Генериране и приложение на AC

Съдържание:

Как се образува променлив ток
Историята на откриването на променлив ток
Защо променливият ток се използва по-често от постоянния ток
Никола Тесла и въпроси на безопасността и ефективността
През въздуха
Херцов вибратор, етер и електромагнитна вълна
Където се използва променлив ток

Променливият ток е вид ток, чиято посока на потока се променя непрекъснато. Това, което става възможно поради наличието на потенциална разлика, която се подчинява на определен закон. В ежедневието формата на променлив ток прилича на синусоида. Една константа може да се променя по амплитуда, но не и по посока. Иначе вече е променлив ток.

Генериране на променлив ток

Как се образува променлив ток

Можем да кажем, че началото на променливия ток, като феномен, е поставено от Майкъл Фарадей, за което нашите читатели ще научат по-подробно по-долу в текста. Беше показано, че електрическите и магнитните полета са свързани. А токът е резултат от тяхното взаимодействие. Съвременните генератори работят, като променят големината на магнитния поток през зоната, покрита от веригата на медния проводник. Строго погледнато, проводникът може да бъде всичко. Медта се избира от критериите за максимална пригодност при минимални разходи.

Ако статичният заряд се формира главно от триене, въпреки че това не е единственият начин, тогава променливият ток възниква в резултат на процеси, незабележими за окото. Стойността е пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток през площта, покрита от веригата. (Вижте също: Сила на тока)

Историята на откриването на променлив ток

За първи път се обръща внимание на променливите токове поради търговската им стойност след изобретенията, създадени от Никола Тесла. Трябва да се каже, че финансовият конфликт с Едисън остави силно впечатление върху съдбата и на двамата. В момента, когатопредприемачът отказа обещанията си към Никола Тесла, като в същото време загуби значителна печалба. Вероятно изключителният учен не харесва такова свободно поведение и той изобретява двигателя с променлив ток. Трябва да се каже, че до този момент всички са използвали перманентни. Така че Едисън насърчава този тип.

Тесла пръв показа, че много по-добри резултати могат да бъдат постигнати с променливо напрежение. Особено когато енергията трябва да се предава на големи разстояния. Използването на трансформатори лесно ви позволява да увеличите напрежението, което рязко намалява загубите на активното съпротивление. И от приемащата страна параметрите отново се връщат към уикенда. Което е много удобно. В резултат на това можете да спестите доста от дебелината на проводниците.

И така, Никола Тесла започна активното използване на променлив ток, като създаде двуфазен двигател. И експериментите за предаване на енергия на значителни разстояния поставят всичко на мястото си: не е много удобно да се прехвърля производството в района на Ниагарския водопад, много по-лесно е да се постави линия до местоназначението.

Разликата между променлив ток и постоянен ток

Променливият ток има редица свойства, които го отличават от постоянния ток. Но първо ще се обърнем към историята на откриването на това явление. Ото фон Герике може да се счита за родоначалник на явлението променлив ток в ежедневието на човечеството. Той пръв забеляза, че зарядите имат два знака. Следователно токът може да тече в различни посоки. Що се отнася до Тесла, той се фокусира повече върху практическата част и в лекциите си споменава двама експериментатори от британски произход:

Уилям Спотисууд дори не получи страница в рускоезичната Уикипедия, що се отнася до националната част, дори не се споменава за произведения с променлив ток. Подобно на Георг Ом, ученият е бил преди всичко математик иостава само да съжаляваме, че е трудно да разберем какво точно е направил този човек на науката.

Джеймс Едуард Хенри Гордън беше много по-близо до практическата част на въпроса за приложението на електричеството. Той експериментира много с генератори и дори разработи един по свой собствен дизайн с мощност 350 kW. Обръща голямо внимание на осветлението и енергоснабдяването на заводите и фабриките.

