Переменное напряжение

Осциллограммы постоянного и переменного напряжения

Давайте рассмотрим, как выглядит переменное и постоянное напряжение на экране осциллографа. Как вы знаете, осциллограф показывает изменение напряжения во времени. Если на щуп осциллографа не подавать никакое напряжение, то на осциллограмме мы увидим простую прямую линию на нулевом уровне по оси Y. Ось Y – это значение напряжения, а ось Х – это время.

осциллограмма нулевого напряжения

Давайте подадим постоянное напряжение. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения  – это также прямая линия, параллельная оси времени. Это говорит нам о том, что с течением времени значение постоянного напряжение не меняется, о чем нам лишний раз доказывает осциллограмма.

осциллограмма постоянного напряжения

А вот так выглядит осциллограмма переменного напряжения. Как вы видите, напряжение со временем меняет свое значение. То оно больше нуля, то оно меньше нуля.

осциллограмма переменного напряжения

Про параметры переменного напряжения можете прочитать в этой статье.

Также отличное объяснение темы можно посмотреть в этом видео.

Вводная про подключение амперметра, вольтметра и измерения мультиметром

Следующим пунктом разберемся с нашими измерительными приборами, которыми мы измеряем ток или напряжение.

Для измерения тока используется амперметр. Амперметр включается последовательно с нагрузкой. И это не пустые слова. Сопротивление амперметра ничтожно мало — это необходимо, чтобы не вносить погрешности в измерения тока, потребляемого нашими приборами. Чтобы использовать амперметр для измерения большего тока, можно произвести его шунтирование.

Для измерения напряжения в цепи уже используется вольтметр. Вольтметр подключается параллельно цепи и имеет большое внутреннее сопротивление. Это сопротивление необходимо для того, чтобы уменьшить ток, протекающий через прибор. Ведь по закону Ома мы уже понимаем, что при постоянстве величины напряжения, чем больше сопротивление, тем меньше ток.

Мультиметр — это прибор, которым можно производить различные измерения электрических и не только величин. Так вот, мультиметром можно замерять и ток и напряжение

Важно при этом вставить измерительные концы в нужные гнезда и выставить нужный предел. А далее уже пользоваться им как вольтметром или амперметром

Еще важным пунктом является предел измеряемых величин на приборах. То есть до измерения, желательно знать порядок величины, которая будет замерена.

Как измерить напряжение в розетке

Что мы будем делать дальше? Берем вольтметр или мультиметр, собранный для измерения переменного или постоянного напряжения. Одним концом тыкаем в одну дырку розетки, а вторым в другую дырку розетки. Что у нас получится?

• прибор сгорит, если у вас выставлен предел меньше 220 вольт, или шкала прибора рассчитана вольт на 50. Это произойдет из-за того, что внутреннее сопротивление прибора окажется мало, и большАя величина тока вызовет порчу прибора (это может быть перегрев, оплавление, перегорание предохранителя и прочие неприятности)
• прибор покажет примерно 220 В, и тем самым вы произведете нормальное такое измерение электрической величины

Какой величины ток в розетке и как его измерить

Теперь то, что делать нельзя!!! А то вдруг, вы сразу читаете и делаете. Потом претензии. Поэтому чисто теоретически. Берем мультиметр, подготовленный для измерения силы тока, или амперметр и один конец тыкаем в одну дырку розетки, второй во вторую. Что у нас произойдет?

• Прибор сгорит. Так как его сопротивление мало, нагрузки нет, и ток будет настолько велик, что и прибор спалится и Вам может достаться, вплоть до больничной койки. Не стоит так делать, ей богу. По братски прошу, не стОит.
• Прибор не сгорит, но только при условии, что у вас обесточена сеть. поэтому скорее достаем концы из розетки, чтобы сохранить материальную ценность от порчи.

Далее берем нагрузку. Нагрузка это любая штука, которая имеет сопротивление (активное, индуктивное, емкостное). Или же это прибор, который имеет свою электрическую схему (которая и есть сопротивление) и для работы ему необходимо подать питание на выходы ноль и фаза или плюс и минус. Схем огромное количество, как и приборов, где они применяются.

