جریان متناوب و مستقیم: تفاوت، تاریخچه توسعه، کاربرد. جریان متناوب و جریان مستقیم: اختلاف

انواع جریان

از انواع جریان الکتریکی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

دی سی:

تعیین (-) یا DC (جریان مستقیم = جریان مستقیم).

جریان متناوب:

نشانه گذاری (

) یا AC (جریان متناوب = جریان متناوب).

در مورد جریان مستقیم (-)، جریان در یک جهت جریان می یابد. جریان مستقیم، به عنوان مثال، توسط باتری‌های خشک، پنل‌های خورشیدی و باتری‌ها برای وسایلی با جریان کم مصرف می‌شود. الکترولیز آلومینیوم، جوش قوس الکتریکی و بهره برداری از راه آهن برقی نیاز به جریان مستقیم بالایی دارد. با استفاده از اصلاح AC یا با استفاده از ژنراتورهای DC ایجاد می شود.

به عنوان جهت فنی جریان، فرض می شود که از تماس با علامت "+" به تماس با علامت "-" جریان می یابد.

در مورد جریان متناوب (

) بین جریان متناوب تک فاز، جریان متناوب سه فاز و جریان با فرکانس بالا تمایز قائل شوید.

با جریان متناوب، جریان دائماً مقدار و جهت خود را تغییر می دهد. در شبکه برق اروپای غربی، جریان 50 بار در ثانیه تغییر جهت می دهد. فرکانس تغییرات نوسان در ثانیه را فرکانس جریان می گویند. واحد فرکانس هرتز (هرتز) است. جریان متناوب تک فاز به یک هادی حامل ولتاژ و یک هادی برگشتی نیاز دارد.

جریان متناوب در محل ساخت و ساز و در صنعت برای کار با ماشین های الکتریکی مانند آسیاب های دستی، مته های برقی و اره های مدور و همچنین برای ساخت و سازهای سبک و تجهیزات سایت ساختمانی استفاده می شود.

دینام های سه فاز یک ولتاژ متناوب با فرکانس 50 هرتز در هر یک از سه سیم پیچ آن تولید می کنند. با این ولتاژ می توان سه شبکه مجزا را تامین کرد و در عین حال تنها از شش سیم برای هادی های مستقیم و برگشتی استفاده کرد. اگر هادی های برگشت را ترکیب کنید، می توانید خود را به چهار سیم محدود کنید

سیم برگشتی مشترک، هادی خنثی (N) خواهد بود. به عنوان یک قاعده، زمین است. سه هادی دیگر (رسانای بیرونی) به اختصار LI، L2، L3 نامیده می شوند. در شبکه برق آلمان ولتاژ بین هادی بیرونی و هادی خنثی یا زمین 230 ولت است. ولتاژ بین دو هادی خارجی مثلا بین L1 و L2 400 ولت است.

جریان فرکانس بالا زمانی گفته می شود که فرکانس نوسان بسیار بالاتر از 50 هرتز (از 15 کیلوهرتز تا 250 مگاهرتز) باشد. جریان فرکانس بالا می تواند برای گرم کردن مواد رسانا و حتی ذوب آنها مانند فلزات و برخی مواد مصنوعی استفاده شود.

مبدل ها AC DCجاری. دستگاه

واسیلی سونکین

اگر مردم در امتداد تمام حلقه باغ بایستند، دست در دست هم بگیرند و به طور همزمان در یک جهت راه بروند، آنگاه افراد زیادی از هر تقاطع عبور خواهند کرد. این جریان مستقیم است. اگر یکی دو قدم به سمت راست بروند، سپس به سمت چپ، افراد زیادی از هر تقاطع عبور می کنند، اما همان افراد خواهند بود. این جریان متناوب است.

جریان حرکت الکترون ها در یک جهت معین است. لازم است که الکترون ها نیز در دستگاه های ما حرکت کنند. جریان در پریز از کجا می آید؟

نیروگاه انرژی جنبشی الکترون ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. یعنی یک نیروگاه برق آبی از آب جاری برای چرخاندن توربین استفاده می کند. پروانه توربین یک توپ مسی را بین دو آهنربا می چرخاند. آهنرباها باعث حرکت الکترون های مس می شوند، به همین دلیل، الکترون های موجود در سیم هایی که به سیم پیچ مسی متصل هستند شروع به حرکت می کنند - جریانی حاصل می شود.

ژنراتور مانند پمپ آب است و سیم مانند شلنگ است. ژنراتور-پمپ الکترون-آب را از طریق سیم-شیلنگ پمپ می کند.

جریان متناوب جریانی است که در پریز داریم. به این دلیل متغیر نامیده می شود که جهت الکترون ها دائماً در حال تغییر است. پریزهای AC فرکانس ها و ولتاژهای متفاوتی دارند. چه مفهومی داره؟ در سوکت های روسی فرکانس 50 هرتز و ولتاژ 220 ولت است. معلوم می شود که در یک ثانیه جریان الکترون ها جهت حرکت و بار الکترون را 50 بار از مثبت به منفی تغییر می دهد. تغییر جهت را می توان در چراغ های فلورسنت با روشن کردن آنها مشاهده کرد. در حالی که الکترون ها شتاب می گیرند، چندین بار چشمک می زند - این تغییر جهت حرکت است. و 220 ولت حداکثر "فشار" ممکن است که الکترون ها در این شبکه حرکت می کنند.