Смята се, че първите генератори за променлив ток са създадени през 30-те години на миналия век. Тогава Майкъл Фарадей експериментира с магнитни полета. Малко хора знаят, че това предизвика ревността на сър Хъмфри Дейви, който критикува студента за плагиатство. Сега е трудно да се каже кой е прав, но фактът остава: променливият ток не е бил търсен половин век. През първата половина на 19 век вече има електрически двигател. Но работеше от постоянен ток.

Никола Тесла пръв се досеща как да приложи теорията на Араго за въртящото се магнитно поле. За това бяха необходими до две фази на променлив ток (с изместване от 90 градуса). По пътя Тесла отбеляза, че са възможни по-сложни системи (в неговия патент). Ето защо много по-късният изобретател на трифазния двигател Доливо-Доброволски не можа да патентова рожбата си. (Вижте също: Диоден мост)

Така никой не се нуждаеше от променлив ток дълго време. И Едисън дори се съпротивляваше на прилагането на това явление по всякакъв възможен начин.

Н. Тесла изучава променлив ток

Защо променливият ток се използва по-често от постоянния ток

Никола Тесла и въпроси на безопасността и ефективността

Никола Тесла се присъединява към компания, конкурираща се с тази на Едисон, и популяризира новия феномен по всякакъв възможен начин. Той беше толкова очарован, че често експериментира върху себе си. Но за разлика от сър Хъмфри Дейви, който съкратив живота си, вдишвайки различни газове, Тесла очевидно постига значителен успех: той доживява до 86 години. Самият учен откри, че при промяна на посоката на тока със скорост над 700 пъти в секунда, самият процес става относително безопасен за хората.

По време на лекциите си Тесла взема електрическа крушка с платинена жичка и демонстрира светенето на устройството, като пропуска високочестотни токове през собственото си тяло. Той твърди, че не само е безвреден, но дори има някои ползи за здравето. Токът, протичащ само по повърхността на кожата, същевременно я почиства. Както каза самият Тесла, експериментаторите от старите дни (виж по-горе) не са забелязали такива удивителни явления поради следните причини:

Несъвършени генератори от механичен тип. Въртящото се поле се използва в буквалния смисъл: с помощта на всеки двигател роторът се завърта. Такъв принцип не може да даде високочестотни токове. Това все още е проблематично днес при сегашното ниво на развитие на технологиите.
В най-простия случай са използвани ръчни превключватели. В този случай няма какво да се каже за високите честоти.

Самият Тесла използва феномена на зареждане и разреждане на кондензатор. Сега говорим за така наречената RC верига. След като се зареди до определено ниво, кондензаторът започва да се разрежда през съпротивлението. От параметрите на тези елементи зависи и скоростта на процеса, който протича по експоненциалния закон. Ясно е, че по това време Тесла не можеше да използва полупроводникови ключове за управление. Но термоелектронните диоди вече бяха известни. Ще си позволим да предположим, че Тесла може да ги използва като ценерови диоди, работещи с обратим пробив.

Проблемите със сигурността обаче все още не са на първо място. Трябва да се каже, че честотата от 60 Hz (общоприета в САЩ) е предложена от самия Никола Тесла, т.к.оптимален за функционирането на двигатели със собствен дизайн. Това е много различно от безопасния диапазон. В същото време е по-лесно да се проектира генератор. И във всеки случай променливият ток побеждава постоянния ток и в двата смисъла.

През въздуха

И до днес се водят спорове кой пръв е изобретил радиото. Трябва да се каже, че Херц открива преминаването на вълните през етера, като описва законите на тяхното движение и показва, че те са подобни на оптичните закони. В момента знаем, че само променливо поле може да пътува през космоса. И това явление е използвано от Попов през 1895 г., за да предаде първото съобщение "Хайнрих Херц" на Земята.

Виждаме, че учените мъже са много приятелски настроени помежду си. Толкова много уважение в това първо съобщение. А датата остава спорна, защото всеки щат би искал да запази шампионата за себе си. Следователно само променлив ток може да създаде поле, което се разпространява през етера.