Суть вот в чем, у нас есть провод фазы и провод земли. Амперметр нам надо подключить в разрыв провода фазы. То есть либо перекусить его, либо через клеммник. Делать подключение надо при отсутствии напряжения, а то “лясне”. Сначала собираем измерительную схему — потом подаем на неё напряжение. Фаза пойдет через амперметр и прибор. Что получится:

Нагрузка у нас складывается последовательно. Сопротивление амперметра ничтожно мало, и ток, протекающий через прибор, пропорционален суммарному сопротивлению приборов. Стрелка на амперметре отклониться до величины потребляемого тока, или же на экране загориться значение, если измерительный прибор цифровой.
Прибор сгорит, если он предназначен для измерения постоянного тока, а мы включаем в цепь переменного тока, где нагрузка имеет активную и реактивную составляющие. Реактивная допустим большАя, активная — малипусенькая. Прибор постоянного тока видит только активную составляющую. Сопротивление суммарное будет ничтожным, а значит ток будет гигантским и прибор сгорит, да и измерителю может достаться
Прибор сгорит, если у нас выставлен предел на значение допустим 5А, а мы замеряем 20 ампер

Поэтому важно следить за величинами тока, которые мы измеряем.

Самый простой способ измерения силы тока — подключаем нагрузку в цепь, берем токоизмерительные клещи. Цепляем на провод по которому течет ток и замеряем его величину. Саааамый простой способ.

В общем измерение тока и напряжения это занятие, которое требует практической и теоретической подготовки от человека. Всегда лучше перестраховаться и вызвать специалиста, который разбирается в данных вопросах. Или хотя бы проконсультироваться.

Взаимосвязь параметров электрического тока

Элементарная электроцепь постоянного тока включает в себя источник электроэнергии, отрицательный и положительный контакты которого связаны шунтом или проводником. Движение заряда по проводнику осуществляется под воздействием электрического поля. Однако, этот перенос электронов не приводит к уравниванию потенциалов, т.к. в любой отрезок времени, к первому концу цепи поступает абсолютно такое же количество заряженных частиц какое из него переместилось к противоположному контакту. Таким образом разность потенциалов, которую принято называть напряжением, остается неизменяемой величиной.

Перемещению электрических зарядов в цепи, препятствует внутреннее сопротивление материала проводника. Взаимосвязь параметров электротока была выведена опытным путем Г. Омом. В математическом виде закон Ома можно представить так: I=U/R, где собственно I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов) и R – сопротивление на соответствующем участке цепи.

Собственно, из уравнения видно, что напряжение имеет прямую зависимость от силы тока и сопротивления (U=I х R), а величина силы тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Последовательное соединение элементов электрической сети постоянного тока

Параметры электроцепи постоянного тока, в случае последовательного соединения устройств, имеют некоторые особенности. Так, например, сила тока (I) остается постоянной на всех элементах электрической схемы, а вот напряжение (U) является суммой напряжений на каждом участке схемы. Рассмотрим пример электрической цепи с последовательно включенными тремя проводниками с сопротивлением R1, R2 и R3. Согласно закону Ома, напряжение U1 = IxR1, U2 = IxR2, U3 = IxR3. Следовательно, U общ = U1+U2+U3= IxR1+ IxR2= IxR3 = I (R1+R2+R3).

Из уравнения видно, что такой параметр электрической цепи как общее сопротивление (R общ), при последовательном соединении, будет равен сопротивлению каждого отдельно взятого проводника. Последовательное подключение электрических устройств позволяет снизить нагрузку на отдельный элемент, что продлевает срок службы, но при этом теряется мощность.

Параметры электрической цепи. Параллельное соединение элементов

Параллельная цепь характеризуются общими контактами в местах ввода и вывода основного провода. В данной ситуации напряжение на всех элементах цепи остается одинаковым, т.е. U1=U2=U3. А вот для силы тока, будет характерна обратная зависимость от сопротивления каждого участка, т.е. I х=U/Rx. Параллельное соединение электроприборов является наиболее распространенным способом в бытовых условиях.

Параметры цепи при смешанном соединении в электрической цепи

Смешанное подключение проводников представляет собой электрическую цепь, в которой элементы включены комбинировано, т.е. как последовательно, так и параллельно друг другу. Для определения конкретных параметров, в этом случае, вся схема разбивается на самостоятельные участки в соответствии со способом подключения. Индивидуальные параметры рассчитываются для каждого участка отдельно. Необходимо отметить, что параллельно включенные участки, могут состоять из ряда последовательно соединенных элементов.