در جریان متناوب، شارژ دائما در حال تغییر است. این بدان معنی است که ولتاژ یا 100٪، سپس 0٪، سپس دوباره 100٪ است. اگر ولتاژ 100٪ ثابت بود، یک سیم با قطر بزرگ مورد نیاز است و با تغییر شارژ، سیم ها می توانند نازک تر شوند. راحت است. یک نیروگاه می تواند میلیون ها ولت را از طریق یک سیم کوچک بفرستد، سپس یک ترانسفورماتور برای یک خانه جداگانه، به عنوان مثال، 10000 ولت مصرف می کند و 220 ولت را به هر پریز می دهد.

جریان مستقیم جریانی است که در باتری یا باتری گوشی خود دارید. ثابت نامیده می شود زیرا جهت حرکت الکترون تغییر نمی کند. شارژرها جریان متناوب از شبکه را به جریان مستقیم تبدیل می کنند و به این شکل در باتری ها وجود دارد.

جریان متناوب چیست و چه تفاوتی با جریان مستقیم دارد

جریان متناوب. برخلاف جریان مستقیم هم از نظر بزرگی و هم در جهت پیوسته تغییر می کند و این تغییرات به صورت دوره ای رخ می دهد، یعنی دقیقاً در فواصل زمانی منظم تکرار می شود.

برای القای چنین جریانی در مدار، از منابع جریان متناوب استفاده می‌شود که یک emf متغیر ایجاد می‌کنند که به صورت دوره‌ای در بزرگی و جهت تغییر می‌کند. به چنین منابعی آلترناتور می گویند.

روی انجیر 1 نموداری از دستگاه (مدل) ساده ترین دینام را نشان می دهد.

یک قاب مستطیلی ساخته شده از سیم مسی بر روی یک محور نصب شده و با کمک یک تسمه محرک در میدان آهنربا می چرخد. انتهای قاب به حلقه های تماس مسی لحیم می شود، که با چرخش با قاب، در امتداد صفحات تماس (برس) می لغزند.

شکل 1. طرح ساده ترین دینام

بیایید مطمئن شویم که چنین دستگاهی واقعا منبع EMF متغیر است.

فرض کنید یک آهنربا یک میدان مغناطیسی یکنواخت بین قطب های خود ایجاد می کند. یعنی چگالی خطوط مغناطیسی نیرو در هر قسمت از میدان یکسان است. با چرخش، قاب از خطوط نیروی میدان مغناطیسی عبور می کند و در هر یک از اضلاع a و b آن، یک EMF القا می شود.

اضلاع c و d قاب کار نمی کنند، زیرا وقتی فریم می چرخد، از خطوط میدان مغناطیسی عبور نمی کند و بنابراین در ایجاد EMF شرکت نمی کند.

در هر لحظه از زمان، EMF که در سمت a رخ می دهد در جهت مخالف EMF است که در سمت b رخ می دهد، اما در قاب، هر دو EMF مطابق و در مجموع کل EMF را تشکیل می دهند، یعنی توسط کل القا شده است. قاب

اگر از قانون معروف دست راست برای تعیین جهت EMF استفاده کنیم، تأیید این امر آسان است.

برای انجام این کار، باید کف دست راست خود را طوری قرار دهید که رو به قطب شمال آهنربا باشد و شست خم شده با جهت حرکت آن سمت از کادر که می خواهیم جهت آن را تعیین کنیم، مطابقت دارد. EMF سپس جهت EMF در آن با انگشتان کشیده نشان داده می شود.

برای هر موقعیتی از قاب که جهت EMF را در ضلع های a و b تعیین کنیم، همیشه با هم جمع می شوند و یک EMF مشترک در قاب تشکیل می دهند. در همان زمان، با هر چرخش قاب، جهت کل EMF در آن به سمت مخالف تغییر می کند، زیرا هر یک از طرف های کاری قاب در یک دور از زیر قطب های مختلف آهنربا عبور می کند.

بزرگی EMF القا شده در قاب نیز تغییر می کند، زیرا سرعتی که دو طرف قاب خطوط میدان مغناطیسی را قطع می کنند تغییر می کند. در واقع، در زمانی که قاب به موقعیت عمودی خود نزدیک می شود و از آن عبور می کند، سرعت عبور از خطوط نیرو توسط دو طرف قاب بیشترین است و بزرگترین EMF در قاب القا می شود. در آن لحظات زمانی که قاب از موقعیت افقی خود عبور می کند، به نظر می رسد که طرفین آن در امتداد خطوط مغناطیسی نیرو بدون عبور از آنها می لغزند و EMF القا نمی شود.

بنابراین، با چرخش یکنواخت قاب، یک EMF در آن القا می شود که به طور دوره ای هم از نظر بزرگی و هم در جهت تغییر می کند.

EMF که در حلقه رخ می دهد را می توان با یک دستگاه اندازه گیری کرد و برای ایجاد جریان در یک مدار خارجی استفاده کرد.

