Частота переменного тока в промышленных цепях составляет

Частоты промышленных токов

Эти частоты промышленных токов разделяют значительной части взаимосвязанных переменного тока электрических сетей , каждая частота является то , что электрический ток , который транспортируется от производственного блока к конечному пользователю. В большинстве стран мира частота составляет 50 Гц ( Европа , Азия , Африка ) по сравнению с 60 Гц в Северной Америке (см. Карту ниже).

Если явно не указано производителем, большинство устройств работают с частотой 50 или 60 Гц . Вопреки распространенному мнению, изменение частоты не является разрушительным.

Синхронные двигатели вращаются немного быстрее при 60 Гц, а некоторые импульсные блоки питания старого поколения переходят в безопасный режим (без запуска).

Резистивное оборудование ( лампы накаливания , обогреватели, духовки , варочные панели и т. Д. ) Нечувствительно к изменениям частоты.

Изменение напряжения разрушительно для устройства, рассчитанного на 110, если оно запитано на 220.

Напряжения и частоты в мире

Резюме

1 История

1.1 Факторы использования
1.2 Технологическое развитие

8.1 Источники
8.2 Библиография
8.3 Статьи по теме

Исторический

Факторы использования

Несколько параметров влияют на выбор частоты системы, работающей с переменным током. Освещения , то моторы , то трансформаторы , генераторы и линии передачи тока все имеют характеристики , которые зависят от частоты тока для подачи их.

Первыми крупными коммерческими применениями электроэнергии были лампы накаливания и электродвигатели с коллекторами. Оба эти приложения хорошо работают с постоянным током , но их нелегко переносить на большие расстояния при рабочем напряжении; однако это напряжение не может быть легко изменено.

В переменном токе трансформаторы могут понижать напряжение переменного тока с транспортного напряжения ( высокого напряжения ) до рабочего напряжения. Для определенного уровня мощности размеры трансформаторов более или менее обратно пропорциональны частоте. Электроустановка, включая трансформаторы, была бы намного экономичнее с высокой частотой.

Если в лампу накаливания подается ток с низкой частотой, нить накала остывает на каждом полупериоде, заметно изменяя яркость лампы (мигает). Этот эффект более выражен с дуговыми лампами, новейшими ртутными лампами и люминесцентными лампами.

Коллекторные двигатели, известные как универсальные двигатели, неправильно работают с токами высокой частоты, поскольку их индуктивность противодействует току питания. Хотя универсальные двигатели в настоящее время широко используются в быту, они используются только в диапазонах малой мощности (обычно менее одного киловатта).

Когда были изобретены асинхронные (или асинхронные) двигатели , было обнаружено, что они лучше работают на частотах от 50 Гц до 60 Гц, чем на более высоких частотах, таких как 133 Гц (с материалами, доступными в 19 веке). Века).

Передача электрического тока более эффективна на низких частотах, поскольку влияние емкости и индуктивности линии меньше.

Генераторы работают со скоростью, кратной частоте:

нет = скорость в оборотах в секунду ж = частота сети п = количество пар полюсов

Следовательно, стандартная частота вращения ограничивает выбор частоты (и наоборот).

Генераторы, приводимые в действие медленными двигателями, производят более низкие частоты для фиксированного числа полюсов, чем генераторы, приводимые в действие, например, быстрой паровой турбиной . Для низких скоростей вращения было бы дороже построить генератор с достаточным количеством полюсов, чтобы производить высокочастотный переменный ток. Кроме того, синхронизировать два генератора с одинаковой скоростью проще, когда их скорость вращения низкая.

Генераторы можно подключать параллельно, только если они вырабатывают ток одинаковой частоты, формы и фазы. Стандартизация частоты в географической области позволяет соединять генераторы между собой, повышая надежность и позволяя экономить.

Постоянные токи не были полностью заменены переменными токами и использовались в поездах и электрохимических процессах. До изобретения ртутных выпрямителей роторные выпрямители использовались для получения постоянного тока из переменного тока. Как и другие коллекторные машины, они лучше всего работают с низкими частотами.

Все эти факторы взаимодействуют между собой и делают выбор частоты тока решающим. Выбор лучшей частоты — это компромисс между противоречивыми условиями.

