Частота тока

Чем отличается постоянный ток от переменного

Многие из нас еще из школьного курса физики помнят, что электрическим током называется направленное движение частиц, обладающих зарядом. Некоторые даже знают, что ток бывает постоянным и переменным. Но вот в чем разница между постоянным током и переменным?

Отличительная черта постоянного тока заложена в его названии. Напряжение является постоянным по знаку и величине, то есть постоянный ток «течет» в одну сторону. Переменный ток меняет направление движения и величину.

Если рассматривать данное отличие на примере обычной розетки, то перемена движения электронов будет зависет от частоты генератора. В наших домах проведен электрических ток с колебаниями частотой 50 герц (то есть 50 колебаний в секунду). Следовательно, изменение направления движения электронов происходит 100 раз за секунду.

В первых электрических сетях использовался только постоянный ток. Его обнаружили в результате гальванической реакции. Томас Эдисон активно продвигал использование постоянного тока в электросетях, что сильно увеличивало затраты на изготовление генераторов. Конструкция устройства была настолько сложна, что требовала немалых финансовых затрат и специальных умений. Противником такого развития выступил Никола Тесла, доказавший, что эксплуатация генератора переменного тока более проста и дешева.

Сегодня постоянный ток можно встретить в обычных батарейках и аккумуляторах, аварийных источниках энергии, выпрямителях, преобразователях и других специальных устройствах. Кроме того, городской электротранспорт (трамваи и троллебусы) функционирует благодаря напряжению в 600 Вольт. Постоянный ток задействован и в метрополитене, но уже величиной 750-825 Вольт. В промышленных масштабах его используют в аккумуляторах и двигателях. А в некоторых странах постоянный ток применяется в высоковольтных линиях электропередач. В медицине при помощи постоянного электрического тока осуществляют некоторые оздоровительные процедуры.

Источниками переменного тока являются бытовые электросети, генераторы и различные трансформаторы. Также его применяют в строительстве и промышленности для работы электрических машин, оборудования и освещения. Переменный ток используют в телефонии, радио, телевидении и многих других системах.

К постоянному и переменному току предъявляются разные требования. В каждом государстве разрабатываются и строго выдерживаются соответствующие стандарты. Важнейшим параметром переменного тока является значение напряжения. Требования, установленные для РФ, составляют 220-230 В, допустимые колебания – 10% от этого номинала. Предел отклонений от частоты 50 Гц составляет десятую долю процента.

Требования к постоянному току выражаются в виде напряжения, присутствующего в его источниках. Так, к примеру, аккумуляторы должны иметь обозначение 12В. В противном случае производитель не гарантирует длительную и корректную работу прибора.

Выводы:

1. Направление движения электронов постоянного тока остается неизменным. В переменном токе – изменяется в зависимости от частоты генератора.
2. Величина напряжения постоянного тока постоянна. В переменном токе она изменяется с 0% до 100% и обратно.
3. Генераторы постоянного тока сложны и дороги в эксплуатации.
4. Постоянный ток чаще всего можно встретить в батарейках и аккумуляторах. Его используют для городского и железнодорожного транспорта. Переменный ток применяется в бытовых электросетях, строительстве и промышленности, телефонии и радио.
5. К постоянному и переменному току предъявляются разные требования.

Виды тока

Существует два вида тока — постоянный и переменный. Чтобы понять разницу и определить, постоянный или переменный ток находится розетке, следует вникнуть в некоторые технические особенности. Переменный ток имеет свойство изменяться по направлению и величине. Постоянный же ток обладает устойчивыми качествами и направлением передвижения заряженных частиц.

Переменный ток выходит из генераторов электростанции с напряжением, составляющим 220–440 тысяч вольт. При подходе к многоквартирному зданию ток уменьшается до 12 тысяч вольт, а на трансформаторной станции преобразуется в 380 вольт. Напряжение между фазами именуют линейным. Низковольтный участок понижающей подстанции выдает три фазы и нулевой (нейтральный) провод. Подключение энергопотребителей осуществляется от одной из фаз и нулевого провода. Таким образом, в здание заходит переменный однофазный ток с напряжением 220 вольт.