استفاده از پدیده القای الکترومغناطیسی شما می توانید یک EMF متغیر و بنابراین یک جریان متناوب دریافت کنید.

جریان متناوب برای مصارف صنعتی و روشنایی توسط ژنراتورهای قدرتمندی که توسط توربین های بخار یا آب و موتورهای احتراق داخلی هدایت می شوند تولید می شود.

نمایش گرافیکی جریان های مستقیم و متناوب

روش گرافیکی امکان تجسم فرآیند تغییر یک یا متغیر دیگر را بسته به زمان ممکن می سازد.

ساخت نمودارهای متغیرهایی که در طول زمان تغییر می کنند با ساخت دو خط عمود بر هم شروع می شود که به آنها محورهای نمودار می گویند. سپس در محور افقی، در یک مقیاس معین، فواصل زمانی و در عمودی، همچنین در یک مقیاس معین، مقادیر کمیتی که قرار است نمودار آن را ترسیم کنند (EMF، ولتاژ یا جریان) ترسیم می شود. ).

روی انجیر 2 به صورت گرافیکی جریان های مستقیم و متناوب را به تصویر می کشد. در این حالت مقادیر جریان را رسم می کنیم و از نقطه تقاطع محورهای O به سمت عمودی، مقادیر جریان یک جهت که معمولاً به آن مثبت می گویند رسم می شود و از این نقطه به پایین رسم می شود. ، جهت مخالف که معمولاً به آن منفی می گویند.

شکل 2. نمایش گرافیکی جریان مستقیم و متناوب

نقطه O خود به طور همزمان به عنوان نقطه مرجع برای مقادیر جریان (عمودی پایین و بالا) و زمان (افقی به سمت راست) عمل می کند. به عبارت دیگر، این نقطه مربوط به مقدار صفر جریان و لحظه اولیه زمانی است که از آن قصد داریم نحوه تغییر جریان را در آینده ردیابی کنیم.

اجازه دهید صحت آنچه در شکل ساخته شده است را بررسی کنیم. 2 و نمودار جریان ثابت 50 میلی آمپر.

از آنجایی که این جریان ثابت است، یعنی مقدار و جهت آن در طول زمان تغییر نمی کند، مقادیر جریان یکسان، یعنی 50 میلی آمپر، با نقاط مختلف زمان مطابقت دارد. در نتیجه، در لحظه زمانی برابر با صفر، یعنی در لحظه اولیه مشاهده ما از جریان، برابر با 50 میلی آمپر خواهد بود. با قرار دادن یک قطعه در امتداد محور عمودی برابر با مقدار فعلی 50 میلی آمپر، اولین نقطه نمودار خود را به دست خواهیم آورد.

ما باید همین کار را برای لحظه بعدی مربوط به نقطه 1 در محور زمان انجام دهیم، یعنی یک قطعه را به صورت عمودی به سمت بالا از این نقطه به تعویق بیندازیم، همچنین برابر با 50 میلی آمپر. انتهای بخش، نقطه دوم نمودار را برای ما مشخص می کند.

پس از انجام ساخت و ساز مشابه برای چندین نقطه بعدی در زمان، ما یک سری نقاط را دریافت خواهیم کرد که اتصال آنها یک خط مستقیم را ایجاد می کند که یک نمایش گرافیکی از جریان مستقیم 50 میلی آمپر است.

رسم متغیر EMF

اکنون به بررسی نمودار متغیر EMF می پردازیم. روی انجیر 3 در بالا یک فریم را نشان می دهد که در یک میدان مغناطیسی می چرخد ​​و در پایین یک نمایش گرافیکی از متغیر EMF در حال ظهور است.

شکل 3. رسم متغیر EMF

ما شروع به چرخاندن قاب به طور یکنواخت در جهت عقربه های ساعت می کنیم و روند تغییر EMF را در آن دنبال می کنیم و موقعیت افقی قاب را به عنوان لحظه اولیه در نظر می گیریم.

در این لحظه اولیه، EMF صفر خواهد بود، زیرا دو طرف قاب خطوط میدان مغناطیسی را قطع نمی کنند. در نمودار، این مقدار EMF صفر، مربوط به لحظه t \u003d 0، با نقطه 1 نشان داده می شود.

با چرخش بیشتر قاب، یک EMF در آن ظاهر می شود و تا زمانی که قاب به موقعیت عمودی خود برسد، بزرگی آن افزایش می یابد. در نمودار، این افزایش در EMF به صورت یک منحنی صاف رو به بالا نشان داده می شود که به بالای خود می رسد (نقطه 2).

با نزدیک شدن قاب به موقعیت افقی، EMF در آن کاهش می یابد و به صفر می رسد. در نمودار، این به عنوان یک منحنی صاف در حال سقوط نشان داده می شود.

در نتیجه، در طول زمان مربوط به نیمی از چرخش قاب، EMF در آن موفق شد از صفر به مقدار حداکثر افزایش یابد و دوباره به صفر کاهش یابد (نقطه 3).

با چرخش بیشتر قاب، EMF دوباره در آن ظاهر می شود و به تدریج بر بزرگی آن افزوده می شود، اما جهت آن از قبل به سمت مخالف تغییر می کند، همانطور که با اعمال قانون دست راست می توان مشاهده کرد.

