Який електричний струм називають змінним: де використовують, що представляє

Змінним називається електричний струм, I, змінюється за величиною і напрямком з певною періодичністю, T. У класичному визначенні, змінний струм є гармонійні коливання змінюються за формою синусоїди. Періодичність зміни напрямку і величини називається частотою, f, яка виражається в Герцах, Гц. Частота відображає, скільки разів за секунду відбувається зміна напрямку струму. Російські мережі працюють на частоті 50 Гц. Це означає, напруга змінює полярність, а струм спрямування 50 разів за секунду.

Властивості змінного струму

Зі змінним струмом нерозривно пов’язане явище виникнення електромагнітної індукції. Змінний струм, пропущений через обмотку, формує навколо неї змінюється в часі магнітне поле, яке призводить до появи електрорушійної сили, ЕРС і електричного струму в провіднику, взаємодіючому з цим полем.

Електромагнітна індукція – ключове явище, що забезпечує генерацію, транспортування, використання електроенергії. Саме електромагнітна індукція є основою принципу дії трансформаторів, генераторів, двигунів. Це фізичне явище визначило переважне використання змінного струму для електроенергетики.

Змінний струм входить в повсякденне життя не тільки у вигляді розетки, від якої живляться наші комп’ютери, телевізори, холодильники, лампи освітлення. Він здатний викликати резонансні явища в ланцюгах, що володіють ємністю і індуктивністю. Ця властивість використовується для випромінювання електромагнітних хвиль, званих радіохвилями. Радіохвилі – це електромагнітні хвилі, які випромінює антеною, що живиться струмом високої частоти. Діапазон радіочастот від 3 до 3 * 1012 Гц. На радіочастотах працюють системи радіозв’язку, бездротові системи передачі даних Bluetooth, WiFi, WiMAX, супутникове та ефірне телебачення, мобільні телефони, навігаційні системи.

Потужне високочастотне електромагнітне поле здатне викликати нагрівання. Ця особливість широко використовується в побутових мікрохвильових СВЧ печах, індукційних плитах. На виробництві за допомогою індукційних печей нагрівають заготовки, гартують і плавлять метал.

Трифазна і однофазна мережа

Різниця полягає в кількості провідників і рівні напруги між ними.

Струми, що протікають в трифазній мережі мають вигляд синусоїд, зсунутих між собою на 120º.

Трифазна мережа складається з трьох фазних провідників, АВС. Однофазна мережа використовує один з фазних проводів і нульовий N.

Напруга між фазами в точках A, B, C, називається лінійним, Uл. Між нульовим N і одним з фазних проводів – фазним, Uф. Фазна напруга менше лінійного в 1,73 рази, що становить 58% від його величини. Така напруга використовується в європейських країнах, Росіїї, на нього розраховано більшість побутових приладів.

Переваги змінного струму

Основні переваги перед постійним визначили його як основу енергетики:

  • генератор змінного напруги простіше і дешевше генератора постійного;
  • здатність до трансформації в будь-які рівні напруги;
  • просте перетворення в механічну енергію;
  • легко перетворюється в постійний.

Генератор змінного напруги конструктивно простіше, він більш компактний, має меншу масу мідних деталей, а тому дешевше.

За рахунок явища електромагнітної індукції з’являється можливість підвищувати і знижувати напругу до будь-якого рівня за допомогою трансформаторів.

Трифазна мережа дуже ефективно використовується при роботі електродвигунів. Завдяки зсуву фаз, в машині утворюється обертове магнітне поле, захопливе за собою статор. Сучасні електромотори мають ККД на рівні 90%.

де використовується

Змінний струм частотою 50 Гц є промисловим стандартом в енергетиці, застосовується у всіх галузях промисловості, транспорті, сільському господарстві, житловому секторі. На змінному струмі працює електрообладнання рудників заводів, фабрик. Він обертає двигуни верстатів, насосів, конвеєрів, підйомних механізмів. Їм забезпечується вся інфраструктура метрополітенів від освітлення, ескалаторів до електропоїздів. Теж саме відноситься до електрифікованих залізницях. В наші будинки і квартири так само подається змінна напруга.

Як поставляється електроенергія

Ланцюг постачання складається з декількох ланок і спрощено виглядає так:

  1. Генератор електростанції виробляє змінний електричний струм з частотою 50 Гц.
  2. Трансформатори на електростанції підвищують напругу до десятків або сотень тисяч вольт. Енергія надходить на магістральні лінії електропередач, ЛЕП.
  3. Трансформатори на розподільних підстанціях знижують напругу, енергія передається споживачам.

Підвищення з подальшим зниженням напруги має величезний сенс. Потрібно це для того, щоб передати енергію на великі відстані з найменшими витратами. Великі електростанції можуть знаходяться в сотнях, а то й тисячі кілометрів від споживачів. Висока напруга дозволяє зменшити перетин провідників, знизити втрати при передачі енергії на великі відстані. З формули потужності P = U * I очевидно, при незмінній потужності підвищення напруга призводить до зниження струму, а отже, буде потрібно менший перетин проводів.

Наприклад, станція генерує 100 МВт потужності, яку потрібно передати в сусіднє місто при напрузі ЛЕП 1000 В, струм в лінії I = P / U = 100 * 106/1000 = 100 000 кА. Для таких струмів потрібно провідник перетином 10 000 мм 2. При підвищенні U до 100 кВ, перетин провідника зменшиться в 100 разів. З цієї причини магістральні ЛЕП здатні працювати під напругою 220-750 кВ.

На стороні споживача напруга знижується за допомогою трансформаторів до необхідної величини. У ряді випадків використовуються проміжні рівні: 10, 6, 0.6, 0.4 кВ для локальних ЛЕП або окремих споживачів.

Ссылка на основную публикацию