Технические и экономические проблемы перехода на постоянный ток

Несмотря на то, что высоковольтная передача постоянного тока в настоящее время является проверенной и общепринятой технологией, по-прежнему существует ряд технических и экономических вопросов, в том числе о сетях с низким напряжением, на которые необходимо ответить:

• Сможет ли постоянный ток заменить переменный в широком спектре применений?
• Будут ли обе технологии продолжать существовать одновременно друг с другом?
• Как могло бы выглядеть подобное сосуществование?
• Какие технические и экономические препятствия необходимо преодолеть?
• Какие меры безопасности будут необходимы и одновременно эффективны?
• Какие изменения потребовал бы переход на постоянный ток в сети и как это повлияет на потребителей?

Преимущества такого «переключения» настолько значительны, что не может быть никаких сомнений в том, что приближается смена парадигмы. Обладая серьезным опытом в области разработки соединительных технологий, LAPP сразу же занимает здесь ведущее положение.

Компания является ассоциированным партнером в рамках проекта DC-INDUSTRIE, входящего в 6-ю программу исследований энергетики, которая проводится федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi). Исследовательский проект DC-INDUSTRIE посвящен вопросу о том, как можно создать сети постоянного тока с центральным процессом конверсии в качестве альтернативы энергосбережению, особенно при эксплуатации оборудования на производственных линиях, а также о том, как лучше использовать возобновляемые источники энергии.

Что такое фаза и ноль

К вам 220 Вольт приходит по двум проводам. Иногда с ними бывает в связке еще и третий провод желто-зеленого цвета — это земля. Этот провод используется для обеспечения безопасности. В старых домах такого провода нет. Земля в 90% случаев обозначается как желто-зеленый провод. Другие провода могут иметь различную окраску, но чаще всего стараются ноль маркировать синим проводом, а фазу —  ярким цветом. Например, красным.

Обозначение фазы, нуля и земли на проводе

Итак, по одному проводу течет фаза, по другому — ноль. Ноль — это провод для съема электрического тока с фазы. Ноль не представляет опасности для человека, но лучше все-таки не экспериментировать! В фазе напряжение очень быстро изменяется сначала от какого-то максимального значения (для 220 Вольт это значение равняется 310 Вольт), потом падает до нуля, и потом идет в минус и достигает значения в -310 Вольт и потом снова до нуля и снова до 310 Вольт. Итак, за секунду он успевает проделать эту операцию 50 раз, так как генератор на ГЭС, ТЭС или АЭС крутится именно с такой скоростью.

осциллограмма 220 В

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения — это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали — Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

{SOURCE}

Показания вольтметра при подключении измерительных щупов

Давайте рассмотрим эти принципы более наглядно. Во-первых, связь между подключением измерительных щупов со знаком на показаниях вольтметра при измерении постоянного напряжения:

Рисунок 3 – Цвета измерительных щупов служат ориентиром для интерпретации знака (+ или -) показаний измерительного прибора

Математический знак на дисплее цифрового вольтметра постоянного напряжения имеет значение только в контексте подключения его измерительных проводов. Рассмотрим возможность использования вольтметра постоянного напряжения для определения того, складываются ли два источника постоянного напряжения друг с другом или вычитаются друг из друга, предполагая, что на обоих источниках нет маркировки их полярности.

Использование вольтметра для измерения на первом источнике:

Рисунок 4 – Положительные (+) показания указывают, что черный – это (-), красный – это (+)

Этот результат первого измерения +24 на левом источнике напряжения говорит нам, что черный провод вольтметра действительно подключен к отрицательной клемме источника напряжения № 1, а красный провод вольтметра действительно подключен к положительной клемме. Таким образом, мы узнаем, что источник №1 – это батарея, включенная следующим образом:

Рисунок 5 – Полярность источника 24 В

Измерение другого неизвестного источника напряжения:

Рисунок 6 – Отрицательные (-) показания указывают, что черный – это (+), красный – это (-)

Второе измерение вольтметром показало отрицательные (-) 17 вольт, что говорит нам о том, что черный измерительный щуп на самом деле подключен к положительной клемме источника напряжения № 2, а красный измерительный провод подключен к отрицательной клемме. Таким образом, мы узнаем, что источник №2 – это батарея, включенная в противоположную сторону:

Рисунок 7 – Полярность источника 17 В

Для любого, знакомого с постоянным током, должно быть очевидно, что эти две батареи противодействуют друг другу. Противоположные напряжения, априори, вычитаются друг из друга, поэтому, чтобы получить общее напряжение на обоих батареях, мы вычитаем 17 вольт из 24 вольт и получаем 7 вольт.