نمودار تغییر جهت EMF را با این واقعیت در نظر می گیرد که منحنی نشان دهنده EMF از محور زمان عبور می کند و اکنون در زیر این محور قرار دارد. Emf دوباره افزایش می یابد تا زمانی که قاب حالت عمودی بگیرد. سپس EMF شروع به کاهش می کند و هنگامی که فریم با یک چرخش کامل به موقعیت اصلی خود باز می گردد، مقدار آن برابر با صفر می شود. در نمودار، این با این واقعیت بیان می شود که منحنی EMF، با رسیدن به اوج خود در جهت مخالف (نقطه 4)، سپس با محور زمان (نقطه 5) ملاقات می کند.

به این ترتیب یک چرخه تغییر EMF به پایان می رسد، اما اگر به چرخش فریم ادامه دهیم، چرخه دوم بلافاصله شروع می شود، دقیقاً اولین چرخه را تکرار می کند، که به نوبه خود، سوم و سپس چهارم خواهد شد و به همین ترتیب تا زمانی که چارچوب چرخش را متوقف می کنیم.

بنابراین، برای هر چرخش قاب، EMF که در آن ایجاد می شود یک چرخه کامل از تغییر آن را ایجاد می کند.

اگر قاب به مدار خارجی بسته شود، جریان متناوب از مدار عبور می کند که نمودار آن شبیه به نمودار EMF خواهد بود.

منحنی موج مانند حاصل را سینوسی می نامند. و جریان، EMF یا ولتاژ، تغییر بر اساس چنین قانونی، سینوسی نامیده می شود.

خود منحنی سینوسی نامیده می شود زیرا نمایش گرافیکی کمیت مثلثاتی متغیر به نام سینوس است.

ماهیت سینوسی تغییر جریان در مهندسی برق رایج ترین است، بنابراین، در مورد جریان متناوب صحبت می شود، در بیشتر موارد به معنای جریان سینوسی است.

برای مقایسه جریان های متناوب مختلف (EMF و ولتاژ)، مقادیری وجود دارد که یک جریان خاص را مشخص می کند. آنها پارامترهای AC نامیده می شوند.

دوره، دامنه و فرکانس - پارامترهای AC

جریان متناوب با دو پارامتر مشخص می شود - دوره و دامنه، با دانستن اینکه می توانیم نوع جریان متناوب آن را قضاوت کنیم و یک نمودار جریان بسازیم.

شکل 4. منحنی جریان سینوسی

دوره زمانی که در طی آن یک چرخه کامل تغییر جریان اتفاق می افتد، دوره نامیده می شود. نقطه با حرف T نشان داده می شود و بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود.

دوره زمانی که در طی آن نیمی از چرخه کامل تغییر جریان اتفاق می افتد، نیم چرخه نامیده می شود. بنابراین دوره تغییر جریان (EMF یا ولتاژ) از دو نیم سیکل تشکیل شده است. کاملاً واضح است که تمام دوره های جریان متناوب یکسان با یکدیگر برابر هستند.

همانطور که از نمودار مشاهده می شود، در یک دوره از تغییر آن، جریان به دو برابر حداکثر مقدار خود می رسد.

حداکثر مقدار یک جریان متناوب (EMF یا ولتاژ) دامنه یا مقدار دامنه جریان نامیده می شود.

Im، Em و Um معمولاً برای دامنه های جریان، emf و ولتاژ پذیرفته شده اند.

اول از همه، ما به مقدار دامنه جریان توجه کردیم. با این حال، همانطور که از نمودار مشاهده می شود، مقادیر میانی بی شماری از آن کوچکتر از دامنه وجود دارد.

مقدار جریان متناوب (EMF، ولتاژ) مربوط به هر نقطه انتخاب شده در زمان، مقدار آنی آن نامیده می شود.

من. e و u عناوین پذیرفته شده برای مقادیر لحظه ای جریان، emf و ولتاژ هستند.

تعیین مقدار لحظه ای جریان و همچنین مقدار دامنه آن با استفاده از نمودار آسان است. برای انجام این کار، از هر نقطه در محور افقی مربوط به لحظه مورد نظر ما، یک خط عمودی را به نقطه تقاطع با منحنی جریان می کشیم، بخش حاصل از خط مستقیم عمودی مقدار جریان را تعیین می کند. در یک لحظه معین، یعنی مقدار آنی آن.

بدیهی است که مقدار لحظه ای جریان پس از زمان T / 2 از نقطه شروع نمودار برابر با صفر و پس از زمان - T / 4 به مقدار دامنه آن خواهد بود. جریان نیز به مقدار دامنه خود می رسد، اما در جهت مخالف، پس از زمانی برابر با 3/4 T.

بنابراین، نمودار نشان می‌دهد که چگونه جریان در مدار در طول زمان تغییر می‌کند و هر لحظه از زمان تنها با یک مقدار خاص از بزرگی و جهت جریان مطابقت دارد. در این حالت مقدار جریان در یک نقطه زمانی معین در یک نقطه از مدار در هر نقطه دیگر از این مدار دقیقاً یکسان خواهد بود.