Технологическое развитие

Сильно изолированные сети генерации переменного тока использовали произвольные частоты в зависимости от конструкции парового двигателя , водяной турбины или электрического генератора . В XIX — м веке , дизайнеры выбрали относительно высокие частоты для процессоров и дуговых ламп, в целях экономии по этому вопросу; но выбрали более низкие частоты для транспортировки на большие расстояния, для двигателей и вращающихся преобразователей для производства постоянного тока. Частоты от 16 2 ⁄ ₃ Гц до 133 1 ⁄ ₃ Гц использовались несколькими производственными системами. Например, в городе Ковентри ( Англия ) была однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая действовала до 1906 года.

Когда электродвигатели стали очень распространенными, стало важно стандартизировать сетевую частоту, чтобы обеспечить совместимость с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить производственные подразделения в сети, что привело к экономии и обеспечению эксплуатационной надежности.

Хотя существует несколько теорий и легенд, есть некоторая определенность в отношении истории 60 Гц против 50 Гц . Прежде всего, частоты ниже 50 Гц вызывают мерцание дуговых ламп или ламп накаливания.

Незадолго до 1892 года Westinghouse в Соединенных Штатах выбрала 60 Гц , в то время как AEG в Германии в 1899 году выбрала 50 Гц , что привело к сокращению мирового рынка вдвое.

Никола Тесла оказал бы очень сильное влияние на выбор Westinghouse. Использование 60 Гц разрешено использовать асинхронные электродвигатели с той же скоростью , чем стандартные паровые двигатели, общие машины в с XIX — го века. Однако первые генераторы, построенные Westinghouse и установленные на Ниагарском водопаде , вырабатывали 25 Гц, потому что частота вращения турбины была выбрана еще до того, как была окончательно установлена стандартизация.

Westinghouse выбрал бы для двигателей относительно низкую частоту 30 Гц , но турбины для проекта уже были заказаны и были несовместимы для работы с генератором на 30 Гц . Первые три турбины были спроектированы для работы со скоростью 250 об / мин , что привело к возможным частотам 16 2 ⁄ ₃ , 25, 33 1 ⁄ ₃ и 41 2 ⁄ ₃ Гц. Частота 30 Гц n ‘невозможна, В качестве компромиссного значения было выбрано 25 Гц .

Поскольку проект Ниагарского водопада оказал большое влияние на проектирование энергосистем, 25 Гц зарекомендовала себя в качестве североамериканского стандарта для низкочастотных переменных токов. Исследование Westinghouse пришло к выводу, что хорошим компромиссом между освещением, двигателями и проблемой современного транспорта была бы частота 40 Гц . Хотя частоты около 40 Гц нашли коммерческое применение, эта частота никогда не имела приоритет над уже используемыми частотами (25, 50 и 60 Гц ).

Переключатели частоты, используемые для преобразования 25 Гц в 60 Гц (и наоборот), было сложно спроектировать; машина, работающая на частоте 60 Гц с 24 полюсами, могла бы вращаться с той же скоростью, что и машина, работающая на частоте 25 Гц с 10 полюсами, что сделало бы машины громоздкими и дорогими. 60 / ₃₀ Отношение упростило бы конструкцию, но 25 Гц установки были слишком широко применяется для этой концепции , чтобы быть экономически жизнеспособной.

Некоторые думают, что выбор AEG 50 Гц был сделан так, чтобы иметь «круглое» значение. Возможно, это было намеренное решение, несовместимое с другими частотами, хотя это нужно рассматривать в перспективе (использовалось несколько частот, поэтому на самом деле ни одна из них не появилась). Множество частот продолжало сосуществовать (в 1918 году в Лондоне было 10 различных частот). Стандарты были установлены только после Второй мировой войны , с распространением бытовых электрических товаров.

Другие частоты , которые были относительно распространены в первой половине XX — го века, до сих пор используется сегодня в отдельных случаях, часто присоединены к системе 60 Гц с помощью переключателя , выполняемого с помощью вращающегося преобразователя или статического преобразователя. Из-за затрат стандартизация произошла не сразу, и некоторые части распределительной сети смогли продолжить работу с исходными частотами. 25 Гц используется в Онтарио , Квебеке и на севере США . В 1950-е годы было доведено до стандарта большое количество оборудования (от генераторов до бытовой техники), работающего на частоте 25 Гц . Однако генераторы 25 Гц все еще существуют на станциях в Ниагарском водопаде и обеспечивают электроэнергией крупных промышленных потребителей, которые не хотят заменять существующее оборудование. Точно так же двигатели 25 Гц оснащены некоторыми водяными насосами, установленными во время наводнения в Новом Орлеане [1] .

В Соединенных Штатах электроэнергетическая компания Southern California Edison , которая использовала 50 Гц в качестве стандарта , не переходила на 60 Гц до 1948 года.

