Что такое переменный ток: определение
Этот термин слышал каждый, а вот что он означает, знают не все. Переменным называется хаотичное движение заряженных частиц, меняющее свою полярность от плюса к минусу с определенной частотой, которая измеряется в герцах (Гц). Если нарисовать график, то подобная величина будет выглядеть как синусоида, периодически пересекающая ось координат «Х». Если же говорить о трехфазном токе, то он протекает не по одному проводнику, а по трем. Синусоиды фаз в идеале совершенно идентичны, но сдвинуты во отношению друг к другу на 120 градусов.
Переменный ток встречается повсеместно. Он вырабатывается на электростанциях генераторами с различными приводами. Такой ток прост в передаче на различные расстояния и из него довольно просто получить постоянный, чего не скажешь об обратной трансформации. Для «транспортировки» с наименьшими потерями напряжение повышается до 25 кВ, вследствие чего, по законам физики, снижается сила тока, измеряемая в амперах (А). Когда он достигает нужной точки, то попадает на первичную трансформаторную подстанцию. На ней напряжение понижается до 6 кВ и отправляется дальше. Последний трансформатор еще понижает напряжение до привычных 0.4 кВ (400В). Именно этот ток по трем фазам попадает в многоквартирные дома. Здесь фазы равномерно распределяются, в результате чего в каждое жилище подводится 1 фаза, способная обеспечить помещения электрическим напряжением 220 В.
Так какой ток в розетке? Конечно же, переменный. Именно на нем работает практически вся бытовая техника. Если же устройству требуется постоянный ток, используются специальные трансформаторы с выпрямителями (диодными мостами), которые называются адаптерами. Подобными блоками питания часто оборудуются телевизоры, компьютеры, музыкальные центры.
Переменный и постоянный ток: в чем разница, история развития, применение
Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.
Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток — трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Краткая история электричества
Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.
Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.
Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.
В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество».
Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.
Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.
Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.
Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.
1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.
1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.
Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.
На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали — остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.
Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.
Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.
Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.
Постоянный ток
Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.
Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.
Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.
Где используется постоянный ток:
- в питании большинства бытовых приборов;
- в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
- для питания электроники автомобилей;
- на кораблях и подводных лодках;
- в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).
Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:
Постоянный ток
Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.
Постоянный ток: особенности
Его сила и направление неизменны. Здесь проводники переносят определенный заряд – положительный или отрицательный. В быту за выработку постоянного тока отвечают не только адаптеры. Его можно получить из аккумуляторных батарей, гальванических элементов. Величины напряжения постоянного тока в быту невелики – обычно от 1.5 В до 24 В.
В промышленности его используют для двигателей с большими пусковыми токами. Это позволяет обеспечить плавную регулировку скорости вращения. Здесь прямой ток вырабатывается специальными генераторами, создающими вихревые потоки электромагнитного поля.
Виды тока
Существует два вида тока — постоянный и переменный. Чтобы понять разницу и определить, постоянный или переменный ток находится розетке, следует вникнуть в некоторые технические особенности. Переменный ток имеет свойство изменяться по направлению и величине. Постоянный же ток обладает устойчивыми качествами и направлением передвижения заряженных частиц.
Переменный ток выходит из генераторов электростанции с напряжением, составляющим 220–440 тысяч вольт. При подходе к многоквартирному зданию ток уменьшается до 12 тысяч вольт, а на трансформаторной станции преобразуется в 380 вольт. Напряжение между фазами именуют линейным. Низковольтный участок понижающей подстанции выдает три фазы и нулевой (нейтральный) провод. Подключение энергопотребителей осуществляется от одной из фаз и нулевого провода. Таким образом, в здание заходит переменный однофазный ток с напряжением 220 вольт.
Схема распределения электроэнергии между домами представлена ниже:
В жилище электричество поступает на счетчик, а далее — через автоматы на коробки каждого помещения. В коробках имеется разводка по комнате на пару цепей — розеточную и осветительной техники. Автоматы могут предусматриваться по одному для каждого помещения или по одному для каждой цепи. С учетом того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть включена в группу или быть подключенной к выделенному автомату.
Переменный ток составляется примерно 90% всей потребляемой электроэнергии. Столь высокий удельный вес вызван особенностями этого вида тока — его можно транспортировать на значительные расстояния, изменяя на подстанциях напряжение до нужных параметров.