Но мы могли бы изобразить два источника в виде невзрачных прямоугольников, помеченных точными значениями напряжений, полученными с помощью вольтметра, и маркировкой полярности, указывающей на положение измерительных щупов вольтметра:

Рисунок 8 – Показания вольтметра, как они отображались на нем

Источники переменного тока — что это

С помощью сил природы можно получать постоянный или переменный электрический ток в зависимости от конкретного способа. Например, при использовании солнечных батарей образуется постоянный ток, а на гидроэлектростанциях в результате вращения турбин — переменный. Технические устройства для работы могут использовать разное питание. Одним из них необходим постоянный, другим — переменный ток.

На заре развития электротехники идеи промышленного производства постоянного или переменного тока рассматривались в качестве конкурентных, но победу одержал второй вариант. Со временем он доказал свою практичность.

Идею повсеместного применения постоянного электротока продвигал известный изобретатель Томас Эдисон. Но в процессе ее реализации он столкнулся с необходимостью большого количества подстанций для передачи энергии на большие расстояния. Их было необходимо располагать друг от друга не далее, чем на 3–4 км.

Талантливый инженер Никола Тесла предложил другой подход с использованием переменного электротока. При этом потери при передаче уменьшались в несколько раз. Этот физик также предложил свой источник переменного тока, который позволял относительно дешево получать электрическую энергию.

Основной способ получения электроэнергии — использование генераторов. Они превращают механическую энергию, возникающую при вращении, в электрическую.

Принцип действия генераторов тока основывается на законе электромагнитной индукции. При вращении вала в магнитном поле возникает движение электронов, которые есть носителями электрического заряда. Перемещаясь от плюса к минусу, они образуют электрический ток. Гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию за счет использования падающей воды для вращения генераторов. Преимущество производства переменного электротока заключается в том, что его легче трансформировать в другие значения напряжения.

Чем отличается постоянное напряжение от переменного

Даже люди далекие от техники знают, что при установке батареек, например, в детскую игрушку или пульт дистанционного управления, нужно соблюдать полярность – неправильная установка этих элементов питания, в лучшем случае, приведет к тому, что устройство просто не будет работать, а в худшем – выведет из строя и оборудование, и элемент питания. Поэтому на корпусах батареек всегда указывают, какой из выводов имеет положительный (обозначается значком «+»), а какой – отрицательный (обозначается значком «–») потенциал (Рисунок 1). Более того, при создании подобных источников питания их терминалы обычно делают разными, чтобы предотвратить возможность ошибочного подключения. В неформальном общении эту защиту обычно называют «защитой от дурака». Примером тому является батарейка «Крона», терминалы которой позволяют надежно подключить ответную часть разъема батареи только в правильной полярности.

Рисунок 1.	Указание полярности напряжения на источниках питания постоянного тока. (Кадр из к/ф «Матрица»).

В то же время, в типовых электрических розетках два контакта, предназначенных для протекания тока, являются абсолютно одинаковыми, что позволяет вставлять вилку в розетку двумя способами. При этом ни о какой полярности подключения при использовании бытовых электроприборов речи не идет. Это связано с тем, что напряжение в электрических розетках постоянно меняет свою величину. Если взять, например, некоторый идеализированный вольтметр, способный мгновенно проводить измерения, и определить напряжение в розетке, то окажется, что в разные моменты времени оно будет принимать совершенное разные значения (Рисунок 2). То есть в определенное время полярность напряжения в розетке будет условно положительной, в другое – условно отрицательной, а в некоторые моменты напряжение будет вообще равно нулю.

Рисунок 2.	Мгновенное значение напряжения в розетке в разные моменты времени.

В русскоязычной технической литературе напряжение, способное изменить свою полярность, называют «переменным», а напряжение, полярность которого не изменяется – «постоянным». Многим начинающим специалистам очень сложно усвоить эти понятия. У обычных людей слово «постоянный» прочно связано со словом «неизменный», а, поскольку в нашем мире все меняется, то и постоянного (неизменного) напряжения не может существовать. Более того, любое напряжение питания непостоянно, например, мы же выключаем иногда радиоприемник, следовательно, его напряжение питания исчезает (изменяется), поэтому многие мои студенты уверены, что радиоприемники питаются переменным (непостоянным) напряжением.

Более точно эти термины описаны в англоязычной технической литературе. Переменному напряжению соответствует термин «Alternating Voltage», который можно дословно перевести как «чередующееся» или «перемежающееся» напряжение – напряжение, полярность которого постоянно изменяется. Аналог «постоянного» напряжения – «Direct Voltage» – можно перевести как «направленное» напряжение – напряжение, которое не меняет своей полярности.