Днес диапазоните на речта, прозорците и стените, така да се каже, атмосферата и различните среди (вода, газове и др.) са добре известни. Освен това важно място в този план е отделено на честотата. Установено е, че всеки сигнал може да се представи като сума от елементарни синусоидални трептения (съгласно теоремите на Фурие). Спектралния анализ работи върху тези най-прости хармоници. А общият ефект се счита за нетния ефект на елементарните компоненти.

Прозорците в атмосферата се определят по напълно подобен начин. Има честоти, които преминават през неговата дебелина, добри и лоши. Последното не винаги е отрицателен ефект. Например микровълновите фурни използват честоти от 2,4 GHz, които се абсорбират от водната пара. Тези вълни са безполезни за комуникация, но колко добри са в готвенето!

Но мнозина вероятно имат въпрос как точно вълната може да се разпространи в етера. Нека данека го обсъдим по-подробно.

Диполна херцова антена

Херцов вибратор, етер и електромагнитна вълна

Връзката между електрическите и магнитните полета е демонстрирана за първи път през 1821 г. от Майкъл Фарадей. Малко по-късно беше показано, че кондензаторът е подходящ за създаване на трептения. Не може да се каже, че връзката между тези две събития е осъзната веднага. Феликс Саварен изпразни лайденския буркан през дросел, сърцевината на който служи като стоманена игла.

Не е известно какво точно се е опитвал да постигне астрономът, но резултатът се оказал много интересен. Понякога иглата се намагнетизира в една посока, а понякога в друга. В същото време токът на генератора беше със същия знак. Ученият съвсем правилно заключи за затихващия колебателен процес. Въпреки че всъщност не знаех нищо за индуктивните и капацитивните реактивни съпротивления.

Теорията зад самия процес е представена по-късно. Експериментите бяха повторени от Джоузеф Хенри и Уилям Томпсън с определяне на резонансната честота: тази, при която процесът продължи за максимален период от време. Това даде възможност да се опише количествено зависимостта на характеристиките на веригата от елементите на нейните компоненти (индуктивност и капацитет). И през 1861 г. Максуел извежда известните си уравнения, едно от следствията от които е особено важно за нас: „Променящото се електрическо поле генерира магнитно поле и обратно“.

Възниква вълна, в която индукционните вектори са перпендикулярни един на друг. В космоса те повтарят формата на скалите на процеса. И такава вълна може да пътува в етера. Точно това използва Хайнрих Херц, когато разгъна плочите на кондензатор в пространството и те станаха емитери. Всъщност Попов само се досеща да вгради информация в електромагнитна вълна, която днес се използва навсякъде. И не само в етера, но и в полупроводниковата технология.

Къдетоизползва се променлив ток

По този начин може да се каже, че променливият ток е в основата на принципа на работа на повечето известни днес устройства. По-лесно е да се каже къде се използва константата и читателите сами ще си направят изводите:

Постоянният ток се използва широко в батериите. Поради простата причина, че една променлива съществува само в движение - тя не може да бъде съхранена. След това в устройството електричеството вече се трансформира в желаната форма.

Ефективността на постояннотоковите колекторни двигатели е по-висока. Поради тази причина в някои случаи е изгодно да се използват тези разновидности.

С помощта на постоянен ток могат да действат различни магнити. Например домофони.

Постоянното напрежение се използва широко в електрониката. В същото време консумираният ток варира в определени граници. Но в индустрията се нарича и постоянен.

Директното напрежение се използва в кинескопите за създаване на потенциал и увеличаване на излъчването от катода. Тези случаи могат да се считат за аналогични на захранващите блокове на полупроводниковата технология, въпреки че понякога разликата е доста значителна.

Във всички останали случаи променливият ток има силно предимство. На първо място, благодарение на възможността за използване на трансформатори. Дори при заваряване постоянният ток далеч не винаги преобладава, но всяко модерно оборудване от този тип има инвертор. Така че е много по-лесно и по-удобно да получите прилични технически характеристики.

Въпреки че исторически статичните заряди са първите, които са получени. Вземете поне вълната и кехлибара, с които е работил Талес от Милет.

Следваща