Электрические частоты, используемые в 1897 году в Северной Америке.

Частота (Гц)	Описание
140	Динамо-машина для дуговой подсветки
133	Компания Стэнли-Келли
125	Однофазный General Electric
66,7	Компания Стэнли-Келли
62,5	General Electric «моноциклический»
60	Многие производители, став «все более распространенными» в 1897 г.
58,3	General Electric Lachine Rapids
40	General Electric
33	General Electric в Портленде, штат Орегон, для роторных преобразователей
27	Crocker-Wheeler для печей с карбидом кальция
25	Westinghouse Niagara Falls, 2 фазы — для приводных двигателей

В середине XX — го века, частоты , используемые не были полностью стандартизованы с текущими значениями (50 Гц и 60 Гц ). В 1946 году в справочнике по проектированию радиоаппаратуры были перечислены (снова) устаревшие электрические частоты!

Электрические частоты, используемые в 1946 году (кроме 50 и 60 Гц)

Частота (Гц)	Область, край
25	Канада (Южный Онтарио), Панама (зона канала) (*), Франция, Германия, Швеция, Великобритания, Китай, Гавайи, Индия, Маньчжурия
40	Ямайка, Бельгия, Швейцария, Великобритания, Малайзия, Египет, Австралия (Восток) (*)
42	Чехословакия, Венгрия, Италия, Монако (*), Португалия, Румыния, Югославия, Ливия (Триполи)
43 год	Аргентина
45	Италия, Ливия (Триполи)
76	Гибралтар(*)
100	Мальта (*), Британская Восточная Африка

В областях, отмеченных (*), использовалась только указанная частота.

Железные дороги

Остальные частоты используются для железных дорог . Германия , то Австрия и Швейцария используют одну фазу переменного тока 16 2 / ₃ Гц для линии электропередачи. Частота 25 Гц использовалась на некоторых австрийских железнодорожных линиях ( Mariazeller Bahn ) и некоторых линиях в Нью-Йорке и Пенсильвании ( Amtrak ) в Соединенных Штатах .

Остальные железнодорожные линии питаются на промышленных частотах (50 Гц или 60 Гц ), и в этом случае ток, предназначенный для тяговой цепи, подается напрямую по стандартным линиям. В странах, использующих 16 2 ⁄ ₃ Гц, он поставляется либо через преобразователи частоты, либо через специализированные производственные подразделения.

400 Гц

400 Гц используется в авиационной и аэрокосмической промышленности, в морской промышленности, в источниках питания компьютеров в специальных приложениях и в ручных станках. Фактически, трансформаторы и двигатели, рассчитанные на 400 Гц , намного компактнее и легче, чем те, которые используют 50 или 60 Гц .

Но ток на этой частоте создает проблемы при транспортировке на большие расстояния, в основном из-за скин-эффекта, который увеличивает потери за счет уменьшения эффективного диаметра проводников при увеличении частоты. Вот почему распределение электроэнергии на частоте 400 Гц остается ограниченным этими конкретными приложениями.

Сети с переменной частотой

Недавние коммерческие самолеты, такие как Airbus A380 или A350 или Boeing 787 , отказались от сети с фиксированной частотой на 400 Гц для сетей с переменной частотой. Действительно, регулирование частоты генераторов переменного тока, приводимых в действие реакторами самолета, требовало механической системы регулирования скорости, которая, следовательно, является сложной, дорогой и относительно ненадежной. Генераторы теперь находятся в прямом контакте с двигателем. Например, на А380 частота сети может варьироваться от 360 до 800 Гц в зависимости от оборотов двигателя, каждая из бортовых систем работает на своей частоте.

Стабильность частоты

Частота крупных взаимосвязанных распределительных сетей жестко регулируется, поэтому средняя частота всегда поддерживается на номинальном уровне с точностью до нескольких сотен ppm . Это позволяет работать с простыми электрическими часами на основе синхронных электродвигателей. Но основная причина точного управления частотой — обеспечение возможности управления генераторами, подключенными к сетям.

Частота меняется при изменении нагрузки на сеть, а также при подключении или отключении генераторов от сети. Точнее говоря, увеличение потребления, не компенсируемое производством, вызывает снижение частоты. Таким образом, количество генераторов, подключенных к сети, постоянно регулируется, чтобы частота сети была постоянной.

В случае значительного падения частоты из-за значительной перегрузки могут быть реализованы два решения:

если перегрузка происходит из-за потери производственной единицы (например, из-за потери межсоединения), автоматические системы затем инициируют сброс нагрузки на определенных участках сети.

