Обозначение переменного тока

Что такое переменный ток

В цепях постоянного электричества отрицательно заряженные частицы движутся от плюса к минусу. Если рассматривать источник тока как некоторый двухполюсник, имеющий два электрода, к которым подключается питаемая цепь, то на одном всегда будет плюс, а на другом – минус.

Переменный ток не позволяет зафиксировать такую маркировку полюсов. У двухполюсника переменного тока нельзя чётко обозначить, какой заряд присутствует на том или ином выводе. Можно рассматривать только мгновенные значения зарядов в определённый промежуток времени. Изменение полярности имеет временную зависимость. Это значит, что переменный ток меняет своё направление с течением времени.

Важно! Переменное электричество изменяется по гармоническому синусоидальному закону. Его графиком на оси координат является синусоида, в то время как график постоянного движения электронов представляет собой прямую линию, параллельную оси ОХ

Графическое изображение двух типов электричества

Чем отличается DC ток от AC тока

Изначально постоянный ток должен был генерироваться на электростанциях с относительно низким напряжением розетки для потребителя, 110 или 220 В. Однако если при таком варианте подключено сразу несколько потребителей, суммарные значения очень высоки. В таком случае требуются толстые и дорогие кабели для преодоления больших расстояний, чтобы удерживать потери при передаче в определенных пределах. При использовании переменного напряжения генерируемая электроэнергия может транспортироваться на относительно большие расстояния с небольшими потерями. С 1980 г. стало возможным выпрямить трехфазный ток высокого напряжения, а затем преобразовать его обратно.

Главное отличие AC и DC, постоянного и переменного токов состоит в том, что первый изменяется через определенные промежутки времени (с определенной частотой), в частности, он меняет направление по мере своего протекания. В мире самой распространенной является частота 50 Гц.

Обратите внимание! Когда электричество достигает потребителя, тогда в ход идут трансформаторы. Они преобразуют высокое напряжение в более низкое, которое и поступает в дома

Трансформатор напряжения

Как уже было сказано, DC электричество не меняется с течением времени. И так как электроны движутся лишь в одном направлении, источники характеризуются наличием положительного и отрицательного полюсов. AC более эффективно при использовании многокилометровых линий электропередач. А постоянный ток предпочтителен для небольшой электроники или накопительных элементов, например, солнечных батарей.

Источники электрической энергии

Самыми распространенными источниками являются гальванические элементы, аккумуляторные батареи, специальные электрические генераторы, которые основаны на униполярной индукции.

Батарейка формата АА

Обычные аккумуляторные батарейки формата АА — самый доступный пример источника DC энергии. У нее положительный и отрицательный полюса, и вставлять в различные электрические устройства ее надо определенной стороной. Помимо этого, очень часто в обычной жизни используются солнечные элементы и автомобильные аккумуляторы.

Обратите внимание! Электрический генератор, который используется, когда требуется более высокая мощность, всегда генерирует переменное напряжение. Чтобы можно было получать постоянный ток от него, ранее использовался коммутатор

Поскольку коммутаторы вызывают радиопомехи, и их контакты изнашиваются, они теперь чаще заменяется на выпрямители.

Генератор должен идти с коммутатором

Знаковая и цветовая маркировка элементов ЗС

В соответствии с требованиями ГОСТа Р 50462 проводники и шины электросетей с заземленной нейтралью должны обозначаться маркировкой «РЕ» с добавлением штриховой линии из перемежающихся жёлтых и зелёных полосок на концевых участках трассы. Одновременно с этим шины рабочего «нуля» обозначаются голубым цветом и маркируются как «N».

В тех схемах, где нулевые рабочие проводники используются в качестве элемента защитного заземления с подключением на заземляющее устройство, при их обозначении используется голубой цвет.

Одновременно с этим им присваивается маркировка «PEN» и добавляются чередующиеся желтые и зеленые штрихи на конечных участках схемных обозначений.

Необходимо отметить, что строгое соблюдение всех положений и требований ГОСТа и ПУЭ позволит потребителю организовать безопасную эксплуатацию имеющегося в его распоряжении оборудования.