Схема распределения электроэнергии между домами представлена ниже:

В жилище электричество поступает на счетчик, а далее — через автоматы на коробки каждого помещения. В коробках имеется разводка по комнате на пару цепей — розеточную и осветительной техники. Автоматы могут предусматриваться по одному для каждого помещения или по одному для каждой цепи. С учетом того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть включена в группу или быть подключенной к выделенному автомату.

Переменный ток составляется примерно 90% всей потребляемой электроэнергии. Столь высокий удельный вес вызван особенностями этого вида тока — его можно транспортировать на значительные расстояния, изменяя на подстанциях напряжение до нужных параметров.

Источниками постоянного тока чаще всего являются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные панели, термопары. Постоянный ток широко используется в локальных сетях автомобильного и воздушного транспорта, в компьютерных электросхемах, автоматических системах, радио- и телевизионной аппаратуре. Постоянный ток применяется в контактных сетях железнодорожного транспорта, а также на корабельных установках.

Обратите внимание! Постоянный ток используется во всех электронных приборах. На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами. На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами

На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами.

Общее понятие о переменном токе

В отличие от постоянного движения электронов в одном направлении, переменный ток меняет как направление, так и значение несколько раз за единицу времени. Изменения происходят по гармоническому закону. Если наблюдать подобный сигнал с помощью осциллографа, можно увидеть картинку в виде синусоиды.

Относительно оси ординат OY ток меняет своё направление с положительного на отрицательное и делает это периодически. Поэтому его мгновенное значение в первой позиции считается положительным, во второй – отрицательным.

Важно! Так как переменный ток – это алгебраическая величина, то говорить о его знаке заряда можно только для конкретного мгновенного значения, смотря, в каком направлении он протекает в этот момент

Многофазный переменный ток

Для запуска и работы многих промышленных устройств и электрооборудования требуется не одна фаза, а несколько. В связи с этим рассматривают такие понятия, как двухфазный и трёхфазный переменные токи.

Трёхфазный ток

Этот вид электричества применяют в трёхфазной системе, в которую включены три однофазные цепи. Цепи имеют ЭДС переменной природы одной и той же частоты. Эти ЭДС сдвинуты по фазе относительно друг друга на ϕ = Т/3 = 2π/3. Такую систему называют трёхфазным током, а цепь – фазой.

Выработка, преобразование, доставка и потребление переменного электрического тока в основном происходят по трёхфазной системе электроснабжения.

Двухфазный ток

Ещё в 1888 году Никола Тесла выполнил описание того, как можно на практике применить двухфазную сеть, и предложил разработанную им конструкцию двухфазного двигателя. Такие сети начали применять в начале 20 века. Они состояли из двух контуров.

Там напряжения контуров сдвигались по фазе на 900. Каждая фаза включала в себя два провода, у двухфазных генераторов было по два ротора, также конструктивно развёрнутые на угол 900.

Важно! Такие сети позволяли производить мягкий пуск двухфазных электродвигателей, практически с нулевого момента вращения. В то время как для запуска однофазного асинхронного двигателя требуется дополнительная пусковая обмотка или система запуска

Средняя мощность в активной нагрузке

Мощностные параметры электросети или любой установки являются наиболее важными данными практически любого электрического прибора. Передача проходящих или потребляемых мощностных характеристик активного типа осуществляются в течение определенного периода времени.

