Što je izmjenična struja?

Sada je nemoguće zamisliti ljudsku civilizaciju bez struje. Televizori, računala, hladnjaci, sušila za kosu, perilice rublja - svi aparati rade na njemu. Da ne spominjem industriju i velike korporacije. Glavni izvor energije za potrošače energije je izmjenična struja. Što je to? Koji su njegovi parametri i karakteristike? Koja je razlika između izravne i izmjenične struje? Malo ljudi zna odgovore na ova pitanja.

Varijabla u odnosu na konstantu

Krajem devetnaestog stoljeća, zahvaljujući otkrićima na polju elektromagnetizma, nastao je spor nad kojim se struja najbolje koristi za zadovoljavanje ljudskih potreba. Kako je sve počelo? Thomas Edison je 1878. osnovao svoju tvrtku, koja je u budućnosti postala poznata kao General Electric. Tvrtka je ubrzo postala bogata i stekla povjerenje investitora i običnih građana Sjedinjenih Američkih Država, budući da je diljem zemlje izgrađeno nekoliko stotina DC elektrana. Zasluga Edisona je u izumu sustava s tri žice. Izravna struja s velikim elektromotorima i žarulje sa žarnom niti. To su zapravo bili jedini primatelji energije u to vrijeme. Pult, koji je također izumio Edison, radio je isključivo na istosmjernoj struji. Međutim, za razliku od Edisonove razvojne tvrtke, pojavile su se konkurentne korporacije i izumitelji koji su se željeli suprotstaviti izmjeničnoj struji za istosmjernu struju.

Nedostaci Edisonovog izuma

George Westinghouse, inženjer i poslovni čovjek, primijetio je u patentu Edisona slabu vezu - ogromne gubitke u vodičima. Međutim, nije uspio razviti dizajn koji bi se mogao natjecati s ovim izumom. Što je nedostatak Edison DC? Glavni problem je prijenos električne energije na udaljenosti. Budući da povećanjem otpornosti vodiča raste, to znači da će i gubici snage rasti. Da bi se smanjila ta razina, potrebno je ili povećati napon, a to će dovesti do smanjenja jačine same struje, ili do zgušnjavanja žice (tj. Za smanjenje otpora vodiča). U to vrijeme nije bilo moguće učinkovito povećati istosmjerni napon, tako da su Edisonove elektrane zadržale napon blizu dvije stotine volti. Nažalost, tokovi energije koji se prenose na taj način ne mogu zadovoljiti potrebe industrijskih poduzeća. Izravna struja ne može jamčiti proizvodnju električne energije snažnim potrošačima, koji su se nalazili na znatnoj udaljenosti od elektrane. I povećati debljinu žica ili izgraditi više stanica je preskupo.

AC v DC

Zahvaljujući dizajnu transformatora, koji je 1876. godine razvio inženjer Pavel Yablochkov, bilo je vrlo lako promijeniti napon naizmjenične struje, što je pružilo nevjerojatnu mogućnost da ga prenesemo na stotine i tisuće kilometara. Međutim, u to vrijeme nije bilo motora koji su radili na izmjeničnoj struji. Prema tome, nije bilo proizvodnih stanica ili mreža za prijenos.

Izumi Nikole Tesle

Nesumnjiva prednost stalne ne traje dugo. Nikola Tesla, radeći kao inženjer u tvrtki Edison, shvatio je da istosmjerna struja ne može pružiti čovječanstvu struju. Već 1887. godine Tesla je dobio nekoliko patenata za uređaje s izmjeničnom strujom. Počela je cijela borba za učinkovitije sustave. Glavni konkurenti bili su Tesla Thomson i Stanley. A 1888. godine, srpski inženjer je dobio nedvosmislenu pobjedu, koja je osigurala sustav koji je mogao prenijeti električnu energiju stotinama milja daleko. Mladi izumitelj brzo je odveden u Westinghouse. Međutim, sukob između poduzeća Edison i Westinghouse počeo je odmah. Već 1891. godine Tesla je razvio trofazni sustav naizmjenične struje, koji je omogućio pobjedu na natječaju za izgradnju velike elektrane. Od tada, jedinstvena pozicija vođe preuzela je izmjeničnu struju. Constant je dao položaje na svim frontama. Pogotovo kada su se pojavili ispravljači sposobni pretvoriti izmjeničnu struju u istosmjernu struju, koja je postala pogodna za sve prijemnike.

Detekcija AC struje

Za razliku od istosmjerne struje, naizmjenična struja se neprestano mijenja u smjeru i veličini, a te se fluktuacije događaju u skladu s periodičnim zakonima, tj. Ponavljaju se u apsolutno jednakim vremenskim intervalima. Za stvaranje takve struje u krugu koristite izvore izmjenične struje, što stvara emf. Ova vrsta izvora se naziva alternator.

Primjer najjednostavnijeg generatora

Najjednostavniji izvor je pravokutni okvir od bakra, koji je fiksiran na osi i rotira u magnetskom polju s remenski pogon. Krajevi ovog okvira su lemljeni na bakrene prstene s kliznim prstenovima koji klize duž četkica. Magnet stvara ravnomjerno raspodijeljeno magnetsko polje. Gustoća linija magnetskog polja ovdje je ista u bilo kojem dijelu. Okretni okvir prelazi ove linije, a na njegovim stranama se inducira varijabla elektromotorna sila (EMF). Sa svakim okretanjem, smjer ukupnog emf-a je obrnut, jer radne strane okvira po okretanju prolaze kroz različite polove magneta. Budući da se brzina presijecanja linija sile mijenja, veličina elektromotorne sile postaje drugačija. Prema tome, ako se okvir ravnomjerno rotira, inducirana elektromotorna sila će se periodički mijenjati i po smjeru i po veličini, može se mjeriti vanjskim uređajima i, kao rezultat, koristiti za stvaranje izmjenične struje u vanjskim krugovima.

sinusna

Što je to? Naizmjeničnu struju grafički karakterizira valovita krivulja - sinusoid. Prema tome, EMF, struja i napon, koji se mijenjaju prema ovom zakonu, nazivaju se sinusoidni parametri. Krivulja je tako nazvana jer je slika trigonometrijske varijable magnitude - sinus. To je sinusoidna priroda izmjenične struje - najčešća u svim elektrotehničkim procesima.

Parametri i karakteristike

Izmjenična struja je fenomen koji karakteriziraju određeni parametri. To uključuje amplitudu, učestalost i razdoblje. Potonje (označeno slovom T) je vremensko razdoblje tijekom kojeg napon, struja ili emf obavlja potpuni ciklus promjene. Što je rotacija generatora brža, to će biti manje. Frekvencija (f) odnosi se na broj punih razdoblja struje, napona ili emf. Mjeri se u Hz (hertz) i označava broj razdoblja u sekundi. Prema tome, što je razdoblje duže, to je niža frekvencija. Amplituda takve pojave kao naizmjenična struja naziva se njezina najveća vrijednost. Amplituda napona, struje ili elektromotorne sile zapisuje se slovima s indeksom "t" - U _t I _t , E _t . Često se stvarna vrijednost dodjeljuje parametrima i karakteristikama izmjenične struje. Napon, struja ili emf, koji djeluje u krugu u svakom trenutku vremena - trenutna vrijednost (označena malim slovima - í, u, e). Međutim, teško je procijeniti izmjeničnu struju, rad koji on obavlja, toplinu koju stvara trenutna vrijednost, budući da se stalno mijenja. Stoga primijenite struju koja karakterizira jačinu istosmjerne struje, emitirajući toliko topline kako prolazi kroz vodič kao izmjenična struja.