تعداد پریودهای کامل شده توسط جریان در 1 ثانیه را فرکانس جریان متناوب می گویند و با حرف لاتین f نشان داده می شود.

برای تعیین فرکانس جریان متناوب، یعنی دریابید که جریان در عرض 1 ثانیه چند دوره از تغییر خود را ایجاد کرده است. لازم است 1 ثانیه را بر زمان یک دوره f = 1/T تقسیم کنیم. با دانستن فرکانس جریان متناوب، می توانید دوره را تعیین کنید: T = 1/f

فرکانس جریان متناوب با واحدی به نام هرتز اندازه گیری می شود.

اگر جریان متناوب داشته باشیم. فرکانس آن برابر با 1 هرتز است، پس دوره چنین جریانی برابر با 1 ثانیه خواهد بود. برعکس، اگر دوره تغییر جریان 1 ثانیه باشد، فرکانس چنین جریانی 1 هرتز است.

بنابراین، ما پارامترهای جریان متناوب - دوره، دامنه و فرکانس را تعیین کرده ایم. - که امکان تمایز جریان های متناوب مختلف، emfs و ولتاژها را از یکدیگر و ساختن نمودارهای آنها در صورت لزوم امکان پذیر می سازد.

هنگام تعیین مقاومت مدارهای مختلف در برابر جریان متناوب، از مقدار کمکی دیگری که مشخص کننده جریان متناوب است، به اصطلاح فرکانس زاویه ای یا دایره ای استفاده کنید.

فرکانس دایره ای با حرف #969 نشان داده می شود و به فرکانس f به صورت #969 = 2#960 f مربوط می شود.

بیایید این وابستگی را توضیح دهیم. هنگام ساخت نموداری از متغیر EMF، دیدیم که طی یک چرخش کامل قاب، یک چرخه کامل تغییر در EMF رخ می دهد. به عبارت دیگر، برای اینکه فریم یک دور بچرخد، یعنی 360 درجه بچرخد، زمان برابر با یک دوره، یعنی T ثانیه طول می‌کشد. سپس در 1 ثانیه فریم 360 درجه بر T چرخش می کند. بنابراین 360°/T زاویه‌ای است که فریم در 1 ثانیه می‌چرخد و میزان چرخش قاب را بیان می‌کند که معمولاً به آن سرعت زاویه‌ای یا دایره‌ای می‌گویند.

اما از آنجایی که دوره T با نسبت f=1/T به فرکانس f مرتبط است، سرعت دایره ای را نیز می توان بر حسب فرکانس بیان کرد و برابر با 360°f 969# خواهد بود.

بنابراین به این نتیجه رسیدیم که #969 = 360 درجه f. با این حال، برای راحتی استفاده از فرکانس دایره ای در انواع محاسبات، زاویه 360 درجه مربوط به یک دور با عبارت شعاعی برابر با 2 #960 رادیان جایگزین می شود که در آن #960 \u003d 3.14 است. بنابراین، در نهایت ما #969 = 2 #960 f را دریافت می کنیم. بنابراین، برای تعیین فرکانس دایره ای یک جریان متناوب (emf یا ولتاژ)، لازم است فرکانس بر حسب هرتز را در عدد ثابت 6.28 ضرب کنیم.

وب سایت ما در فیس بوک:

جریان متناوب جریانی است که تغییر بزرگی و جهت آن به صورت دوره ای در فواصل منظم T تکرار می شود.

در زمینه تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، جریان متناوب دو مزیت عمده نسبت به جریان مستقیم دارد:

1) توانایی (با کمک ترانسفورماتورها) برای بالا و پایین بردن ساده و اقتصادی ولتاژ، این برای انتقال نیرو در فواصل طولانی بسیار مهم است.

2) سادگی بیشتر دستگاه های موتور الکتریکی و در نتیجه هزینه کمتر آنها.

مقدار یک متغیر (جریان، ولتاژ، EMF) در هر زمان t فراخوانی می شود ارزش لحظه ای و با حروف کوچک (جریان i، ولتاژ u، EMF - e) نشان داده می شود.

بزرگترین مقادیر لحظه ای تغییر دوره ای جریان، ولتاژ یا EMF نامیده می شود. بیشترین یا دامنه مقادیر و با حروف بزرگ با شاخص "m" (I m، U m) نشان داده شده است.

کوچکترین دوره زمانی که پس از آن مقادیر لحظه ای یک متغیر (جریان، ولتاژ، EMF) در یک دنباله تکرار می شود نامیده می شود. دوره زمانی T، و کل تغییرات رخ داده در طول دوره - چرخه

متقابل یک نقطه را بسامد می گویند و با حرف f نشان داده می شود.

آن ها فرکانس تعداد چرخه ها در 1 ثانیه است.

واحد فرکانس 1/sc است - نامیده می شود هرتز (هرتز). واحدهای فرکانس بزرگتر کیلوهرتز (کیلوهرتز) و مگاهرتز (مگاهرتز) هستند.