если перегрузка исходит не от сети или производственных единиц, а только от повышенного потребления, производственные единицы вводятся в эксплуатацию и подключаются к сети.

И наоборот , если потребление упадет, частота увеличится, поэтому производство должно быть уменьшено.

Таким образом, частота является регулирующим фактором сетей. Поэтому промышленные частоты ( 50 и 60 Гц ) регулируются в пределах допуска ± 0,5 Гц (для общенациональных сетей).

NB: В Англии есть сайт, который отображает частоту работы распределительной сети в режиме реального времени.

В Швейцарии такая же информация, синхронно с континентом, также доступна в Интернете.

Слышимый шум и помехи

Источники питания могут издавать гудение (также известное как гул 50 Гц ) с частотой, кратной частоте сети, к которой они подключены. Этот шум можно услышать на некоторых некачественных активных колонках .

На заре телевидения электронные системы не могли идеально фильтровать этот шум из-за частоты сети, что приводило к искажениям изображения (рябь, биения, стробоскопические эффекты искусственного освещения). Поэтому стандарты вещания сделали выбор в пользу частоты, кратной частоте сети, в качестве частоты вертикальной синхронизации изображения. Это объясняет скорость 25 изображений в секунду для европейских стандартов и 30 изображений в секунду для американских стандартов. С тех пор достижения в области электроники позволяют эффективно фильтровать шум в сети.

Примечания и ссылки

↑ (in) IEEE Power & Energy, январь / февраль 2008 г., стр. 84-90
↑ (in) Аарон атп, « Почему 400 Гц? — Форум технических операций » на сайте Airliners.net , 10 мая 2000 г. (по состоянию на 31 декабря 2013 г. )
↑ (in) Насколько сбалансирована электросеть Великобритании на данный момент? , на сайте dynamicdemand.co.uk, по состоянию на 19 января 2013 г.
↑Частотасети , на сайте swissgrid.ch
↑ПРОШЛОЕ — Недостатки зрения для объяснения телевидения

Приложения

Источники

(ru) Э.Л. Оуэн, « Истоки 60 Гц как частоты питания » , журнал « Industry Applications Magazine» , IEEE, vol. 3, п о 6, Ноябрь-декабрь 1997 г. , стр. 8, 10, 12-14
(ru) Ф.А. Фурфари, « Эволюция частот линий электропередачи с 133 от 1/3 до 25 Гц » , журнал Industry Applications Magazine , IEEE, vol. 6, п о 5, Сентябрь-октябрь 2000 г. , стр. 12-14 ( ISSN1077-2618 )
(en) DB Rushmore, « Frequency » , AIEE Transactions , vol. 31, 1912 г.
(ru) Томас Дж. Блэлок, « Электрификация крупного сталелитейного завода — Часть II, разработка системы 25 Гц » , журнал « Industry Applications Magazine» , IEEE, Сентябрь-октябрь 2005 г. , стр. 9-12 ( ISSN1077-2618 )

Библиография

(en) Эдвин Дж. Хьюстон и Артур Кеннелли, « Последние типы динамо-электрических станков» , Нью-Йорк, PF Collier and Sons, 1902 г.
(en) Инженеры центральной станции компании Westinghouse Electric Corporation, Справочник по передаче и распределению электроэнергии , Восточный Питтсбург, Westinghouse Electric Corporation, 1950 , 4- е изд.
(en) Дональд Г. Финк и Х. Уэйн Бити, Стандартное руководство для инженеров-электриков , McGraw-Hill, 1978 г. , 11- е изд. ( ISBN0-07-020974-X )
(ru) HT Kohlhaas, Справочные данные для радиоинженеров , Нью-Йорк, Федеральная телефонная и радиокорпорация, 1946 г.

Статьи по Теме

Электрическая сеть
Источник питания
Переменный ток
Частота
Высокое напряжение

Электростанция
- Ветряная турбина
- Приливная турбина
- Ядерная
- Фотоэлектрические
- Термодинамика
- Когенерация
- Микрокогенерация
- Тригенерация
- Децентрализованная генерация
- Виртуальная электростанция
- Электрооборудование высокого напряжения
- Электрический кабель
  - высокое напряжение
  - Текущий
  - измерение
  - мощность
  - Напряжения
  - Электрическое отопление
  - Электролиз
  - Силовая электроника
  - Электрическая машина
  - Земля бар
  - Кабельный тракт
  - Допустимый постоянный ток
  - Автоматический выключатель
  - Автоматический выключатель высокого напряжения
  - Повышение потенциала Земли
  - Защитный провод
  - Предохранитель
  - Эквипотенциальное соединение
  - Связь с Землей
  - Ограничитель перенапряжения
  - Молниеотвод
  - Земля хорошо
  - земля
  - Бесконтактный тестер отсутствия напряжения
  - Автоматический
  - Электричество
  - Электрохимия
  - Электромагнетизм
  - Электронный
  - Робототехника
  - Обработка сигналов
  Оценивание по теме: «Переменный электрический ток» 12 класс
  
  А) для получения переменного тока. Б) для преобразования переменного тока.
  