Однако изменить устоявшуюся терминологию, зафиксированную во многих нормативных документах, уже невозможно, поэтому придется привыкать, что переменное напряжение – это напряжение постоянно (!) меняющее свою полярность и величину, а постоянное напряжение может менять свою величину, но не может менять полярность, то есть тоже не является, в абсолютном смысле слова, постоянным.

Кстати, если постоянное напряжение периодически меняет свою величину, то его часто называют пульсирующим напряжением – напряжением, величина которого изменяется с определенной частотой при неизменной полярности. Различие между постоянным и пульсирующим напряжением весьма условно, часто одно и то же напряжение одни специалисты называют постоянным, а другие – пульсирующим. Однако в курсе «Основы электропитания» не предусмотрено столь глубокое изучение этого вопроса, поэтому дальше будем считать, что существует два вида напряжений: постоянное (не меняющее полярность) и переменное (полярность которого изменяется).

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями. Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Что такое короткое замыкание по-простому?

Какие существуют виды источников электрического тока?

Сколько электроэнергии потребляют бытовые приборы, способы вычисления, таблица

Как пользоваться мультиметром – измерение напряжения, силы тока и сопротивления

Что такое фазное и линейное напряжение?

Как условно обозначаются элементы на электрических схемах?

Параметры тока

Амперметр

Очень важной количественной характеристикой тока является сила тока

(величина тока ), или простоток , — скалярная физическая величина, равная величине заряда, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Но термин «сила тока» не следует воспринимать, как проявление силы

в буквальном смысле. В проводниках нет силы. Там есть только движение электрических зарядов.

Если за время t

через проводник сечениемS протекаетQ зарядов, то величина тока выражается формулой

I= Q/t Единица измерения величины тока в системе СИ — ампер (А). Ток в проводнике равен 1 амперу, если за 1 секунду через проводник протекает заряд величиной в 1 кулон. Измеряют силу тока прибором, который называется амперметром. Он включается последовательно в электрическую цепь.

Для постоянного тока в единицу времени через любое поперечное сечение протекает одинаковое количество электрических зарядов.

Величина, равная отношению силы тока I

к площади поперечного сечения проводникаS , называетсяплотностью тока . В системе СИ плотность тока измеряется в А/м2. Конечно, практически невозможно найти проводник с диаметром сечения, равным квадратному метру. По этой причине силу тока принято измерять в А/мм2.

j= I/S Любой проводник противодействует протеканию по нему электрических зарядов

Поэтому величина тока в проводнике зависит от другой важной величины, называемой сопротивлением. Это физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока

Она обозначается буквойR и определяется по формуле:

. Это физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. Она обозначается буквойR и определяется по формуле:

R=UI ,

где U

– напряжение, или разность электрических потенциалов, на концах проводника;

I

– сила тока, протекающего между концами проводника.

В систем СИ единицей измерения сопротивления является ом

Разные материалы по-разному сопротивляются движению тока. Поэтому сопротивление проводника зависит от вещества, из которого он сделан, его длины и сечения.

R = ρ ˑ l /S

где ρ

– удельное электрическое сопротивление проводника, его способность препятствовать прохождению электрического тока;

l – длина проводника;

S

— площадь поперечного сечения проводника.

Каждый источник постоянного электрического тока создаёт стороннее электрическое поле

, совершающее работу по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц и перемещению их в электрической цепи. Эту работу производят любые силы не электрического происхождения, которые действуют внутри источника. Они называютсясторонними силами . Возникают эти силы по разным причинам. Например, в гальваническом элементе они появляются в результате химических реакций, а в генераторах постоянного тока – при движении проводника в магнитном поле.

Величина, численно равная работе, которую выполняют сторонние силы, перенося единицу положительного заряда по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой

(ЭДС).

где Е

– ЭДС;А – работа, совершаемая источником по переносу заряда величинойQ .

Единицей измерения ЭДС в системе СИ является вольт

(v,V ). ЭДС источника тока равна 1 вольту, если при перемещении заряда, равного 1 кулону, совершается работа в 1 джоуль.

Перенося электрический заряд, источник тока совершает работу А0 по внутреннему участку (внутри себя самого) и работу А1 по внешнему участку электрической цепи. Поэтому полная работа А = А0 + А1

. Разделив обе части уравнения наQ, получим Величина AQ

называетсяпадением напряжения на внутреннем участке цепи (U ), аA1Q — падением напряжения на внешнем участке цепи (U1 ).

A=U+U1 , аU1= А –U. Величина, равная произведению тока на напряжение, называется мощностью

. Единица измерения мощности –ватт .