دریافت جریان سینوسی متناوب

جریان ها و ولتاژهای متناوب در فناوری معمولاً طبق ساده ترین قانون تناوبی - سینوسی به دست می آیند. از آنجایی که سینوسی تنها تابع تناوبی است که مشتقی شبیه به خود دارد، در نتیجه شکل منحنی های ولتاژ و جریان در تمام پیوندهای مدار الکتریکی یکسان است که محاسبات را بسیار ساده می کند.

برای به دست آوردن جریان فرکانس صنعتی هستند دینام ها که بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است که بر اساس آن، هنگامی که یک مدار بسته در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، جریانی در آن ایجاد می شود.

طرح ساده ترین دینام

آلترناتورهای با قدرت بالا، طراحی شده برای ولتاژهای 3 - 15 کیلو ولت، با سیم پیچ ثابت روی استاتور دستگاه و یک روتور الکترومغناطیس چرخان ساخته می شوند. با این طراحی، عایق بندی مطمئن سیم های سیم پیچ ثابت آسان تر است و انتقال جریان به مدار خارجی آسان تر است.

یک دور چرخش روتور یک ژنراتور دو قطبی مربوط به یک دوره از EMF متغیر القا شده در سیم پیچ آن است.

اگر روتور n دور در دقیقه انجام دهد، فرکانس emf القایی

.

زیرا در حالی که سرعت زاویه ای ژنراتور
، سپس بین آن و فرکانس القا شده توسط EMF یک رابطه وجود دارد
.

فاز. تغییر فاز.

اجازه دهید فرض کنیم که ژنراتور دارای دو سیم پیچ یکسان در لنگر است که در فضا جابجا شده اند. هنگامی که آرمیچر می چرخد، EMFهایی با فرکانس یکسان و با دامنه های یکسان در سیم پیچ ها القا می شوند، زیرا سیم پیچ ها با همان سرعت در همان میدان مغناطیسی می چرخند. اما به دلیل جابجایی سیم پیچ ها در فضا، EMF ها به علائم دامنه به طور غیر همزمان می رسند.

اگر در لحظه شروع مرجع زمانی (t=0) سیم پیچ 1 نسبت به صفحه خنثی در یک زاویه قرار گیرد.
، و سیم پیچ 2 در یک زاویه
. این همان EMF القا شده در نوبت اول است:

و در دومی:

در لحظه زمان بندی:

زوایای الکتریکی و تعیین مقادیر EMF در لحظه اولیه زمان، نامیده می شود فازهای اولیه

تفاوت بین فازهای اولیه دو کمیت سینوسی با فرکانس یکسان نامیده می شود زاویه فاز .

مقداری که برای آن مقادیر صفر (پس از آن مقادیر مثبت می گیرد) یا مقادیر دامنه مثبت زودتر از دیگری به دست می آید، در نظر گرفته می شود. پیشرو در فاز و موردی که بعداً به همان مقادیر رسیده است - در فاز عقب ماندن

اگر دو کمیت سینوسی به طور همزمان به دامنه و مقادیر صفر خود برسند، آنگاه می گویند که کمیت ها در فاز هستند . اگر زاویه تغییر فاز کمیت های سینوسی 180 0 باشد
، سپس گفته می شود که آنها تغییر می کنند آنتی فاز

هر مهندس ماهر باید بدون تردید پاسخ دهد که چه جریانی در پریز وجود دارد - مستقیم یا متناوب. فیزیک در دانشگاه های فنی مورد توجه ویژه است! اما اکثر شهروندان عادی می توانند تمام زندگی خود را زندگی کنند و این را ندانند. و کاملا بیهوده! امروزه حداقل دانش لازمی وجود دارد که هر فرد تحصیلکرده مدرن باید داشته باشد. چه نوع جریانی در پریز باید به همان شیوه جدول ضرب شناخته شود.

انواع جریان الکتریکی در زندگی روزمره

برای درک کامل تصویر، یک تئوری کوچک ارائه می کنم که دانستن آن بسیار مفید خواهد بود. جریان الکتریکی حرکت هدایت شده بارهای الکتریکی است. این می تواند در یک مدار الکتریکی بسته رخ دهد. تمیز دادن:

دی سییا DC - جریان مستقیم. نامگذاری بین المللی (-).
یک جریان مستقیم در یک جهت جریان دارد و مقدار آن با زمان کمی تغییر می کند. یک مثال قابل توجه که می توانید در خانه یا آپارتمان پیدا کنید جریان باتری های الکتریکی یا باتری ها است.

جریان متناوب. تعیین یا AC - جریان متناوب. نامگذاری بین المللی (~).
جریان متناوب به صورت دوره ای در بزرگی و جهت تغییر می کند. یک دوره تغییر در هر ثانیه هرتز است. بر این اساس، فرکانس یک جریان متناوب تعداد دوره ها در ثانیه است. در روسیه و اروپا فرکانس مورد استفاده 50 هرتز و در ایالات متحده آمریکا 60 هرتز است. جریان متناوب برای کار با وسایل برقی مختلف استفاده می شود.

جریان در پریزهای خانگی چقدر است

با درک نظریه، بیایید مستقیماً به پاسخ این سؤال برویم - چه جریانی در پریز است - AC یا DC؟ فکر می کنم قبلاً خودتان آن را حدس زده اید - البته جریان متناوب. ولتاژ کار در شبکه 220-240 ولت است. توان جریان متناوب در آپارتمان های معمولی به 16 آمپر (آمپر) محدود می شود، اما در برخی موارد تا 25 آمپر نیز یافت می شود. حد استاندارد جریان 3.5 کیلو وات است.