Устройство трансформатора

В соответствии с ГОСТ 16110 −82, определение трансформатора выглядит следующим образом: трансформатор — это электромагнитное устройство статистического типа, которое оснащено двумя или более обмотками, обладающими индуктивной связью, и предназначенное для преобразования одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем.

Это электромагнитное изделие обладает простой конструкцией, состоящей из следующих элементов: магнитопровод (магнитной системы), обмотки, обмоточные каркасы, изоляция (не во всех трансформаторах), система охлаждения. дополнительные элементы. На практике производители для изготовления трансформаторов используют одну из трёх базовых концепций:

1. Стержневая. Обмотки наматываются на крайние стержни.
2. Броневая. Боковые стенки остаются без обмоток.
3. Тороидальная. Обладает формой кольца с равномерной намоткой обмоток по всей окружности.

Магнитная система

Магнитопроводы для трансформатора обладают определённой геометрической формой и изготавливаются из ряда материалов, к которым относится электротехническая сталь, пермаллой, феррит или иной материал, обладающий ферромагнитными свойствами. В зависимости от материала и конструкции магнитопровод может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из двух, четырех и более «подков».

В качестве каркаса для размещения основных обмоток выступают стержни. Они могут обладать различным пространственным расположением, в зависимости от которого различают несколько видов систем.

1. Плоская магнитная система с продольными осями стержней и ярм, расположенными в одной плоскости.
2. Пространственная система, где продольные оси стержней располагаются в разных плоскостях.
3. Симметричняа система, оснащённая идентичными стержнями, которые обладают одинаковым взаимным расположением по отношению к ярмам.
4. Несимметричная система, состоящую из стержней, некоторые из которых могут отличаться по форме, конструкции и размерам, с различным взаимным расположением по отношению к ярмам.

Конструкция обмотки

Обмотка — это основной элемент трансформатора. Она представляет собой многовитковую конструкцию, изготовленную из одной или нескольких медных (реже алюминиевых) проволок различного диаметра. Как правило, в силовых трансформаторах используются проводники с квадратным сечением, которое позволяет более эффективно использовать имеющееся пространство, за счёт чего увеличивается коэффициент заполнения (К).

Для предотвращения возникновения короткого замыкания каждая обмотка изолируется. В качестве изолирующего материала может быть использована специальная бумага или эмалевый лак. Кстати, если для изготовления обмотки были использованы две отдельно изолированные и параллельно соединённые проволоки, то они могут быть оснащены общей бумажной изоляцией.

Топливный бак

Бак является одним из важнейших дополнительных элементов трансформатора. Он представляет собой ёмкость, предназначенную для хранения трансформаторного масла, а также обеспечения физической защиты активного компонента. Кроме того, корпус бака предназначен для монтажа вспомогательного оборудования и управляющего устройства.

Одним из внутренних элементов бака является сильноточный резонатор. Он подвержен быстрому и частому перегреву в моменты увеличения номинальной мощности и трансформаторных токов. Для снижения риска перегрева вокруг резонаторов устанавливают вставки из немагнитных материалов.

Внутреннее покрытие бака изготавливается из токопроводящих щитков, которые не пропускают магнитные потоки через стены ёмкости. Иногда встречается покрытие, которое изготавливается из материала, обладающего низким магнитным сопротивлением. Такой вариант покрытия поглощает внутренние потоки до подхода к стенкам бака.

Обозначение переменного тока

имеют более упрощенную схему электроники — в схеме отсутствует инвертор (в некоторых случаях присутствует только его «фейк»). Чаще всего, срок «жизни» таких блоков весьма невелик, поэтому гарантийный срок достаточно мал. При использовании блоков с несоответствующим им типом ламп, приводит к значительному сокращению срока «жизни» блоков. Несоответствие блоков и ламп можно выявить визуально — при использовании блоков DC с лампами AC проявляется эффект «подрагивания света», которое происходит за счёт нестабильности электрической дуги в колбе. Если же использовать АС блоки с DC лампами, то такая связка вовсе не станет работать, т.к. лампа DC имеет полярность, а блок АС выдаёт переменный ток (без полярности). Ещё одно отличие — это звуковое сопровождение… AC балласт издаёт достаточно громкий характерный «писк» в начале розжига, который затихает по мере розжига лампы, в то время как DC балласт не издаёт ни единого звука, либо издаёт очень тихий однотонный писк на всём протяжении работы.