  В) для превращения постоянного тока в переменный.
  
  Г) для превращения переменного тока в постоянный.
  
  6. Кто изобрел трансформатор? 1) Лебедев 2) Тимирязев 3) Яблочков 4) Паскаль
  
  7. Где происходит промышленное получение, переменного тока:
  а) на заводах б) на электростанциях в) на фабриках
  
  8. Период колебаний равен 2 мс. Частота этих колебаний равна
  
  1) 0.5 Гц 2) 20 Гц 3) 500 Гц 4) π кГц
  
  9. В каких единицах в системе СИ измеряется частота переменного тока?
  
  А) секунда; Б) герц; В) Тесла
  
  10. Ток, изменяющийся с течением времени называется:
  
  А) постоянный; Б) переменный.
  
  11.Действующее значение – это характеристика переменного тока:
  а) нет б) да в) в редких случаях
  
  12.Какова роль источника тока в электрической цепи:
  а) порождает заряженные частицы
  б) создает и поддерживает разность потенциалов в электрической цепи
  в) нет верного ответа
  
  Выполнить перевод в СИ
  
  22кВ=____________________
  
  25000 мкА=__________________
  
  0,45мГн=_________________
  
  60МГц=__________________
  
  200кОм=_________________
  
  Решить задачи: Катушка с индуктивностью 35 мГн включается в сеть переменного тока. Определите индуктивное сопротивление катушки при частоте 60 Гц.
  
  Ответ: ___________________________
  
  Решить задачу: Конденсатор емкостью 250 мкФ включается в сеть переменного тока. Определите емкостное сопротивление конденсатора при частоте 50 Гц.
  
  Изменение заряда конденсатора в колебательном контуре происходит по закону q=0.04 cos20πt
  
  Записать закон для силы тока _____________________________________________________
  
  Амплитуду силы тока______________________________
  
  Действующее значение силы тока______________________________________
  
  Последовательно с лампочкой карманного фонаря к звуковому генератору подключена катушка. Как изменится индуктивное сопротивление катушки, действующее значение тока в лампочке и накал лампочки, если уменьшить частоту тока? Выполнить соответствие:
  
  ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
  
  А) индуктивное сопротивление 1) увеличивается
  
  Б) действующее значение тока 2) не изменяется
  
  В) накал лампочки 3) уменьшается
  
  Всего баллов 40 Набрано баллов_______ Оценка________________
  
  Электрические цепи переменного тока
  
  Переменный ток получил гораздо большее распространение в промышленности и в быту, чем постоянный, так как упрощается конструкция электродвигателей, а синхронные генераторы могут быть выполнены на значительно большие мощности и более высокие напряжения, чем генераторы постоянного тока. Переменный ток позволяет легко изменять величину напряжения с помощью трансформаторов, что необходимо при передаче электроэнергии на большие расстояния.
  - Переменные токи
  - Понятие о генераторах переменного тока
  - Синусоидальный ток
  - Действующие ток, ЭДС и напряжение
  - Изображение синусоидальных функций времени векторами и комплексными числами
  - Сложение синусоидальных функций времени
  - Электрическая цепь и ее схема
  - Ток и напряжения при последовательном соединении резистивного, индуктивного и емкостного элементов
  - Сопротивления
  - Разность фаз напряжения и тока
  - Напряжение и токи при параллельном соединении резистивного, индуктивного и емкостного элементов
  - Проводимости
  - Пассивный двухполюсник
  - Мощности тока
  - Мощности резистивного, индуктивного и емкостного элементов
  - Баланс мощностей токов
  - Знаки мощностей и направление передачи энергии
  - Определение параметров пассивного двухполюсника при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра
  - Условия передачи максимальной мощности от источника энергии к приемнику
  - Понятие о поверхностном эффекте и эффекте близости
  - Параметры и эквивалентные схемы конденсаторов
  - Параметры и эквивалентные схемы катушек индуктивности и резисторов
  Электрический ток, возникающий под действием э. д. с, которая изменяется по синусоидальному закону, называют переменным. По существу, переменный ток — это вынужденные колебания тока в электрических цепях.
  
  Амплитудой переменного тока называется наибольшее значение, положительное или отрицательное, принимаемое переменным током.
  
  Периодом называется время, в течение которого происходит полное колебание тока в проводнике.
  
  Частота — величина, обратная периоду.
  
  Фазой называется угол или , стоящий под знаком синуса. Фаза характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t=0 фаза называется начальной.
  
  Периодический режим: . К такому режиму может быть отнесен и синусоидальный:
  
  — амплитуда;
  
  — начальная фаза;
  
  — угловая скорость вращения ротора генератора.
  
  При f=50Гц T= 1/f=0,02 с, 314рад/с.
  
  График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.
  
  Расчет цепей переменного тока с использованием мгновенных значений тока, напряжения и ЭДС требует громоздкой вычислительной работы. Поэтому изменяющиеся непрерывно во времени токи, напряжения и ЭДС заменяют эквивалентными во времени величинами.
  
  При расчете электрических цепей синусоидальную функцию выражают по формуле Эйлера через экспоненциальные функции:
  
  — поворотный множитель;
  
  — комплексная амплитуда напряжения;
  
  — сопряженная комплексная амплитуда напряжения.
  
  Таким образом, синусоидальное напряжение можно представить на комплексной плоскости вращающимся вектором. Тогда амплитудное значение напряжения будет представлять собой модуль или длину вектора напряжения.
  
  Вектор напряжения на комплексной плоскости
  
  Так как в цепи с синусоидальным напряжением ток тоже будет подчиняться этому закону, то аналогично можно записать
  
  — комплексная амплитуда тока; *
  
  — сопряженная комплексная амплитуда тока.
  
  Разделив напряжение на ток, получим закон Ома в комплексном виде:
  
  При напряжение на сопротивлении согласно закону Ома . Таким образом, следует отметить, что на активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе и (см. рисунок).
  
  Кривые напряжения и тока в активном сопротивлении
  
  Величину переменного напряжения или тока можно оценить значением амплитуды или средним значением за полупериод или действующим значением. При изменении напряжения или тока по закону синуса среднее значение напряжения определяется:
  
  При большой частоте вращения ротора генератора, т. е. при большой частоте колебаний э. д. с. и силы тока, измерять их амплитуды на практике крайне неудобно. По этой причине ввели величины, названные действующими значениями э. д. с, силы тока и напряжения.
  
  Действующим значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, при прохождении которого по той же цепи и за то же время выделяется такое же количество теплоты, как и при прохождении переменного тока.
  
  При синусоидальном законе действующие значения тока и напряжения:
  
  Приборы электромагнитной системы, применяемые для измерений напряжений и токов на переменном токе, регистрируют действующие значения. Соответственно градуируются и шкалы этих приборов.
  
  Ток, протекающий через индуктивность L (рис. 7), меняется по закону синуса /’ = Im sin(co/ + у;).
  
  Кривые напряжения и тока в индуктивном сопротивлении
  
  Напряжение на индуктивности определяется выражением
  
  -индуктивное сопротивленияе
  
  Индуктивное сопротивление выражают в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с катушкой индуктивности.
  
  В идеальной индуктивности ток отстает от напряжения на 90°.
  
  Если напряжение на емкости меняется по закону синуса , то
  
  -емкостное сопротивление.
  
  Емкостное сопротивление выражается в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с конденсатором.
  
  Кривые напряжения и тока в емкостном сопротивлении
  
  В идеальной емкости ток опережает напряжение на 90°
  
  Режим — состояние электрической цепи переменного тока описывается дифференциальными уравнениями, представляющими собой уравнения с постоянными коэффициентами и правой частью, например:
  
  Из курса высшей математики известно, что общее решение такого уравнения может быть найдено методом наложения принужденного и свободного режимов:
  
  — ток принужденного режима при di/dt=0
  
  — ток свободного режима.
  
  Свободные процессы исследуются с целью определения устойчивости системы. В устойчивой системе процессы должны затухать. Принужденный и свободный режимы в сумме определяют процессы, которые называются переходными, т.е. осуществляется переход от одного установившегося режима к другому.
  
  При установившемся режиме ток и напряжение сохраняют в течение длительного времени амплитудные значения.
  
  В цепях постоянного тока токи и напряжения остаются неизменными, а в цепях переменного тока остаются неизменными кривые изменения токов и напряжений.
  