برای تجهیزات الکتریکی قوی تر، از شبکه های سه فاز با ولتاژ 380 ولت با جریان حداکثر 32 آمپر استفاده می شود.

جریان الکتریکی ثابت حرکت ذرات با بار در یک جهت معین است. یعنی ولتاژ یا نیروی آن (مقادیر مشخص کننده) مقدار و جهت یکسانی دارند. این تفاوت جریان مستقیم با جریان متناوب است. اما بیایید همه چیز را به ترتیب در نظر بگیریم.

تاریخچه پیدایش و «جنگ جریانات»

در گذشته جریان مستقیم را گالوانیکی می نامیدند زیرا در نتیجه یک واکنش گالوانیکی کشف شد. من سعی کردم آن را از طریق خطوط انتقال برق منتقل کنم. در آن زمان اختلافات جدی بین دانشمندان بر سر این موضوع وجود داشت. آنها حتی نام "جنگ های فعلی" را نیز گرفتند. موضوع انتخاب به عنوان اصلی، متغیر یا دائمی تصمیم گیری شد. "مبارزه" توسط گونه متغیر برنده شد، زیرا گونه دائمی متحمل ضررهای قابل توجهی می شود که از راه دور منتقل می شود. اما تغییر شکل متغیر کار دشواری نیست، این تفاوت جریان مستقیم با جریان متناوب است. بنابراین، دومی به راحتی حتی در فواصل طولانی منتقل می شود.

منابع جریان الکتریکی مستقیم

باتری ها یا دستگاه های دیگر می توانند به عنوان منبع عمل کنند، جایی که از طریق یک واکنش شیمیایی رخ می دهد.

اینها ژنراتورهایی هستند که در نتیجه به دست می آید و پس از آن به دلیل کلکتور اصلاح می شود.

کاربرد

در دستگاه های مختلف، جریان مستقیم اغلب استفاده می شود. به عنوان مثال، بسیاری از لوازم خانگی، شارژرها و ژنراتورهای خودرو با آن کار می کنند. هر دستگاه قابل حملی از منبعی تغذیه می شود که ظاهری ثابت ایجاد می کند.

در مقیاس صنعتی، در موتورها و باتری ها استفاده می شود. و در برخی کشورها به خطوط برق فشار قوی مجهز شده اند.

در پزشکی، با کمک جریان الکتریکی مستقیم، روش های سلامتی انجام می شود.

در راه آهن (برای حمل و نقل) از هر دو نوع متغیر و دائمی استفاده می شود.

جریان متناوب

با این حال، اغلب آنها از آن استفاده می کنند. در اینجا، مقدار متوسط ​​نیرو و تنش در یک دوره معین برابر با صفر است. از نظر بزرگی و جهت، دائماً و در فواصل زمانی معین در حال تغییر است.

برای ایجاد جریان متناوب از ژنراتورهایی استفاده می شود که در طی آن القای الکترومغناطیسی رخ می دهد این کار با استفاده از آهنربا چرخانده شده در یک سیلندر (روتور) و استاتور ساخته شده به شکل هسته ثابت با سیم پیچ انجام می شود.

جریان متناوب در رادیو، تلویزیون، تلفن و بسیاری از سیستم های دیگر استفاده می شود، زیرا ولتاژ و قدرت آن تقریباً بدون اتلاف انرژی قابل تبدیل است.

این به طور گسترده در صنعت و همچنین برای اهداف روشنایی استفاده می شود.

می تواند تک فاز و چند فاز باشد.

که طبق قانون سینوسی تغییر می کند، تک فاز است. در یک دوره زمانی معین (دوره زمانی) در قدر و جهت تغییر می کند. فرکانس AC تعداد سیکل ها در ثانیه است.

در مورد دوم، نسخه سه فاز بیشترین استفاده را داشت. این یک سیستم از سه مدار الکتریکی است که دارای فرکانس و EMF یکسان هستند و در فاز 120 درجه جابجا می شوند. برای تغذیه موتورهای الکتریکی، کوره ها، وسایل روشنایی استفاده می شود.

بشریت پیشرفت های بسیاری در زمینه الکتریسیته و کاربرد عملی آنها و نیز تأثیر بر جریان متناوب فرکانس بالا را مدیون دانشمند بزرگ نیکولا تسلا است. تاکنون همه آثار او که به آیندگان باقی مانده است شناخته نشده است.

جریان مستقیم چه تفاوتی با جریان متناوب دارد و مسیر آن از منبع تا مصرف کننده چیست؟

بنابراین، متغیر جریانی است که می تواند جهت و مقدار آن را برای مدت معینی تغییر دهد. پارامترهایی که به آنها توجه می شود فرکانس و ولتاژ هستند. در روسیه، شبکه های برق خانگی جریان متناوب با ولتاژ 220 ولت و فرکانس 50 هرتز را تامین می کنند. فرکانس یک جریان متناوب تعداد تغییرات در جهت ذرات بار معین در هر ثانیه است. معلوم می شود که در 50 هرتز پنجاه بار جهت خود را تغییر می دهد که در آن جریان مستقیم با جریان متناوب متفاوت است.