Источниками постоянного тока чаще всего являются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные панели, термопары. Постоянный ток широко используется в локальных сетях автомобильного и воздушного транспорта, в компьютерных электросхемах, автоматических системах, радио- и телевизионной аппаратуре. Постоянный ток применяется в контактных сетях железнодорожного транспорта, а также на корабельных установках.
Обратите внимание! Постоянный ток используется во всех электронных приборах.
На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами.
Что следует знать о силе тока и напряжении
Мало знать, какой ток в розетке — переменный или постоянный. Требуется учитывать множество других факторов. Многие считают, что чем выше его напряжение, тем он опаснее. На самом же деле все обстоит совершенно наоборот. Как уже говорилось, с повышением напряжения падает сила тока, а при поражении, для организма опасен именно этот параметр. Но данное утверждение верно только для постоянной величины. Переменный ток не имеет определенной силы – этот параметр будет зависеть от нагрузки. Чем больше приборов включено в электрическую розетку 220 вольт, тем выше данная величина в проводнике. Ограничителем повышения этого параметра будет служить защитная автоматика, которая не позволит силе тока возрасти до критических пределов, отключив питание домашней сети.
Какой ток идет в розетке: характеристики бытового напряжения
Стандартное напряжение бытовой сети между фазой и нейтралью 220-240 В. Сила тока зависит от количества потребителей и их характеристик. Попробуем рассчитать параметры при подключении стиральной машины с водонагревателем, мощностью 2.5 кВт. Чтобы узнать, какая сила тока в розетке будет присутствовать при подключении подобного оборудования, необходимо уточнить некоторые величины. Для вычислений понадобится коэффициент мощности. Он указывается в технической документации и на шильдике прибора. Если этот показатель отсутствует, за расчет принимается величина в 0.95.
Чтобы узнать силу тока, возникающую в момент включения водонагревателя, необходимо умножить напряжение на коэффициент мощности, после чего на полученное значение разделить 2.5 кВт, которые потребляет стиральная машинка. Вычисления будут выглядеть следующим образом: 2500 Вт / (220 × 0.95) = 11,96 А. Получается, что обычная дешевая электрическая розетка 220 В не подойдет для подобного оборудования – ее максимум составляет 10 А. Придется приобрести более дорогое изделие, которое способно выдержать до 16 А.
Защитная автоматика: как она может спасти жизнь
Переписав все данные бытовых приборов, подключаемых к определенной линии, можно определить, какой ток в бытовых розетках образуется при включении всего оборудования одновременно. Это позволит подобрать защитные устройства с подходящими параметрами. Многие недооценивают роль УЗО в схеме электроснабжения, считая, что вполне достаточно обычного автоматического выключателя. Однако эти устройства имеют совершенно разное назначение.
Автоматический выключатель предназначен для принудительного или аварийного размыкания цепи в случае возникновения перегрузки или короткого замыкания. Но он не способен защитить человека от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции токоведущего проводника и его соприкосновении с открытыми участками тела. Зато эту работу с успехом выполняет УЗО. Если в помещении оборудованы розетки с заземлением, то при пробое возникает утечка тока, которую фиксирует устройство защитного отключения, моментально прерывая подачу электроэнергии. Проблема УЗО лишь в том, что оно не реагирует на короткое замыкание, вследствие чего может сгореть. Именно по этой причине устройство защитного отключения монтируется в паре с автоматическим выключателем.
Напряжение сети и его изменения
Понятно, что вопрос, сколько ампер ток в розетке, некорректен – это величина изменяемая. Но почему может падать или резко повышаться напряжение в сети? Чаще всего причин возникновения подобных проблем бывает две – изношенный трансформатор на подстанции, требующий замены и неквалифицированные электромонтеры, которые производили расключение фаз перед сдачей дома в эксплуатацию. Если с первым вариантом все более или менее ясно, то на втором стоит остановиться более подробно.
Что такое электрический ток
Со школьной программы физики известно всем, что ток – это направленное движение электронов. Во всех электростанциях принцип образования электроэнергии одинаковый. Для этого необходимо, чтобы вращался вал роторной установки. По сути, это пучок меди, который расположен между двумя магнитами. Вращать вал можно при помощи воды, ветра, горячего воздуха (пара) и так далее. Вот почему электростанции делятся на виды: гидро-, ветро-, тепловые и так далее.
Для чего необходимы магниты? С их помощью электроны внутри меди начинают двигаться за счет образованного магнитного поля, образуя направленное движение, то есть, токовый поток. Чтобы выделять электроны, к меди подключают провод, который и отводит ток от установки.