Табличные значения средних мощностных характеристик основных бытовых приборов

Устройство	Показатели
Зарядное устройство	2,0 Вт/час
Люминесцентные лампы «ДРЛ»	50 Вт/час и более
Электрический чайник	1,5 кВт/час
Акустические системы	30 Вт/час
Стиральная машина	2,5 кВт/час
Мойка под высоким давлением	3,5 кВт/час
Инверторы полуавтоматического типа	3,5 кВт/час
Кухонный блендер	1,0-1,2 кВт/час
Микроволновая СВЧ-печь	1,8 кВт/час
Кухонные тостеры	1,2 кВт/час
Телевизор	0,2 кВт
Холодильник	0,4 кВт
Пылесос	1,0 кВт
Компьютер стационарный	0,55 кВт
Электрическая плита	2,5 кВт/час
Фен для сушки волос	1,0 кВт/час
Утюг	1,0 кВт/час
Электрическая духовка	1,2 кВт/час
Электрический обогреватель	1,4 кВт/час

И все-таки она существует!

Вопросительный знак в заголовке статьи превратился в восклицательный. «Яндекс» реабилитирован. Осталось только привести формулы зависимости напряжения от частоты для разных видов реактивных сопротивлений.

Емкостное: XC = 1/(w · C). Здесь w — угловая частота, C — емкость конденсатора.

Индуктивное: XL = w · L, где w — то же, что и в предыдущей формуле, L — индуктивность.

Как видно, частота влияет на величину сопротивления, изменяя его, следовательно, изменяет и падение напряжения. Если в сети имеется активное сопротивление R, емкостное XC и индуктивное XL, то сумма падений напряжений на каждом элементе будет равна разности потенциалов источника: U = Ur + Uxc+ Uxl.

Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.

Откуда берется напряжение

Чтобы подать электричество в розетку, необходимо его как-то сгенерировать. Для  выработки электроэнергии до сих пор в большинстве применяются технологии конца 19 века – электромагнитная индукция, преобразующая механическую энергию в электрическую. Проще говоря – генераторы. Различие генераторов  лишь в том, каким образом подают механическую энергию. Раньше это были громоздкие паровые машины. Со временем добавились гидротурбины для проточной воды (гидроэлектростанции) , двигатели внутреннего сгорания, ядерные реакторы.

Принцип действия генератора основан на магнитной индукции. Вращательное движение генератора превращается в электрический ток. То есть можно сказать, что генератор — это тот же самый электродвигатель, но обратного действия. Если на электродвигатель подать напряжение, то он начнет вращаться. Генератор работает наоборот. Вращательное движение вала генератора превращается в электрический ток. Поэтому, чтобы вращать вал генератора, нам потребуется какая-либо энергия извне. Это может быть пар, который раскручивает турбину, а она в свою очередь раскручивает вал генератора

Принцип работы ТЭС

либо это может быть сила потока воды, которая с помощью гидротурбины раскручивает вал генератора, а он в свою очередь также вырабатывает электрический ток

Принцип работы ГЭС

Ну или это может быть даже ветряк

Ветряная электростанция

Короче говоря, принцип везде один и тот же.

Кстати, ядерный реактор не способен самостоятельно выработать энергию. По сути, атомная энергоустановка является тем же самым примитивным паровым котлом, где рабочим телом является обыкновенный пар. Да, нынче существуют иные способы генерации электричества, на вроде тех же самых солнечных элементов, бетагальванических и изотопных ядерных батарей, «мифических»  токомаков.  Однако, вышеперечисленный «хайтэк» имеет существенные ограничения – запредельная стоимость материалов ,монтажа и наладки, габариты и малый кпд. Потому, всерьёз рассматривать всё это в качестве полноценной электростанции большой мощности не стоит (по крайней мере в ближайшие пару десятков лет).

Для переменного тока

В цепи переменного тока закон Ома может иметь некоторые особенности, описанные ниже.

Импеданс, Z

В цепи переменного тока, сопротивление кроме активной (R), может иметь как емкостную (C), так и индуктивную (L) составляющие. В этом случае вводится понятие электрического импеданса, Z (полного или комплексного сопротивления для синусоидального сигнала). Упрощенные схемы комплексного сопротивления приведены на рисунках ниже, слева для последовательного, справа для параллельного соединения индуктивной и емкостной составляющих.

Последовательное включение R, L, C

Параллельное включение R, L, C

Также, полное сопротивление, Z зависит не только от емкостной (C), индуктивной (L) и активной (R) составляющих, но и от частоты переменного тока.

Импеданс, Полное сопротивление, Z
При последовательном включении R, L, C	При параллельном включении R, L, C
Z=√(R2+(ωL-1/ωC)2)	Z=1/ √(1/R2+(1/ωL-ωC)2)
где,
ω = 2πγ — циклическая, угловая частота; γ — частота переменного тока.

Коэффициент мощности, Cos(φ)

Коэффициент мощности, в самом простом понимании, это отношение активной мощности (P) потребителя электрической энергии к полной (S) потребляемой мощности, т. е.

Cos(φ) = P / S

Он также показывает насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.Изменяется от 0 до 1. Если нагрузка не содержит реактивных составляющих (емкостной и индуктивной), то коэффициент мощности равен единице.Чем ближе Cos(φ) к единице, тем меньше потерь энергии в электрической цепи.

Исходя из вышеперечисленных понятий импеданса Z и коэффициента мощности Cos(φ), характерных для переменного тока, выведем формулу закона Ома, коэффициента мощности и их производные для цепей переменного тока:

I = U / Z	где	I — сила переменного тока, измеряемая в Амперах, (A)
U — напряжение переменного тока, измеряемое в Вольтах, (V)
Z — полное сопротивление (импеданс), измеряется в Омах, (Ω)

Производные формулы:

Сила тока,	I=	U/Z	P/(U×Cos(φ))	√(P/Z)
Напряжение,	U=	I×Z	P/(I×Cos(φ))	√(P×Z)
Полное сопротивление, импеданс	Z=	U/I	P/I²	U²/P
Мощность,	P=	I²×Z	I×U×Cos(φ)	U²/Z

Программа «КИП и А» имеет в своем составе блок расчета закона Ома как для постоянного и переменного тока, так и для расчета импеданса и коэффициента мощности Cos(φ). Скриншоты представлены на рисунках внизу:

Закон Ома для постоянного тока

Закон Ома для переменного тока

Расчет полного сопротивления

Расчет коэффициента мощности Cos(φ)

Взаимосвязь частоты и работы электрооборудования

Частота тока – это один из параметров электроэнергии, который влияет на стабильную работу электроустановок и оборудования. При поставке энергии потребителю этот параметр строго контролируется, так же, как и напряжение.

Нить взаимосвязи выражается формулой номинального количества оборотов в минуту для вращающихся машин. КПД (коэффициент полезного действия) заложен в самой конструкции агрегатов. Он максимален при:

где:

• n – количество об./мин.;
• f – частота;
• p – количество пар полюсов.

Количество оборотов турбины генераторов напрямую связано с частотой вырабатываемого переменного тока, полученная частота отвечает за оптимальный режим вращения электродвигателя потребителя. При снижении частоты в сети обороты машины снижаются автоматически. Происходит перегрузка на валу, и страдает двигатель.

В то же время технологическая линия, в которую он передаёт энергию вращения, также терпит изменения в работе:

• изменяется скорость движения конвейера, что влечёт за собой сбой технологического процесса и брак в итоге;
• снижаются мощность и частота вращения насосов, вентиляторов, что приводит к нестабильной работе систем, в которых они установлены;
• снижение частоты в энергосистеме на 1% приводит к падению общей мощности на нагрузке до 2%.

Для контроля этого важного электрического параметра применяют частотомеры

Внимание! Снижение частоты на 10-15% вызывает падение производительности механизмов даже на самой электростанции до нуля. При частоте тока в сети 50 Гц (критической величиной являются 45 Гц) происходит лавинный спад

ⓘ Энциклопедия | Угловая частота — Вики ..

Исследование частотных характеристик дросселей в широком.

Local offer Физика длина скорость волна. check волновое число. гидродинамика гидромеханика длина волны период угловая частота фазовая скорость. 2.1. Спектры периодических сигналов. Кая круговая частота колебаний, δ – начальная фаза колебаний. кие колебания с циклической частотой ω. V, угловая скорость ω и радиус враще. Циклическая частота. Называют угловой круговой частотой, она отображает скорость изменения аргумента. Угловая частота измеряется в рад с. Значение фазы при. 0. t. Занятие 9. Цепи синусоидального тока. Отсюда видно, что при постоянной угловой частоте набег фазы за В этих выражениях ω t 2πf t мгновенная угловая частота колебания f t.

ГОСТ ИСО 10112 2002 Материалы.

Угловая частота круговая частота число колебаний, совершаемых за 2π секунд. Угловой частоты, где ν число колебаний в секунду, Т период. Угловая частота с видео 2. Где f частота, fc угловая частота спектра, ¯Ω значение Зависимость от угловой частоты ния угловой частоты модельного спектра Брюна.

Метод многоядерной МРТ Хабр Habr.

Ω, угловая частота, измеряется в радианах в секунду. Объяснения начинаем Размерность угловой частоты тоже радиан в секунду. Круговая частота. Циклическая частота Обучение Интернет. УГЛОВАЯ ЧАСТОТА. УГЛОВАЯ ЧАСТОТА круговая частота, число колебаний, совершаемое за 2p секунд. Угловая частота w 2pn 2p T, где n число.

Radian: перевод, произношение, транскрипция WooordHunt.

В системе СИ выражается в герцах Гц. Период и частота колебаний связаны соотношением: Циклическая или круговая частота ω 2πν. Она связана с. Слова на букву У Угловая минута секунда скорость мгновенная. Угловая частота, Существительное угловая частота угловые частоты, angular frequency. УГЛОВАЯ ЧАСТОТА Современная Энциклопедия Словари. Угловая частота, круговая частота, число полных колебаний, совершающихся при периодическом колебательном процессе за 2p единиц времени. Угловая частота гармонических колебаний вибрации. Вая скорость связана с длиной λ волны и частотой колеба циклическая частота колебаний λ π. 2 8. ω0 – угловая частота колебаний маятника. Калькулятор импеданса последовательной LC цепи. Угловая циклическая частота переменного тока. Скорость вращения радиуса вектора, т. е. изменение величины угла поворота в течение одной.

Угловая частота Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия.

Угловая частота. фаза. мгновенное значение. ВЛЭП. Далее рассмотрим все эти. Cheb2ap Документация MATLAB. Круговая угловая частота связана с циклической частотой колебаний f: ώ 2 π f. Циклическая частота f связана с периодом колебаний Т соотношением:​. Угловая частота перевод с русского на английский. Radian frequency циклическая частота круговая частота угловая скорость radian length электрическая длина, равная одному радиану. Периодические синусоидальные сигналы. Ω0 собственная угловая частота недемпфированной системы, f являются: толщина виброизолятора bT, угловая частота вынуждающей силы f 200. Скачать ГОСТ 24346 80 Вибрация. Термины и определения. Совершать колебания при заданной угловой частоте, в то время как другая 5.5 Точность измерения величины угловой частоты должна составлять ±2.

Греческий алфавит и физические величины.

Эту величину называют частотой излучения ν. Поскольку для всех электромагнитных волн скорость в вакууме с одинакова, по частоте легко. 3.4. Угловая модуляция. Фаза и мгновенная частота колебания. Ν, Частота, нейтрино, кинематический коэффициент вязкости, ω, Угловая частота, мезон, вероятность состояния, ларморова частота прецессии,. УГЛОВАЯ ЧАСТОТА это Что такое УГЛОВАЯ ЧАСТОТА?. Где ω 0 ларморова угловая частота прецессии ядра,.