P=IU=I2R=U2R Если в электрической цепи есть источник ЭДС, то P=Iˑε , гдеε – ЭДС.

Что такое переменное напряжение?

Как известно электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, которое возникает под действием разности потенциалов или напряжения. Одной из основных характеристик любого типа напряжения является его зависимость от времени. В зависимости от данной характеристики различают постоянной напряжение, значение которого с течением времени практически не изменяется и переменное напряжение, изменяющееся во времени.

Переменное напряжение в свою очередь бывает периодическим и непериодическим. Периодическим называется такое напряжение, значения которого повторяются через равные промежутки времени. Непериодическое напряжение может изменять своё значение в любой период времени. Данная статья посвящена периодическому переменному напряжению.

Постоянное (слева), периодическое (в центре) и непериодическое (справа) переменное напряжение.

Минимальное время, за которое значение переменного напряжения повторяется, называется периодом. Любое периодическое переменное напряжение можно описать какой-либо функциональной зависимостью. Если время обозначить через t, то такая зависимость будет иметь вид F(t), тогда в любой период времени зависимость будет иметь вид

где Т – период.

Величина обратная периоду Т, называется частотой f. Единицей измерения частоты является Герц, а единицей измерения периода является Секунда

Наиболее часто встречающаяся функциональная зависимость периодического переменного напряжения является синусоидальная зависимость, график которой представлен ниже

Синусоидальное переменное напряжение.

Из математики известно, что синусоида является простейшей периодической функцией, и все другие периодические функции, возможно, представить в виде некоторого количества таких синусоид, имеющих кратные частоты. Поэтому необходимо изначально рассмотреть особенности синусоидального напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение в любой момент времени, мгновенное напряжение, описывается следующим выражением

где U_m – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла),

φ – начальная фаза, определяемая смещением синусоиды относительно начала координат, определяется точкой перехода отрицательной полуволны в положительную полуволну.

Величина (ωt + φ) называется фазой, характеризующая значение напряжения в данный момент времени.

Таким образом, амплитуда U_m, угловая частота ω и начальная фаза φ являются основными параметрами переменного напряжения и определяют его значение в каждый момент времени.

Обычно, при рассмотрении синусоидального напряжения считают, что начальная фаза равна нулю, тогда

В практической деятельности, довольно часто, используют ещё ряд параметров переменного напряжения, такие как, действующее напряжение, среднее напряжение и коэффициент формы, которые мы рассмотрим ниже.

Когда использовать переменный или постоянный ток?

Одним из преимуществ, благодаря которым переменный ток доминирует при передаче энергии от генерирующих станций к дому всех людей, является именно его эффективность преодоления больших расстояний. С переменным током можно увеличивать напряжение, а не постоянный ток.

Для передачи электрической энергии на расстояние 1 км с помощью постоянного тока потребуется в 10 раз больше энергии, чтобы получить тот же результат, что и для переменного тока.

Постоянный ток необходим для электронного оборудования, так как отрицательный и положительный заряды находятся на разных проводах, а в электронном оборудовании есть несколько компонентов, которые нуждаются в специальном питании с положительным или отрицательным зарядом.

То есть в переменном токе положительный и отрицательный в основном вместе в потоке, в то время как в постоянном токе положительный и отрицательный заряд разделены в разных проводниках.

Заключение

Итак, теперь стало понятно, как устроена «последняя миля» системы энергоснабжения и зачем нужен сдвиг по фазе ее питающих напряжений. На самом деле принцип разделения одного мощного процесса на несколько маломощных, но протекающих в разные моменты времени, не является чем-то уникальным. Например, этот же принцип используется в двигателях внутреннего сгорания, в которых цилиндры работают по очереди. По такому же принципу работают многофазные преобразователи постоянного напряжения на материнской плате компьютера, формирующие напряжения для питания процессора и других устройств. Однако использование такого подхода в системах электроснабжения является, на мой взгляд, одним из самых удачных.

Тем не менее, трехфазная система электроснабжения, несмотря на применение многих интересных технических решений, не лишена своих особенностей и недостатков. Например, наличие двух напряжений 230/400 В и возможность одно- и трехфазного подключения, с одной стороны, являются несомненными преимуществами, ведь это позволяет выбрать наиболее оптимальный способ соединения оборудования разной мощности. С другой стороны, при аварии, например, при обрыве нулевого провода, такая система способна вывести из строя все однофазное оборудование и даже стать причиной пожара. Но об этой особенности речь пойдет уже в следующей части цикла.