منبع آن سوکت هایی است که لوازم خانگی تحت ولتاژهای مختلف به آنها وصل می شوند.

جریان متناوب حرکت خود را از نیروگاه ها شروع می کند، جایی که ژنراتورهای قدرتمند وجود دارد، از آنجا با ولتاژ 220 تا 330 کیلو ولت خارج می شود. گذرگاه های بعدی که در نزدیکی خانه ها، مشاغل و سایر سازه ها قرار دارند.

در پست، جریان تحت ولتاژ 10 کیلو ولت وارد می شود. در آنجا به یک ولتاژ سه فاز 380 ولت تبدیل می شود. گاهی اوقات با این نشانگر، جریان مستقیماً به اشیاء (جایی که تولید قدرتمند سازماندهی شده است) منتقل می شود. اما اساساً در همه خانه ها به 220 ولت معمول کاهش می یابد.

دگرگونی

واضح است که در پریزها جریان متناوب دریافت می کنیم. اما اغلب وسایل برقی نیاز به نگاه دائمی دارند. برای این منظور از یکسو کننده های مخصوص استفاده می شود. فرآیند شامل مراحل زیر است:

• اتصال یک پل با چهار دیود دارای توان لازم؛
• اتصال یک فیلتر یا خازن به خروجی از پل؛
• اتصال تثبیت کننده های ولتاژ برای کاهش امواج.

تبدیل می تواند از AC به DC و بالعکس انجام شود. اما اجرای مورد دوم بسیار دشوارتر خواهد بود. شما به اینورتر نیاز خواهید داشت که در میان موارد دیگر بسیار گران هستند.

یکی از مشخصه های جریان ولتاژ است. در هر مورد، توسط یک منبع خاص تولید می شود. اجازه دهید این کمیت فیزیکی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم و دریابیم که چگونه ولتاژ ثابت با ولتاژ متناوب متفاوت است.

انحراف کوچک

بیایید به یاد بیاوریم که "جریان" چیست. پدیده ای است که در آن ذرات باردار در جهت خاصی حرکت می کنند. اگر این، مثلاً، الکترون ها یا یون ها همیشه در یک جهت حرکت کنند، جریان ثابت نامیده می شود. و هنگامی که حرکت ذرات به طور متناوب جهت متفاوتی را طی می کند، در مورد جریان متناوب صحبت می کنند.

بریم سراغ استرس. ماهیت آن اغلب با قیاس با آب آشکار می شود. دومی به خودی خود جریان ندارد. به عنوان مثال، در یک لوله شیبدار، سیال تحت تأثیر گرانش به سمت پایین حرکت می کند. و هر چه آب از سطح زمین بالاتر باشد، انرژی پتانسیل بیشتری دارد. جریان نیز به همین صورت است: ذرات تحت تأثیر ولتاژ "جریان" می کنند. در عین حال، در ابتدای سفر، آنها پتانسیل زیادی دارند و در نقطه پایانی - کمتر.

مقایسه

پتانسیل بیشتر با یک مثبت و یک کوچکتر با منفی نشان داده می شود. وقتی آنها در مورد تفاوت بین ولتاژ مستقیم و ولتاژ متناوب صحبت می کنند، منظور آنها این است که آیا "+" و "-" در هنگام حرکت ذرات باردار در جای خود باقی می مانند یا خیر. در مورد ولتاژ ثابت، قطبیت همیشه یکسان است. یک مثال در اینجا منبعی مانند باتری است. مهم است که این نوع ولتاژ برای جریان مستقیم معمولی باشد که به صورت شماتیک با یک خط مستقیم نشان داده شده است.

با ولتاژ متناوب، پتانسیل مثبت و منفی در هر انتهای هادی با گذشت زمان متناوب می شود. یک مثال مرتبط یک شبکه الکتریکی معمولی است که وسایل برقی از طریق یک سوکت به آن متصل می شوند. در این مورد، یک جریان متناوب عمل می کند که به صورت گرافیکی با یک خط موجی نشان داده می شود. فرکانس آن، به عنوان مثال 50 هرتز، از جمله به این معنی است که چند بار در ثانیه مثبت و منفی مربوط به ولتاژ متناوب می شود.

برای درک بهتر تفاوت بین ولتاژ مستقیم و متناوب، نمودار زیر کمک خواهد کرد:

نمودار اول نشان می دهد که با گذشت زمان (t)، ولتاژ ثابت (U) مقدار خود را حفظ می کند. تصویر دوم دینامیک ولتاژ متناوب را نشان می دهد: این ولتاژ یا صفر است، سپس حداکثر و سپس حداقل. به وضوح مشاهده می شود که همه مقادیر به صورت دوره ای تکرار می شوند. باید بگویم که ولتاژ متناوب اغلب، اما نه همیشه، پارامترهای خود را دقیقاً مطابق قانون سینوسی به دست می آورد. در موارد دیگر، تصویر روی نمودار ظاهر کمی متفاوت دارد.