменного тока равна
,
где Em, и 1m — амплитудные значения напряжения и тока в электрической цепи, j — сдвиг фазы между ними.
Протекающий по обмотке переменный ток создает магнитный поток. Этот магнитный поток точно так же, как и ток, изменяет свою силу и направление. При изменении магнитного потока по закону индукции в обмотке создается ЭДС (электродвижущая сила). Направление ЭДС противоположно полярности подаваемого напряжения. Это явление называется самоиндукцией.
Самоиндукция в цепи переменного тока частично проявляется в сдвиге по фазе между током и напряжением и частично — в падении индуктивного напряжения. Сопротивление цепи переменного тока становится значительно выше рассчитанного или измеренного сопротивления этой же цепи постоянному току.
Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Индуктивное сопротивление (реактивное) обозначается X, активное сопроти ние — R, кажущееся сопротивление цепи или проводника — Z. Полное сопротивление (импеданс) вычисляется по формуле:
Где: Z - полное сопротивление, Ом, R - активное сопротивление, Ом
Закон Ома для цепи переменного тока: U=I*Z
Где:U - напряжение, В, I - ток, А; Z - полное сопротивление, Ом
поэтому мощность P полная (произведение тока и напряжения) = 220*значение тока полное.
(((((((((((((((((Любой проводник электрической цепи обладает тремя видами сопротивления:
— активным — R = U/I; реактивным индуктивным — ХL, =wL; и реактивным емкостным Хс = 1/wС.
В активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе, в индуктивном ток отстает по фазе на 90о, в емкостном — опережает по фазе на 90о. Поэтому общее сопротивление цепи, в которой имеются сопротивление (резистор), индуктивность и емкость, будет определяться выражением:
)))))))))))))))))))
При равенстве wД= 1/wС в цепи наступает резонанс. Резонанс (франц. resonance, от лат. resono — звучу в ответ, откликаюсь), явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний в какой-либо колебательной системе, наступающее при приближении частоты периодического внешнего воздействия к некоторым значениям, определяемым свойствами самой системы. В простейших случаях Резонанс наступает при приближении частоты внешнего воздействия к одной из тех частот, с которыми происходят собственные колебания в системе, возникающие в результате начального толчка. Характер явления Резонанс существенно зависит от свойств колебательной системы. Наиболее просто Резонанс протекает в тех случаях, когда периодическому воздействию подвергается система с параметрами, не зависящими от состояния самой системы (т. н. линейные системы).
В электрических колебательных системах, состоящих из последовательно соединённых ёмкости С и индуктивности L , Резонанс состоит в том, что при приближении частот внешней эдс к собственной частоте колебательной системы, амплитуды эдс на катушке и напряжения на конденсаторе порознь оказываются гораздо больше амплитуды эдс, создаваемой источником, однако они равны по величине и противоположны по фазе. В случае воздействия гармонической эдс на цепь, состоящую из параллельно включенных ёмкости и индуктивности , имеет место особый случай Резонанс (антирезонанс). При приближении частоты внешней эдс к собственной частоте контура LC происходит не возрастание амплитуды вынужденных колебаний в контуре, а наоборот, резкое уменьшение амплитуды силы тока во внешней цепи, питающей контур. В электротехнике это явление называется Резонанс токов или параллельным Резонанс Это явление объясняется тем, что при частоте внешнего воздействия, близкой к собственной частоте контура, реактивные сопротивления обеих параллельных ветвей (ёмкостной и индуктивной) оказываются одинаковыми по величине и поэтому в обеих ветвях контура текут токи примерно одинаковой амплитуды, но почти противоположные по фазе. Вследствие этого амплитуда тока во внешней цепи (равного алгебраической сумме токов в отдельных ветвях) оказывается гораздо меньшей, чем амплитуды тока в отдельных ветвях, которые при параллельном Резонанс достигают наибольшей величины. Параллельный Резонанс, так же как и последовательный Резонанс, выражается тем резче, чем меньше активное сопротивление ветвей контура Резонанс Последовательный и параллельный Резонанс называются соответственно Резонанс напряжений и Резонанс токов.
Резонанс весьма часто наблюдается в природе и играет огромную роль в технике. Большинство сооружений и машин способны совершать собственные колебания, поэтому периодические внешние воздействия могут вызвать их Резонанс; например Резонанс моста под действием периодических толчков при прохождении поезда по стыкам рельсов, Резонанс фундамента сооружения или самой машины под действием не вполне уравновешенных вращающихся частей машин и т. д. Известны случаи, когда целые корабли входили в Резонанс при определённых числах оборотов гребного вала. Во всех случаях Резонанс приводит к резкому увеличению амплитуды вынужденных колебаний всей конструкции и может привести даже к разрушению сооружения. Это вредная роль Резонанс, и для устранения его подбирают свойства системы так, чтобы её нормальные частоты были далеки от возможных частот внешнего воздействия, либо используют в том или ином виде явление антирезонанса (применяют т. н. поглотители колебаний, или успокоители). В др. случаях Резонанс играет положительную роль, например: в радиотехнике Резонанс — почти единственный метод, позволяющий отделить сигналы одной (нужной) радиостанции от сигналов всех остальных (мешающих) станций.
19. Основные закономерности постоянного тока. Закон Ома, 1-ое и 2-ое правило Кирхгофа. Применение постоянного тока в технике и технологиях.
Электрическим токам называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве.
Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике под действием электрического поля называется током проводимости.
Упорядоченное движение электрических зарядов путем перемещения в пространстве заряженного тела называется конвекционным электрическим током.
За направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. В действительности в металлических проводниках электрический ток создается движением электронов в противоположном направлении.
Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени:
Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь:
Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока
Носителями тока в металлах являются электроны проводимости. В классическом приближении эти электроны рассматриваются как электронный газ.
Законы постоянного тока.
Закон Ома.
Напряжение на участке цепи равно произведению его сопротивления R на силу тока I, : U=RI,B.
При последовательном соединении резисторов R=R1+R2;
при параллельном соединении: 
Мощность, выделяемая в проводнике равна: 
Вт.
Энергия, выделяющаяся за время Т, равна: 
Правило Кирхгофа первое.
Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: 
.
Правило Кирхгофа второе (правило контуров).
В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме приложенных в нем э.д.с.
Емкость конденсатора равна:
где e0 = 8,85 • 10-12 Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума, e — относительная диэлектрическая проницаемость изолятора между пластинами, S — площадь пластин, d — расстояние между ними.
При параллельном соединении конденсаторов: С = С1 + С2.
При последовательном соединении: 
Заряд, накопленный в конденсаторе: Q=CU=IT, где Q — заряд, Кл; С — емкость конденсатора, Ф; U — напряжение, В; I — зарядный ток, А; T — время заряда, с.
Энергия, запасенная в конденсаторе:
Величина индуктивности равна: 
где m0= 1,25 • 10~6, Гн/м — магнитная проницаемость вакуума; m — относительная магнитная проницаемость сердечника; S — площадь сердечника, м2; l — длина магнитной силовой линии, м; w — число витков провода на сердечнике.
При последовательном соединении индуктивностей: L=L1+L2.
При параллельном соединении: 
Э.д.с самоиндукции: 
Энергия, запасенная в индуктивности: 
Постоянный ток используется в промышленности для силовых транспортных электродвигателей (электропоезда, трамвай, троллейбус, электрокары) в связи с возможностью широкого регулирования скорости вращения и изменения момента на валу ротора двигателя, а электролитических технологиях (производство алюминия, меди, нанесение покрытий).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему