Kaj je izmenični tok?

Zdaj je nemogoče zamisliti človeško civilizacijo brez elektrike. Televizorji, računalniki, hladilniki, sušilniki za lase, pralni stroji - vsi aparati delujejo na njem. Da ne omenjam industrije in velikih korporacij. Glavni vir energije za porabnike energije je izmenični tok. Kaj je to? Kakšni so njeni parametri in značilnosti? Kakšna je razlika med direktnim in izmeničnim tokom? Le malo ljudi pozna odgovore na ta vprašanja.

Spremenljivka proti konstanti

Konec devetnajstega stoletja se je zaradi odkritij na področju elektromagnetizma pojavil spor o tem, kateri tok se najbolje uporablja za zadovoljevanje človeških potreb. Kako se je vse začelo? Thomas Edison je leta 1878 ustanovil svoje podjetje, ki je v prihodnosti postalo slavno General Electric. Družba je hitro postala bogata in pridobila zaupanje vlagateljev in navadnih državljanov Združenih držav Amerike, saj je bilo po vsej državi zgrajenih več sto elektrarn DC. Zasluga Edisona je v izumu trižičnega sistema. Enosmerni tok odlično delal s prvimi električnimi motorji in žarnice. To so bili dejansko edini sprejemniki energije v tistem času. Števec, ki ga je izumil tudi Edison, je delal izključno na enosmerni tok. Vendar pa so se v nasprotju z Edisonovimi podjetji razvile konkurenčne korporacije in izumitelji, ki so želeli nasprotovati izmeničnemu toku na enosmerni tok.

Slabosti Edisonovega izuma

George Westinghouse, inženir in poslovnež, je v patentu Edisona opazil šibko povezavo - velike izgube vodnikov. Vendar ni uspel razviti modela, ki bi lahko tekmoval s tem izumom. Kaj je pomanjkanje Edison DC? Glavni problem je prenos električne energije na razdalje. In ker s povečevanjem narašča tudi upornost prevodnikov, to pomeni, da se bodo tudi izgube moči povečale. Da bi znižali to stopnjo, je potrebno bodisi povečati napetost, kar bo povzročilo zmanjšanje moči samega toka ali zgostitev žice (to je zmanjšanje upornosti prevodnika). V tem času ni bilo mogoče učinkovito povečati enosmerne napetosti, zato so elektrarne Edison ohranile napetost blizu dvesto voltov. Na ta način pretok moči, ki se prenaša na ta način, ne more zadovoljiti potreb industrijskih podjetij. Neposredni tok ne more zagotavljati proizvodnje električne energije močnim potrošnikom, ki so se nahajali na precejšnji razdalji od elektrarne. In za povečanje debeline žic ali gradnjo več postaj je bilo predrago.

AC v DC

Zahvaljujoč zasnovi transformatorja, ki ga je leta 1876 razvil inženir Pavel Yablochkov, je bilo zelo enostavno spremeniti napetost izmeničnega toka, kar je dalo čudovito priložnost, da jo prenesemo na stotine in tisoče kilometrov. Vendar takrat ni bilo motorjev, ki bi delovali na izmenični tok. V skladu s tem ni bilo nobenih proizvodnih postaj ali omrežij za prenos.

Izumi Nikole Tesle

Nesporna prednost trajnosti ni trajala dolgo. Nikola Tesla je kot inženir v podjetju Edison spoznal, da enosmerni tok ne more zagotoviti človeštva električne energije. Tesla je že leta 1887 prejel več patentov za naprave na izmenični tok. Začel se je ves boj za učinkovitejše sisteme. Glavni konkurenti so bili Tesla Thomson in Stanley. Leta 1888 je srbski inženir dobil nedvoumno zmago, ki je zagotovila sistem, ki lahko prenaša električno energijo na stotine kilometrov stran. Mladi izumitelj je bil hitro odpeljan v Westinghouse. Vendar se je spopad med podjetji Edison in Westinghouse začel takoj. Tesla je že leta 1891 razvil trifazni sistem izmeničnega toka, ki je omogočil zmago na razpisu za izgradnjo velike elektrarne. Od takrat je edinstven položaj vodje vzel izmenični tok. Constant je stal na vseh frontah. Še posebej, ko so se pojavili usmerniki, ki lahko pretvorijo izmenični tok v enosmerni tok, kar je postalo priročno za vse sprejemnike.

Zaznavanje izmeničnega toka

Za razliko od enosmernega toka se izmenični tok nenehno spreminja v smeri in velikosti, ta nihanja pa se pojavljajo v skladu s periodičnimi zakoni, tj. Ponavljajo se v popolnoma enakih časovnih intervalih. Za ustvarjanje takšnega toka v tokokrogu uporabite vire izmeničnega toka, ki ustvarjajo emf. Ta vrsta vira se imenuje alternator.

Primer najpreprostejšega generatorja

Najpreprostejši vir je pravokoten okvir iz bakra, ki je pritrjen na os in se vrti v magnetnem polju z jermenski pogon. Konci tega okvirja so spajkani na bakrene obročke z drsnimi obroči, ki zdrsnejo po krtačah. Magnet ustvarja enakomerno porazdeljeno magnetno polje. Gostota linij magnetnega polja je v vsakem delu enaka. Vrtljivi okvir prečka te črte in na njegovih straneh je inducirana spremenljivka elektromotorna sila (EMF). Pri vsakem zavoju se smer celotne emf obrne, saj delovne strani okvirja na vrtljaj preidejo skozi različne pole magneta. Ker se hitrost preseka sil sile spreminja, se velikost elektromotorne sile spreminja. Če se okvir enakomerno obrne, se bo inducirana elektromotorna sila občasno spreminjala tako v smeri kot po velikosti, merila se lahko z zunanjimi napravami in se tako uporablja za ustvarjanje izmeničnega toka v zunanjih tokokrogih.

Sinusoidna

Kaj je to? Na izmenični tok je značilno valovita krivulja - sinusoid. Skladno s tem se EMF, tok in napetost, ki se razlikujejo po tem zakonu, imenujejo sinusni parametri. Krivulja je tako imenovana, ker je slika trigonometrične spremenljivke magnitude - sine. Gre za sinusoidno naravo izmeničnega toka, ki je najpogostejša v vsej elektrotehniki.

Parametri in značilnosti

Izmenični tok je pojav, za katerega so značilni določeni parametri. Ti vključujejo amplitudo, frekvenco in obdobje. Slednja (označena s črko T) je časovno obdobje, v katerem napetost, tok ali emf opravi celoten cikel spremembe. Hitrejše vrtenje rotorja generatorja bo krajše. Frekvenca (f) se nanaša na število polnih obdobij toka, napetosti ali EMF. Meri se v Hz (hertz) in označuje število obdobij na sekundo. V skladu s tem, daljše obdobje, nižja je frekvenca. Amplituda takšnega pojava, kot je izmenični tok, se imenuje njegova največja vrednost. Amplituda napetosti, toka ali elektromotorne sile je zapisana s črkami z indeksom “t” - U _t I _t , E _t . Pogosto je dejanska vrednost dodeljena parametrom in karakteristikam izmeničnega toka. Napetost, tok ali emf, ki deluje v vezju v vsakem trenutku - trenutna vrednost (označena z malimi črkami - і, u, e). Vendar pa je težko oceniti izmenični tok, delo, ki ga opravlja, toploto, ki jo proizvaja trenutna vrednost, saj se nenehno spreminja. Zato se uporablja tok, ki označuje moč enosmernega toka, ki oddaja toliko toplote, kot je izmenični tok skozi vodnik.