что значит переменный ток частотой 50 гц
Что значит переменный ток частотой 50 гц
В отрасли электроэнегетики, для того, чтобы передать и распределить электрический ток, используются одинаковые стандарты частоты, которые составляю 50 ил 60 Гц. Это, действительно, отнюдь не случайно. Так, например, в нашей стране, СНГ и странах Европы используются единые правила: ток в 220-240 Вольт частотой 50 Гц. На американском континенте принят стандарт в 110-120 Вольт частотой 60 Гц. Откуда же берутся эти величины. Давайте разберемся.
История
Для начала, вспомним, как всё было. Еще во второй половине ХХ века многие ученые из разных стран активно изучали принцип работы электричества, получали практический опыт, каким образом его можно будет использовать в быту и производственной деятельности человека. Так, всем известный ученый-изобретатель Томас Эдисон сделал первую электрическую лампочку и открыл новый век – век электрификации. Это привело к строительству электростанций (в частности, сначала в США), где использовался постоянный ток.
Отметим, что первые лампочки светились электрическим разрядом, который горел на воздухе. Зажигание происходило между двумя угольными электродами, именно поэтому такие лампы назывались дуговыми. Начало было положено и именно благодаря этим шагам, ученые-экспериментаторы поняли, что если использовать ток в 45 вольт, то дуга становится более устойчивой, но при этом не такой безопасной. Чтобы получить безопасный вариант, использовался резистивный балласт, на котором в процессе эксплуатации лампочки падало приблизительно 20 Вольт.
Достаточно длительное время в обиходе применялось напряжение постоянного типа, величиной в 65 Вольт. Немного позже его повысили до 110 В, чтобы была возможность включить в сеть несколько (две) последовательно соединенных ламп.
Ученый Томас Эдисон уверенно считал, что именно постоянный ток лучше переменного. Его устройства – генераторы – какое-то время подавали в сеть именно такой ток. Как выяснилось, такой способ использования был очень затратным и невыгодным из-за необходимости применения большого количества проводниковой продукции, а также их трудоемкой прокладки. При этом, потеря электроэнергии в процессе передачи была колоссальной.
Позднее стали использовать систему постоянного тока — 3-х проводную в 220 Вольт, где были две параллельные линии по 110 В. Как выяснилось, экономически данный вариант электрификации не улучшил общего положения дел.
Никола Тесла уже через несколько лет представил миру свои уникальные работы, в частности, генератор переменного тока, что сработало в верном направлении и позволило, благодаря его же идеям, значительно снизит затратную часть при передаче электроэнергии. При этом, во много раз выросла эффективность её передачи, когда большое напряжение могло проходит без значительных потерь огромные расстояния. Как показала практика, переменный ток Теслы значительно превосходил по всем параметрам постоянный Эдисона.
Трансформаторы, состоящие из железа, на каждой из трех фаз понижают высокое напряжение до значения 127 В. 
Потребитель получает его в виде переменного тока. Генераторы переменного тока оснащены роторами, которые вращались с частотой более чем 3000 об/мин. Они приводились в движение водой или паром. Как результат, работающие лампы не мерцали, а значит и асинхронные двигатели могли качественно выполнять поставленную задачу (выполняя номинальные обороты). Трансформатор при этом повышал и понижал напряжение электричества до нужной величины.
На территории наших стран до середины 60-х годов ХХ столетия, напряжение в сетях было на уровне 127 Вольт. И уже позже, когда производственные мощности значительно выросли, данный показатель был поднят до привычного нам сегодня значения в 220 Вольт.
Ученый Долив-Добровольский, исследовавший переменный источник, предложил использовать для передачи электроэнергии, синусоидальный ток. Также он внес предложение применять частоту в 30-40Гц. Оптимальными для работы оборудования и приборов оказались 50 Гц на территории наших стран и Европы, а в США применяют частоту 60 Гц.
Двухполюстные генераторы переменного тока характеризуюся частотой вращения в 3000-3600 об/мин. Именно такая работа дает в результате частоты 50-60 Гц. Такие показатели нужны и для нормальной работы генератора.
Конечно, на сегодняшний день можно значительно увеличить частоту передачи электроэнергии. Это привело бы к очень большой экономии использования кабельно-проводниковой продукции. Однако, на всей планете инфраструктура выстроена и является приспособленной именно к этим, давно знакомым нам величинам, что касается любых генераторов тока на атомных электростанциях. Так что, вопрос глобального изменения системы передачи и дальнейшей коммутации электроэнергии относится больше к еще далекому будущему и сегодня ток 220 Вольт и 50 Гц является общепринятым стандартом.