  Мощность цепи переменного тока
  
  В периодическом синусоидальном режиме
  
  Используя известное тригонометрическое преобразование
  
  и обозначив , получим
  
  Среднее за период значение гармонической функции удвоенной частоты равно нулю.
  
  Измерение мгновенного значения мощности переменного тока затруднено из-за сравнительно большой частоты колебаний (v = 50 Гц). Поэтому на практике принято пользоваться средней мощностью тока. Средняя мощность — это отношение энергии, потребляемой за один период, к периоду:
  
  — энергетическое значение коэффициента мощности,
  
  Потребляемая на участке цепи с резистором средняя мощность получила название активной мощности. Она необратимо преобразуется в джоулеву теплоту и другие виды энергии. Мощность, потребляемую на участках цепи с емкостным и индуктивным сопротивлениями, называют реактивной мощностью.
  
  При передаче электрической энергии по цепи переменного тока ее необратимые преобразования происходят только на тех участках цепи, которые содержат резисторы. Такие участки цепи называют активной нагрузкой. На активной нагрузке электроэнергия превращается в теплоту или механическую работу.
  
  Участок цепи с индуктивностью или емкостью называют реактивной нагрузкой. На участках цепи, которые состоят из чистых емкостных или индуктивных сопротивлений, электроэнергия не потребляется. В цепи с реактивными нагрузками происходит только перекачка энергии от генератора к нагрузке и обратно с неизбежными потерями в подводящих проводах.
  
  При заданных Р и U ток является функцией cosj. Потери мощности на сопротивлении
  
  В цепи с резистором j=0.
  
  Коэффициент мощности cosj показывает, какая часть полной мощности, вырабатываемой генератором и передаваемой нагрузке, необратимо используется нагрузкой. Он играет важную роль в электротехнике. В самом деле, если в цепи имеется значительный сдвиг по фазе между колебаниями тока и э. д. с, то коэффициент мощности мал и нагрузка потребляет от генератора малую активную мощность. Вместе с тем генератор должен вырабатывать полную мощность S. Эту же мощность должен отдавать генератору первичный двигатель. Таким образом, при низком коэффициенте мощности нагрузка потребляет лишь часть энергии, которую вырабатывает генератор. Оставшаяся часть энергии перекачивается периодически от генератора к потребителю и обратно и рассеивается в линиях электропередачи.
  
  Максимально благоприятные условия передачи электроэнергии создаются в цепи, работающей в режиме резонанса. В самом деле, при приближении к резонансу амплитуда силы тока оказывается максимальной и коэффициент мощности стремится к единице. В этом случае активная мощность приближается к полной мощности, т. е. достигает максимума.
  
  Повышение к. м. является важной народнохозяйственной задачей, от решения которой зависит эффективность использования вырабатываемой электроэнергии.
  
  Уменьшение к. м. в промышленных цепях происходит в основном за счет содержащихся в них трансформаторов и асинхронных электродвигателей, имеющих значительные индуктивные сопротивления. Поэтому повысить к. м. при таких нагрузках можно путем подключения параллельно основной цепи компенсирующих конденсаторов, позволяющих приблизиться к режиму резонанса токов.
  
  С целью повышения к. м. и экономии электроэнергии не следует допускать холостого хода (т. е. работы без нагрузки) трансформаторов и асинхронных электродвигателей, ибо в этом случае они представляют собой чисто индуктивные сопротивления и вызывают дополнительные потери мощности.
  
  Коэффициент мощности (к. м.) ни в коем случае нельзя путать с коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Так, например, при определенном соотношении емкости и индуктивности коэффициент мощности в данной цепи может оказаться равным единице. Коэффициент же полезного действия цепи всегда меньше единицы.
  
  Мощность цепи переменного тока
  
  Мощность в активном сопротивлении
  
  Мгновенное значение мощности для цепи с резистором:
  
  Из рисунка видно, что потребляемая резистором мгновенная мощность остается все время положительной, но пульсирует с удвоенной по отношению к силе тока и э. д. с. частотой.
  
  Действующее значение мощности:
  
  Активная мощность в цепи с идеальной катушкой индуктивности и конденсатором равна 0. Реактивная мощность определяется выражением:
  
  Аналогично можно проделать для цепи с идеальным конденсатором:
  
  В произвольной цепи переменного тока потребляемая одновременно активной и реактивной нагрузками суммарная мощность
  
  Но так как , следовательно, . Мы приходим к выводу, что суммарная средняя мощность, потребляемая полной цепью переменного тока, равна активной мощности.
  