     Ксенон переменного тока AC имеет иной принцип работы нежели DC. За счет более сложной схемы блоков AC, достигается более высокая светоотдача ламп, но и цена, при этом, несколько выше. Сам АС блок имеет либо двухкомпонентное строение (slim — тонкие): основная часть в металлическом корпусе, а высоковольтная часть вынесена в отдельный пластиковый корпус; либо один корпус в котором располагается обе части схемы. Обычно, блоки типа AC имеют процент брака от 0.5 до 2, в то время как у блоков DC брак достигает 5 и более процентов.

     Соблюдайте правильную комплектацию ксенона: DC блоки + DC лампы, либоAC блоки + АС лампы.

П.С. Все блоки розжига и ксеноновые лампы марки LX (Legal Xenon) имеют тип AC !

Напряжение переменного тока

Как известно еще с уроков физики, ток – это движение заряженных частиц, которое возникает под воздействием на них электромагнитного поля, разности потенциалов и напряженности. Основная характеристика любого напряжения – это зависимость от времени. Исходя из этого, различают постоянную и переменную величины. Значение постоянного с течением времени практически не изменяется, а переменного – изменяется.

В свою очередь переменная характеристика бывает периодической и непериодической. Периодическое – это напряжение, значения которого повторяются через одинаковые интервалы времени. Непериодическое же способно изменяться в любой отрезок времени.

Напряженность в переменной цепи – это такой параметр, который изменяет свою величину с течением времени. Для упрощения разъяснений в дальнейшем будет рассматриваться синусоидальное гармоническое переменное напряжение.

Минимальное время, в течение которого переменная величина повторяется, называется периодом. Абсолютно любую периодическую величину можно записать зависимостью от какой-либо функции. Если время – это t, то зависимость будет обозначаться F(t). Таким образом, любой период во времени имеет вид: F(t+-T) = F(t), где T – период.

Физическая величина, которая является обратной периоду, называется частотой. Она равна 1/T. Единицей ее измерения является герц, в то время как единицей измерения периода стала секунда.

f = 1/T, 1 Гц = 1/с = с в минус первой степени.

Важно! Чаще всего встречается функциональная зависимость переменной сети в виде синусоиды. Именно поэтому она была взята за основу этого материала

Из математики известно, что синусоида – это простейшая периодическая функция, и с ее помощью из нескольких синусоид с кратными частотами можно представить любые другие периодические функции.

Синусоидальная напряженность в абсолютно любой промежуток времени может описать моментальная характеристика: u = U * sin(ωt + φ), где ω = 2πf = 2π/T, где U – максимальное напряжение (амплитуда), ω – угловая скорость изменения, φ – начальная фаза, которая определяется смещением функции относительно нулевой точки координат.

Часть (ωt + φ) – это фаза, которая характеризует значение напряжения в конкретный промежуток времени. Из этого выходит, что амплитуда, угловая скорость и фаза – это основные характеристики переменных сетей, определяющие их значения в любой интервал времени.

Важно! При рассмотрении синусоидальной функции фазу часто принимают за ноль. На практике также часто прибегают к еще некоторым параметрам, включающим действующее и среднее напряжение, коэффициент формы

Трехфазная система

Наибольшее распространение в электротехнике получила симметричная трехфазная система э. д. с. Она представляет три одинаковые по частоте и амплитуде переменные э. д. с., между которыми существует сдвиг на 1/3 периода. Совокупность токов, возникающих под действием этих э. д. с., называется трехфазной системой токов или, как обычно говорят, трехфазным током.

Если нагрузки всех трех фаз во всех отношениях одинаковы (например, представляют собой обмотки трехфазного электродвигателя, или театральную люстру, в которой каждая из фаз питает одинаковое количество одинаковых ламп, или является трехфазной конденсаторной батареей и тому подобным), то трехфазная система токов будет симметричной. Это самый благоприятный и самый простой случай.