Переменный электрический ток
теория по физике 🧲 колебания и волны
Свободные электромагнитные колебания в контуре быстро затухают. Поэтому они практически не используются. Наиболее важное практическое значение имеют незатухающие вынужденные колебания.
Переменный ток — вынужденные электромагнитные колебания.
Ток в осветительной сети квартиры, ток, применяемый на заводах и фабриках, представляет собой переменный ток. В нем сила тока и напряжение изменяются со временем по гармоническому закону. Колебания легко обнаружить с помощью осциллографа. Если на вертикально отклоняющие пластины осциллографа подать напряжение от сети, то временная развертка на экране будет представлять сбой синусоиду:
Зная скорость движения луча в горизонтальном направлении (она определяется частотой пилообразного напряжения), можно определить частоту колебаний.
Частота переменного тока — это количество колебаний за 1 с.
Стандартная частота переменного промышленного тока составляет 50 Гц. Это значит, что на протяжении 1 секунды ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз — в другую. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США принята частота 60 Гц.
Если напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону, то напряженность электрического поля внутри проводника будет также меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля вызовут гармонические колебания скорости упорядоченного движения заряженных частиц, и, следовательно, гармонические колебания силы тока.
При изменении напряжения на концах цепи электрическое поле не меняется мгновенно во всей цепи. Изменение поля происходит с большой скоростью, но она не бесконечно большая. Она равна скорости света (3∙10 8 м/с).
Переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети создается генераторами на электростанциях. Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле, можно рассматривать как простейшую модель генератора переменного тока (см. рисунок ниже).
Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции.
Численно магнитный поток определяется формулой:
При равномерном вращении рамки угол α увеличивается пропорционально времени:
где n — частота вращения. Поэтому поток магнитной индукции меняется гармонически:
Здесь множитель 2 π n представляет собой число колебаний магнитного потока за 2 π секунд. Это не что иное, как циклическая частота колебаний:
Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна взятой со знаком «минус» скорости изменения потока магнитной индукции, т.е. производной потока магнитной индукции по времени:
ε m a x — амплитуда ЭДС индукции, равная:
Напряжение в цепи переменного тока может меняться по закону синуса или по закону косинуса:
где U m a x — амплитуда напряжения (максимальное по модулю значение напряжения).
где I m a x — амплитуда силы тока (максимальное по модулю значение силы тока), φ с — разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
Пример №1. Найти напряжение в цепи переменного тока в момент времени t = π, если циклическая частота электромагнитных колебаний равна 300,25 Гц, а амплитуда напряжения составляет 12В. Считать, что напряжения меняется по закону косинуса.
Активное сопротивление в цепи переменного тока
Пусть цепь состоит из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R (см. рисунок ниже).
Внимание! Ранее под величиной R мы понимали электрическое сопротивление. Но правильно его называть сопротивлением активным. Дело в том, что в цепи переменного тока могут быть сопротивления иного характера. Сопротивление же R называется активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора. Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они нагреваются.
Будем считать, что напряжение на зажимах цепи меняется по закону косинуса:
Для нахождения мгновенного значения силы тока мы можем воспользоваться законом Ома, так как эта величина прямо пропорционально мгновенному значению напряжения:
В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством:
Мощность в цепи с резистором
В цепи переменного тока сила тока и напряжения меняются быстро, поэтому количество выделяемой энергии меняется так же быстро. Но заметить эти изменения невозможно. Чтобы найти среднюю мощность на участке цепи за много периодов, достаточно найти среднюю мощность за один период.
Средняя за период мощность переменного тока — отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к этому периоду.
Мощность постоянного тока определяется формулой:
Следовательно, мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке с активным сопротивлением R равна:
Подставим в это выражение полученное ранее значение мгновенной силы переменного тока и получим:
Вспомним из курса математики:
График зависимости мгновенной мощности от времени:
Средняя мощность − p равна:
Действующие значения силы тока и напряжения
Из предыдущей формулы видно, что среднее значение квадрата силы тока равно половине квадрата амплитуды силы переменного тока:
Действующее значение силы переменного тока — величина, равная квадратному корню, взятому из среднего значения квадрата тока. Обозначается как I.
I = √ − i 2 = I m a x √ 2
Смысл действующего значения силы переменного тока заключается в том, что оно равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за это же время.
Аналогично определяется действующее значение напряжения U:
Именно действующие значения силы тока и напряжения определяют мощность P переменного тока:
Пример №3. Найти мощность переменного тока, если амплитуда силы тока равна 2 А, а сопротивление цепи равно 5 Ом.
Период и частота переменного тока
Под этим термином «переменный электрический ток» следовало бы понимать ток, изменяющийся во времени любым образом, соответственно введенному в математику понятию «переменная величина». Однако в электротехнику термин «переменный электрический ток» вошел в значении электрического тока, вменяющегося по направлению (в противовес электрическому току постоянного направления), а следовательно, и по величине, так как физически нельзя представлять себе изменения электрического тока по направлению без соответствующих изменений по величине.
Движение электронов в проводе сначала в одну сторону, а затем в другую называют одним колебанием переменного тока. За первым колебанием следует второе, затем третье и т. д. При колебаниях тока в проводе вокруг него происходит соответствующее колебание магнитного поля.
Важной величиной, характеризующей переменный ток, является частота. Она представляет собой число колебаний или число периодов в секунду и обозначается буквой f или F. Единицей частоты служит герц, названный в честь немецкого ученого Г. Герца и обозначаемый сокращенно буквами Гц (или Hz). Если в одну секунду происходит одно полное колебание, то частота равна одному герцу. Когда в течение секунды совершается десять колебаний, то частота составляет 10 Гц. Частота и период являются обратными величинами:
При частоте 10 Гц период равен 0,1 с. А если период равен 0,01 с, то частота составляет 100 Гц.
Частота — важнейшая характеристика переменного тока. Электрические машины и аппараты переменного тока могут нормально работать только на той частоте, на которую они рассчитаны. Параллельная работа электрических генераторов и станций на общую сеть возможна только на одной и той же частоте. Поэтому во всех странах частота переменного тока, производимого электростанциями, стандартизуется законом.
В электрической сети переменного тока частота равна 50 Гц. Ток пятьдесят раз в секунду идет в одну сторону и пятьдесят раз в обратную. Сто раз в секунду он достигает амплитудного значения и сто раз становится равным нулю, т. е. сто раз меняет свое направление при переходе через нулевое значение. Лампы, включенные в сеть, сто раз в секунду притухают и столько же раз вспыхивают ярче, но глаз этого не замечает, благодаря зрительной инерции, т. е. способности сохранять полученные впечатления около 0,1 с.
При расчетах с переменными токами пользуются также угловой частотой, она равна 2пиf или 6,28f. Ее следует выражать не в герцах, а в радианах в секунду.
Переменные токи принято разделять по частоте. Токи с частотой меньше 10000 Гц называют токами низкой частоты (токами НЧ). У этих токов частота соответствует частоте различных звуков человеческого голоса или музыкальных инструментов, и поэтому они иначе называются токами звуковой частоты (за исключением токов с частотой ниже 20 Гц, которые не соответствуют звуковым частотам). В радиотехнике токи НЧ имеют большое применение, особенно в радиотелефонной передаче.
Однако главную роль в радиосвязи выполняют переменные токи с частотой более 10000 Гц, называемые токами высокой частоты, или радиочастоты (токи ВЧ). Для измерения частоты этих токов применяют единицы: килогерц (кГц), равный тысяче герц, мегагерц (МГц), равный миллиону герц, и гигагерц (ГГц), равный миллиарду герц. Иначе килогерц, мегагерц и гигагерц обозначают kHz, MHz, GHz. Токи частотой в сотни мегагерц и выше называют токами сверхвысокой или ультравысокой частоты (СВЧ и УВЧ).
Радиостанции работают с помощью переменных токов ВЧ, имеющих частоту от сотен килогерц и выше. В современной радиотехнике для специальных целей применяются токи с частотой в миллиарды герц и имеются приборы, позволяющие точно измерять такие сверхвысокие частоты.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Что значит переменный ток частотой 50 гц
YS  | ||||
Карма: 69 |
| |||
| ||||
>TEHb  |
Карма: 3
Рейтинг сообщений: 2
Зарегистрирован: Ср ноя 11, 2009 17:19:30
Сообщений: 1287
Рейтинг сообщения: 0
_________________ |
| YS | ||||
Карма: 69 |
| |||
| ||||
| Cat | ||||
Зарегистрирован: Вт май 05, 2009 10:43:42 |
| |||
| ||||
| >TEHb |
Карма: 3
Рейтинг сообщений: 2
Зарегистрирован: Ср ноя 11, 2009 17:19:30
Сообщений: 1287
Рейтинг сообщения: 0
_________________
|
| Chip115 | ||||
Карма: 4 |
| |||
| ||||
| evg | ||||
Карма: 8 |
| |||
| ||||