  где S — полная мощность, вырабатываемая генератором переменного тока, ВА;
  
  a — сдвиг по фазе между колебаниями э. д. с. и силы тока.
  
  Дополнительно по теме
  - История формирования ТОЭ
  - Основные понятия электрических цепей
  - Электрические цепи постоянного тока
  - Пример расчета цепей постоянного тока
  - Электрические цепи переменного тока
  - Расчет цепей переменного тока
  - Символический метод расчета цепей
  - Резонансные явления
  - Переходные процессы
  - Трехфазные цепи
  - Симметричные составляющие трехфазной системы
  - Нелинейные цепи
  - Несинусоидальные токи и напряжения
  - Магнитные цепи
  Переменный и постоянный ток – в чем отличие?
  
  Электроток – упорядоченное движение позитивно заряженных частичек, в качестве которых, в зависимости от среды, могут выступать электроны, ионы, катионы и анионы, обладающие определенным статичным зарядом.
  
  Постоянный ток всегда «протекает» в одностороннем направлении: в стальных проводах от «плюса» к «минусу». Что касается переменного тока, то судя из названия, понятно, что он подвергается изменениям. Каким образом происходят изменения?
  
  В домашних розетках «находится» ток, подвергающийся синусоидальным колебаниям при значении частоты 50 Гц. Если обратить внимание на электрическую цепь обычной лампы накаливания, то здесь получаем:
  - электроны в поле постоянного тока всегда передвигаются от «-» к «+»;
  - в случае переменного, движение определяется частотой генератора – то есть, при частоте тока 50 Гц курс потока электронов изменится 100 раз за 1 секунду. То есть, по сути, в розетке плюс и минус поменяются местами 100 раз. Поэтому, независимо от того, какой стороной вставляется вилка в розетку, техника или бытовой прибор будет нормально работать.
  Физический смысл переменного тока выражается по синусоидальному закону: от «0» до максимального положительного значения, далее до «0» и отрицательного максимума амплитуды. При переменном токе также изменяется его заряд и полярность в диапазоне 100-0-100%. Кроме этого ток переменный легче преобразить.
  
  Источники тока
  
  Первым человечество узнало об электросетях постоянного тока, но из-за конструктивной сложности генератора, с ними возникали постоянные проблемы и частые поломки. Конструкция же генератора переменного тока намного проще, что сказывается на удобстве в эксплуатации.
  
  Для того чтобы добиться одинаковых параметров мощности, нужно повышенное напряжение и малый ток или наоборот. Чем больше сила тока, тем потребуется большее сечение провода – а это затратно. К примеру, по проводам малого сечения можно передавать до 1,5 млн Вольт электроэнергии при величине силы тока в 100А и минимальных потерях. Далее, подстанция «заберет» до 500 тысяч Вольт при силе тока 10А и «отдаст» в сеть 10 тысяч Вольт при 500А. Потом, районные электрические трансформаторные станции преобразуют напряжение на 220В или 380В для потребительских целей при величине силы тока 10 тысяч Ампер.
  
  Похожий принцип действия, но в противоположную сторону имеет стационарный компьютер. ПК сначала преобразует переменный в постоянный ток, а далее посредством БП (блок питания) снижает параметр напряжения до требуемой для правильной работы всех узлов ПК величины.
  
  Для справки. А знаете ли Вы, что в конце 19 столетия, процесс электроснабжения населенных пунктов мог пойти по другому пути. Изобретатель Томас Эдисон продвигал в массу значимость постоянного тока. И если бы не эксперименты выдающего ученого Никола Тесла, обосновавшего эффективность переменного тока, то все в мире могло пойти по абсолютно другому пути. Сербский ученый Тесла первым разработал многофазный генератор, выдающий переменный ток, что позволило доказать превосходство переменного тока над источниками постоянного электричества.
  
  Устройства постоянного напряжения:
  - различные виды батареек;
  - аккумуляторы разных типов;
  - генераторы;
  - преобразователи и выпрямители;
  - приборы для аварийного освещения.
  К переменным относятся:
  - генераторы;
  - повышающие и понижающие трансформаторы;
  - стационарные электро розетки.
  Огромный выбор оборудования и комплектующих для монтажа электрических сетей переменного и постоянного типа представлен в интернет-магазине «Пауэрлюкс». Наши специалисты подберут электротехническую продукцию под ваши конкретные задачи уже сейчас. Звоните!
  - Бесплатная доставка по Украине от 3000 грн.
  при условии 100% оплаты
  Похожие публикации: