Период и частота переменного тока: переменный и постоянный ток.
Содержание
- 1 Переменный ток
- 2 Периодический переменный электрический ток
- 3 Период и частота
- 4 Подведем итоги
Изобретение электричества позволило вывести человечество на новый, более высокий уровень развития. Цивилизация получила мощный толчок для технологического рывка. Прогресс стал очевиден практически во всех сферах деятельности, и все это – благодаря использованию электроэнергии.
Современный пользователь повсеместно сталкивается с различными электротехническими устройствами, приборами и изделиями. Поэтому, одной из важнейших задач, позволяющих эффективно и рационально использовать электрическую энергию, является понимание основ, протекающих в электрических цепях технологических процессов.
Изначально, между пользователями, инженерами и специалистами активно велась дискуссия о том, какой именно ток целесообразно использовать: переменный или постоянный.
Прежде чем разбираться с такими терминами, как период и частота переменного тока, необходимо четко понять, что собой представляет непосредственно сам переменный электрический ток.
Переменный ток
Термин поясняет особенности одного из разновидностей электрического тока, который постоянно меняется с течением времени. Изменения происходят как по величине абсолютный показателей, так и по направлению. Как частный случай, возможны изменения только по величине, при сохранении неизменным направления колебательного движения в электрической цепи. Такой ток (переменный) повсеместно используется в осветительной сети бытового назначения, жилых домов, а также на многочисленных объектах промышленного назначения.
Если у постоянного тока электроны всегда движутся в одном направлении, то для переменного тока характерно многократное изменение не только направления, но и значений (несколько раз за единицу времени).
Периодический переменный электрический ток
Чтобы понимать, что собой представляет период переменного тока, необходимо дать точное определение самому физическому явлению. Итак, если ток меняется в определенный период времени, успевает пройти полный цикл преобразований и в конечном итоге, вернуться к своему исходному положению, то такой ток называется периодическим.
На практике эти колебания получаются при изменении движения электронов в электрическом проводе, которые осуществляются сначала в одну сторону, а затем – в противоположную.
Период и частота
Если рассмотреть внимательно представленный график протекания периодического переменного тока, то можно зафиксировать следующее правило: через одни и те же одинаковые по продолжительности интервалы времени колебательные движения на графике отображаются со 100% точностью.
Такие временные интервалы называют периодами и на бумаге отображают символом «Т».
Частота электрического тока, имеющего переменное значение, представляет собой определенное число повторяющихся в течение заданной единицы времени колебательных движений.
Для формирования единого подхода к обозначениям параметров электрического тока, частота считается математической величиной, равной количеству периодов в секунду. Единица измерения – герц (Гц). Частота переменного тока – это один из важнейших параметров, позволяющих охарактеризовать технологический процесс. Важно понимать, что многочисленные электрические машины, аппараты и установки переменного тока могут эффективно работать только в том случае, если при подаче электропитания на устройство будет обеспечена именно та частота, которая соответствует техническим характеристикам и параметрам устройства.
Современный стандарт частоты, используемой в сети переменного тока, составляет 50 Гц. Это означает, что электрический ток в течение одной секунды 50 раз будет направлен в одну сторону и ровно столько же – в другую. Число оборотов примышленных электрогенераторов синхронизируется с экономическими показателями машин, в том числе – с их весом и габаритными размерами.
Подведем итоги
Такие важные показатели электрического тока, как период и частота, важно понимать и учитывать при подборе соответствующего оборудования. Знание характеристик сети необходимо прежде всего для специалистов инженерно-технического блока. Полезно разобраться в вопросе и обывателям, приобретающим те или иные электроприборы, бытовую и иную технику.
Переменный ток – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД
Переме́нный ток (англ.
alternating current) – электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным.
Условное обозначение на электроприборах: ~ или ≈ (знак синусоиды), или латинскими буквами \(AC.\)
Так как переменный ток в общем случае меняется в электрической цепи не только по величине, но и по направлению, то одно из направлений переменного тока в цепи считают условно положительным, а другое, противоположное первому, условно отрицательным. В соответствии с этим и величину мгновенного значения переменного тока в первом случае считают положительной, а во втором случае – отрицательной.
Переменный ток – величина алгебраическая, знак его определяется тем, в каком направлении в рассматриваемый момент времени протекает ток в цепи – в положительном или отрицательном.
Величина переменного тока, соответствующая данному моменту времени, называется мгновенным значением переменного тока.
Максимальное мгновенное значение переменного тока, которого он достигает в процессе своего изменения, называется амплитудой тока \(I_m\). График зависимости переменного тока от времени называется развернутой диаграммой переменного тока.
Периодическим переменным током называется такой электрический ток, который через равные промежутки времени повторяет полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине.
На представленной диаграмме мы видим, что через равные промежутки времени \(T\) график тока воспроизводится полностью без каких-либо изменений.
Время \(T\), в течение которого переменный периодический ток совершает полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине, называется периодом переменного тока.
Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока: \(f=\frac 1T,\) где \(f\) – частота переменного тока; \(T\) – период переменного тока.
{-1}\). Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.
Частота переменного тока равна одному герцу, если период тока равен одной секунде.
Стандарты частоты
В большинстве стран в электротехнике применяются частоты 50 или 60 Гц (60 Гц – этот вариант принят в США и Канаде). В некоторых странах, например в Японии, используются оба стандарта. Частота \(16\frac 23\) Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария), частота \(25\) Гц – на старых железнодорожных линиях США. В авиации и военной технике для снижения массы устройств или с целью повышения частоты вращения электродвигателей переменного тока применяется частота \(400\) Гц.
Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т.
е. точно повторяются через равные промежутки времени.
Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока. На рис. 1 показана схема устройства (модель) простейшего генератора переменного тока.
Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь вместе с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).
Схема простейшего генератора переменного тока
Основы переменного тока
Наиболее распространенная частота переменного тока составляет 60 циклов в секунду (обычно называется 60 циклами) или, чаще, 60 Гц (Гц). Последняя единица используется в знак признания Генриха Герца, немецкого физика, доказавшего существование и передачу электрических колебаний.
Это обозначение указывает на то, что переменный ток проходит ровно 60 полных циклов смены тока в секунду. Как показано на рис. 1 (оригинальная статья), волна тока начинается с нуля, достигает пика на положительной стороне нулевой оси, возвращается к нулю, продолжается до другого пика на отрицательной стороне нулевой оси, а затем возвращается. снова в ноль. Одна положительная и одна отрицательная петля представляют один цикл или Гц. Таким образом, ток частотой 60 Гц проходит через 60 полных наборов этих положительных и отрицательных контуров за одну секунду.
Если переменный ток меняет направление на противоположное 60 раз в секунду, как его можно измерить, поскольку равные положительные и отрицательные значения компенсируют друг друга, а чистый результат равен нулю ампер? Ответ таков: значение переменного тока не основано на его среднем значении. Вместо этого амперметры переменного тока действительно измеряют нагревательный эффект переменного тока. Шкала амперметра на амперметре переменного тока откалибрована в эффективных амперах, также называемых среднеквадратичными (среднеквадратичными) амперами.
Чтобы полностью понять эту концепцию, давайте кратко поговорим о токе и сопротивлении. Мы знаем, что когда постоянный ток проходит через заданное сопротивление, выделяется тепло. Что ж, переменный ток также выделяет тепло, когда проходит через это же сопротивление. В обоих случаях этот эффект нагрева пропорционален I2R. То есть этот эффект нагрева зависит от квадрата тока (I2) для удельного сопротивления (R). Чем больше ток, тем больше тепла выделяется в данной цепи. Следовательно, ампер переменного тока можно определить как ток, протекающий через данное омическое сопротивление, который будет выделять тепло с той же скоростью, что и ампер постоянного тока.
На рис. 2A (исходная статья) показано, что постоянный ток является постоянным, а на рис. 2B (исходная статья) показано, что эффективное или истинное среднеквадратичное значение переменного тока равно нагревающему эффекту 1 А постоянного тока. Обратите внимание, что этот ток выше нулевой оси.
Волна I2 создается путем возведения в квадрат каждого мгновенного значения переменного тока как в положительном, так и в отрицательном контурах.
Поскольку квадрат отрицательной величины становится положительной величиной, волна I2 для отрицательного контура переменного тока появляется над нулевой осью. Среднее значение этой волны за один цикл равно 1А. Квадрат 1 равен 1. Следовательно, 1 А эффективного или истинного среднеквадратичного значения переменного тока, показанного на рис. 2В, эквивалентно 1 А постоянного тока, показанного на рис. 2А. Возведенный в квадрат, постоянный ток будет производить такой же эффект нагрева, как 1 А эффективного (среднеквадратичного) переменного тока в квадрате.