В симметричной системе значения токов всех фаз равны, токи одинаково сдвинуты относительно соответствующих напряжений, а между токами смежных фаз сдвиг равен 1/3 периода.

В практике же часто встречаются несимметричные нагрузки. Например, всегда существует несимметрия в осветительных сетях, значительную асимметрию создает электрическая тяга на переменном токе. Симметрия резко нарушается в аварийных режимах (короткое замыкание, обрыв одного провода, нарушение контакта в одной из фаз и тому подобное).

Трехфазный ток был изобретен в 1891 г. русским инженером М. О. Доливо-Добровольским и получил широчайшее распространение благодаря своим замечательным свойствам: а) с помощью трехфазного тока можно передать энергию с затратой значительно меньшего количества проводникового материала, чем потребовалось бы при передаче однофазным током; б) с помощью трехфазного тока в неподвижных обмотках электродвигателей создается вращающее магнитное поле, увлекающее за собой роторы самых простых по конструкции и самых распространенных асинхронных электродвигателей.

В зависимости от вида соединений трехфазных генераторов, трансформаторов и электроприемников можно получить те или иные практические результаты.

Видео 3. Получение электрической энергии переменного тока

1 В электротехнике мгновенные значения синусоидальных величин принято обозначать строчными (маленькими) буквами, в нашем примере e₁ и e₂: максимальные значения обозначаются прописными (большими) буквами с индексом «м», в нашем примере E_1М и E_2М.2 Действующие значения обозначают прописными буквами без индекса «м»: E, U, I.

Что такое dc ток

Специфическое название создано из английского словосочетания «Direct Current» (dc – аббревиатура). Это обозначение в буквальном переводе подтверждает главную особенность такого тока – постоянное направление.

Виды токов

Для практического применения подходит постоянное питание либо синусоидальный сигнал. В этих ситуациях несложно стабилизировать параметры источника и рассчитать корректно электрическую схему, силовой агрегат или другое подключаемое оборудование. Периодически повторяющиеся помехи (пульсации) устраняют фильтрацией. Гораздо сложнее обеспечить длительный рабочий процесс, когда ток и напряжение изменяются произвольным образом.

Категории применения для низковольтных коммутационных аппаратов

ГОСТ Р 50030.3-99

Род тока	Категория применения	Типичные области применения
Переменный	AC-1	Электроцепи сопротивления; неиндуктивная или малоиндуктивная нагрузка
AC-2	Пуск и торможение противовключением электродвигателей с фазным ротором
AC-3	Прямой пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся двигателей
AC-4	Пуск и торможение противовключением электродвигателей с короткозамкнутым ротором
AC-11	Управление электромагнитами переменного тока
AC-20	Коммутация электрических цепей без тока или с незначительным током
AC-21	Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
AC-22	Коммутация смешанных активных и индуктивных нагрузок, включая умеренные перегрузки
AC-23	Коммутация нагрузок двигателей или других высокоиндуктивных нагрузок
Переменный и постоянный	A	Отключение электрических цепей в условиях короткого замыкания при отсутствии специальной избирательности (селективности) по времени относительно последовательно соединенных нижестоящих на стороне нагрузки аппаратов
B	Отключение электрических цепей в условиях короткого замыкания при наличии специальной избирательности (селективности) по времени относительно последовательно соединенных нижестоящих на стороне нагрузки аппаратов
Постоянный	DC-1	Электропечи сопротивления; неиндуктивная или малоиндуктивная нагрузка
DC-2	Пуск электродвигателей с параллельным возбуждением и отключение вращающихся двигателей с параллельным возбуждением
DC-3	Пуск электродвигателей с параллельным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, торможение противовключением
DC-4	Пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и отключение вращающихся электродвигателей с последовательным возбуждением
DC-5	Пуск электродвигателей с последовательным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противовключением
DC-11	Управление электромагнитами постоянного тока
DC-20	Включение и отключение цепи без нагрузки или с незначительным током
DC-21	Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
DC-22	Коммутация смешанных активных и индуктивных нагрузок, включая умеренные перегрузки, например, двигателей с параллельным возбуждением
DC-23	Коммутация высокоиндуктивных нагрузок, например, двигателей с последовательным возбуждением

Действующее значение напряжения

Значение электрического потенциала, имеющегося между двумя точками электросети, может быть определено по тому, какая работа была выполнена за некоторый временной отрезок, либо по выделенному количеству теплоты. В случае переменного напряжения поступают по-другому. Поскольку его характер колебаний имеет форму синусоидальной кривой, и максимальное значение показатель принимает на пике амплитуды (а при перемещении из плюсовой зоны кривой в минусовую напряжение нулевое), для вычислений применяют усредненный показатель. Именно его называют действующим, и он может быть приравнен к такому же значению постоянного напряжения.

Он меньше максимального допустимого показателя на величину, равную корню из двух от последнего (то есть примерно в 1,4 раза). У сети, имеющей номинальное напряжение 220 В, максимум, таким образом, будет равен 311 В. Эти показатели нужно учитывать, подбирая конденсаторы, диодные компоненты и другие подобные элементы для монтажа в ту или иную систему.

Синусоидальное напряжение с амплитудой 310 В эквивалентно постоянному, значение которого – 210 В

Идеи Эдисона

Современную жизнь невозможно представить без электричества. Для того чтобы оно служило в гражданских и промышленных целях, его необходимо не только произвести, но и доставить потребителю. Первым, кто решил производить электроэнергию в большом объёме и транспортировать её на заводы, в офисы и домашние хозяйства, был американский предприниматель Томас Эдисон — один из самых влиятельных изобретателей мира.

Для реализации своей идеи он спроектировал и испытал паровые генераторы постоянного тока, счётчики электрической энергии и элементы распределительных сетей. Провести первую электрификацию освещения было в то время непросто. Владельцы газовых компаний рассматривали Эдисона как опасного конкурента, способного поставить существование их предприятий под угрозу. Но изобретателя ничто не могло остановить. Ни колоссальная стоимость прокладки кабелей в тротуарах, ни аварии во время испытаний не помешали ему в сентябре 1882 г. запустить первую осветительную сеть из пяти тысяч ламп.

https://youtube.com/watch?v=dwaSF3W4TxU

Через 5 лет работало уже более 50 электростанций Эдисона. Несмотря на большой успех изобретателю не удалось расширить географию своих электрических сетей на весь мир. Жители районов, в которых находились электростанции, жаловались на дым и копоть, и добились закрытия производств Эдисона. Таким образом, первое поколение угольных электростанций со временем прекратило свою работу, уступив место тысячам новым, генерирующим AC.

Как действует напряжение

Общее понятие электрического тока заключается в направленном движении заряженных частиц. Эти частицы представляют собой электроны, перемещение которых происходит под действием электрического поля. Чем больше зарядов нужно переместить, тем большая работа совершается полем. На эту работу влияет не только сила тока, но и напряжение.

Физический смысл этой величины заключается в том, что работа тока на каком-либо участке цепи соотносится с величиной заряда, который проходит по данному участку. В процессе этой работы положительный заряд перемещается из точки, где имеется небольшой потенциал, в точку с большим значением потенциала. Таким образом, напряжение определяется в виде разности потенциалов или электродвижущей силы, а сама работа является энергией.

Чтобы наглядно объяснить физический смысл напряжения, нужно обратиться к примеру шланга, наполненного водой. В данном случае, объем воды будет играть роль силы тока, а ее давление будет эквивалентно напряжению. При движении воды без наконечника, она свободно и в большом количестве перемещается по шлангу, создавая невысокое давление. Если же конец шланга прижать пальцем, то произойдет уменьшение объема при одновременном повышении давления воды. Сама струя будет перемещаться на значительно большее расстояние.

В электричестве получается то же самое. Сила тока определяется количеством или объемом электронов, перемещающихся по проводнику. Значение напряжения, по сути, является силой, с которой происходит проталкивание этих электронов. Отсюда следует, что при условии одинакового напряжения, проводник, проводящий большее количество тока, должен обладать и большим диаметром.