Генерирование переменного тока[править]

Простейший генератор переменного тока: если вокруг проволочной катушки, намотанной на магнитопровод из трансформаторной стали вращать маховик с установленными в нём несколькими парами постоянных магнитов, то в катушке (условно показан один виток) будет наводиться синусоидальная ЭДС, а при подключении нагрузки в электрической цепи появится переменный ток.Применяется на транспортных средствах (мопеды, лёгкие мотоциклы, снегоходы, гидроциклы, а также на подвесных лодочных моторах), работает совместно с выпрямителем и регулятором напряжения (см. магдино).

Основная статья: Генератор переменного тока

Принцип действия генератора переменного тока основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле.

Электродвижущая сила генератора переменного тока определяется по формуле:

, где

 — количество витков;

 — магнитная индукция магнитного поля в вольт-секундах на квадратный метр (Тл, Тесла);

 — длина каждой из активных сторон контура в метрах;

 — угловая скорость синусоидальной электродвижущей силы, в данном случае равная угловой скорости вращения магнита в контуре;

 — фаза синусоидальной электродвижущей силы.

Частота переменного тока, вырабатываемого генератором, определяется по формуле:

, где

 — частота в герцах;

 — число оборотов ротора в минуту;

 — число пар полюсов.

По количеству фаз генераторы переменного тока бывают:

• трёхфазные генераторы — основной тип мощных промышленных генераторов;См. также трёхфазная система электроснабжения, трёхфазный двигатель, автомобильный генератор трёхфазного переменного тока.
• однофазные генераторы, применяются, как правило, на маломощных бензиновых электростанциях, встроены в двигатели внутреннего сгорания мопедов, лёгких мотоциклов, снегоходов, гидроциклов, подвесные лодочные моторы;См. также конденсаторный двигатель, однофазный двигатель.
• двухфазные генераторы, встречаются значительно реже по сравнению с однофазными и трёхфазными.См. также двухфазная электрическая сеть, двухфазный двигатель.

Модифицированная синусоида, генерируемая инвертором.

Инверторыправить

Постоянный ток может быть преобразован в переменный с помощью инвертора.

Следует отметить, что недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или модифицированная синусоида. Для получения синусоидального тока инвертор должен иметь задающий генератор (как правило, специализированная микросхема, формирующая электрический сигнал синусоидальной формы, который затем управляет работой тиристорных или транзисторных электронных ключей.

Фазорасщепительправить

Трёхфазный ток может быть получен из однофазного при помощи фазорасщепителя. Эти электрические машины применяются, в частности, на электровозах, таких как ВЛ60, ВЛ80.

Токи высокой частоты

ТВЧ – такова их аббревиатура, используются для плавки металлов, закалки поверхности металлических изделий. ТВЧ – это токи, имеющие частоту более 10 кГц. В индукционных печах используют ТВЧ, помещая проводник внутрь обмотки, через которую пропускают ТВЧ. Под их воздействием возникающие в проводнике вихревые токи разогревают его. Регулируя силу ТВЧ, контролируют температуру и скорость нагрева.

Интересно. Расплавляемый металл может быть подвешен в вакууме с помощью магнитного поля. Для него не нужен тигель (специальный ковш для нагрева). Так получают очень чистые вещества.

Плюсы использования ТВЧ в разных случаях:

• быстрый нагрев при ковке и прокате металла;
• оптимальный температурный режим для пайки или сварки деталей;
• расплав даже очень тугоплавких сплавов;
• приготовление пищи в микроволновых печах;
• дарсонвализация в медицине.

Получают ТВЧ с помощью установок, включающих в свой состав колебательный контур, или электромашинных генераторов. У статора и ротора генераторов на сторонах, обращённых друг другу, нанесены зубцы. Их взаимное движение порождает пульсацию магнитного поля. Частота на выходе тем больше, чем больше произведение числа зубцов ротора на частоту его вращения.