Важно помнить. Если приведенное выше обсуждение несколько сбивает с толку, просто запомните следующие моменты. * Амперы переменного тока, если специально не указано иное в какой-либо литературе или обсуждениях, всегда являются эффективными или среднеквадратичными значениями ампер. Мощность двигателя, электронагревателя, трансформатора, переключателя, шинопровода, предохранителя, автоматического выключателя, а также номиналы проводов и кабелей указаны в среднеквадратичных значениях ампер.
Расчетные токи, полученные с использованием стандартных электрических уравнений (см. «Назад к основам», выпуск за январь 1993 г.) для определения нагрузок, также являются среднеквадратичными значениями ампер. * Пиковый мгновенный ток чистой неискаженной синусоиды переменного тока равен 1,414-кратному среднеквадратичному значению ампера. Другими словами, отношение его пикового мгновенного значения к его среднеквадратичному значению составляет 1,414.
Отношение пикового мгновенного значения любого сигнала к его среднеквадратичному значению называется коэффициентом амплитуды. Таким образом, коэффициент амплитуды чистой неискаженной синусоиды равен 1,414. Пик-фактор важен при обсуждении форм сигналов, искаженных гармоническими токами, генерируемыми нелинейными нагрузками. (См. выпуск за февраль 1993 г.)
Что такое электрическая частота и почему она важна? | Дракс | Дракс
Поддержание постоянной частоты нашего источника питания — это деликатный национальный баланс, требующий изменений менее чем за секунду.
Всякий раз, когда вы включаете чайник, зарядное устройство для телефона или любой другой электроприбор в Великобритании, вырабатываемая мощность представляет собой то, что мы называем переменным током (AC). Это означает, что он чередует положительное и отрицательное напряжение.
Это колебание известно как электрическая частота. Говорят, что переменный ток, который колеблется 50 раз в секунду, как это происходит в Великобритании, имеет частоту 50 герц (50 Гц).
Но какое это имеет значение?
Оборудование в вашем доме, на заводе или в офисе рассчитано на работу на частоте 50 Гц с жесткими допусками, поэтому очень важно поддерживать стабильную частоту нашего источника питания.
Вот почему каждый генератор в Англии, Шотландии и Уэльсе, подключенный к системе передачи высокого напряжения , синхронизирован со всеми остальными генераторами. Все они соединены вместе и вращаются с частотой 50 Гц, образуя единый стабильный источник питания.
Как осуществляется управление частотой?
Изменения спроса и предложения на электроэнергию могут оказать существенное влияние на частоту сети. Например, если спрос на электроэнергию больше, чем предложение, то частота упадет. Или, если есть слишком много питания, частота будет расти.
И вероятность ошибки очень мала. Фактически, любая мощность с частотой всего на один процент выше или ниже стандартных 50 Гц рискует повредить оборудование и инфраструктуру, если она сохранится. Вы можете увидеть, насколько сильно частота страны в настоящее время отклоняется от 50 Гц здесь.
В Великобритании работа по управлению частотой электроэнергии возложена на National Grid . Чтобы обеспечить стабильность, сеть заключает контракты с генераторами электроэнергии, такими как электростанция Drax , для предоставления услуг частотной характеристики, поэтому при изменении частоты в сети генераторные установки Drax могут реагировать автоматически.
При повышении частоты турбина уменьшает расход пара. Если частота падает, расход пара увеличивается. В случае генераторных установок на электростанции Drax эта реакция проявляется менее чем через одну секунду после отклонения начальной частоты.
Частота будущего
Не все технологии производства электроэнергии одинаково подходят для балансировки частоты в Великобритании. Перемежающиеся технологии, такие как солнечная или ветровая, сложнее контролировать, чем блоки на тепловых электростанциях, которые можно так просто и быстро включать или выключать.
National Grid в настоящее время изучает, как лучше всего использовать такие услуги, как частотная характеристика, чтобы соответствовать развивающейся электросети Великобритании. Они сталкиваются с двумя проблемами: на энергетическом рынке поставляется меньшее количество обычных генераторов, и растет потребность в быстродействующей частотной характеристике. Идеальным сценарием является сценарий, при котором услуги могут получать все больше надежных, гибких и доступных форм низкоуглеродной генерации вместе с другими необходимыми системными услугами, такими как инерция, реактивная мощность и запуск в обесточенном состоянии.