Но почему ток, выработанный электростанцией, называется переменным? Все дело в изменении направления движения электронов. Существуют такие показатели, как частота тока и его напряжение. Так вот в отечественных электрических сетях токовая частота равна 50 Гц, а напряжение 220 вольт. Частота говорит о том, что за одну секунду ток меняет свое направление 50 раз, а соответственно заряды частиц с положительного на отрицательный. Что касается напряжения, то, по сути, это давление или напор электронов в сети.
Итак, переменный ток – это смена зарядов. Поэтому напряжение в течение одной секунды меняется от максимума до минимума и наоборот 50 раз, в сумме получается 100 раз. То оно становится максимальным (100%), то минимальным (0%). И этот цикл все время повторяется. Если напряжение в сети было всегда постоянным, да к тому же максимальным, то для его проводки потребовался бы электрический кабель огромного сечения. С переменным этого не нужно. Небольшого диаметра провод может передавать миллионы вольт.
Причины перекоса фаз и его последствия для бытовой техники
Если на площадке расположены три квартиры, то расключение производится следующим образом – общий ноль на все помещения и по одной из трех фаз на каждое. При этом на каждом этаже производится замена стояка. Если на первом третья фаза подключена к двухкомнатной квартире, на втором она пойдет на четырехкомнатную, еще выше это будет питание однокомнатной. Такое чередование позволяет равномерно распределить нагрузку. Если же одну фазу пустить по всем четырехкомнатным квартирам подъезда, да еще и представить холодную зиму с необходимостью использования электрических радиаторов, несложно понять, каким образом перегружается сеть. В этом случае напряжение на линии может упасть. Вследствие перекоса фаз дополнительная нагрузка будет осуществляться и на трансформатор.
Теперь представим, что люди возвращаются с работы (обычно в одно и то же время), на улице потеплело, потому в нескольких квартирах разом выключили радиаторы. Результат предсказуем – скачок напряжения и возможный выход из строя бытовых приборов. Часто подобное случается в квартирах с неправильно подобранной автоматикой и отсутствием розеток с заземлением.
Несколько советов по выбору розеток УЗО и АВ
Первым делом следует выписать отдельно мощности всех бытовых приборов, разделив их на группы, от которых они будут запитаны. Вычислив, какой ток в розетке будет максимальным, можно определить параметры автоматического выключателя и УЗО, требуемого для конкретной линии. Если планируется общее устройство защитного отключения, то все показатели силы тока складываются. Такое вполне допустимо, но следует помнить, что на каждую группу должен стоять отдельный автоматический выключатель. Он устанавливается после УЗО, которое запитывается от прибора учета электроэнергии. Здесь между счетчиком и устройством защитного отключения необходима установка общего автомата. Он защитит УЗО в случае короткого замыкания или нагрева проводки. Еще одно место обязательной установки автоматического или пакетного выключателя – перед электросчетчиком. Им пользуются в случае необходимости замены или обслуживания прибора учета.
Розетки
Итак, движемся дальше по теме, какой ток в розетке используется: постоянный или переменный. Переходим к розеткам, потому что в вопросе они встречаются. Так вот, есть ли розетки на напряжение постоянное, и на переменное? Сразу скажем, есть. Чем же они отличаются друг от друга?
Начнем с того, что розетки, в которых присутствует переменное напряжение, обозначаются символом (
) или буквами латинского алфавита (AC), то есть Alternating Current, что с английского языка так и переводится – переменный ток.
Розетки для постоянного напряжения обозначаются символом (–) или буквами DC (Direct Current – постоянный ток). На схемах такие розетки обозначаются плюсом и минусом со стрелкой. Сразу же оговоримся, что в розетку, где есть постоянное напряжение включать обычные бытовые приборы бесполезно. Работать все равно не будут. Обратите внимание на рисунок ниже, где указаны пиктограммы.
Так вот, многие производители их наносят на розетки для удобства распознания, то есть, для какого напряжения они предназначены. Как видите, даже чисто визуально можно определить, какое напряжение находится в розетке: постоянное или переменное. Конечно, все это нюансы, ведь отечественные сети поставляют только переменный ток, так что нет необходимости даже смотреть, какая маркировка у розетки, есть ли специальные символы или нет.
Подводя итоги
Информация по вопросу, какой ток в розетке, прояснилась – переменный. Его величина не определена и зависит только от потребляемой мощности включенных в сеть бытовых приборов. Напряжение в сети — 220-240 В. Домашнему мастеру, не занимающемуся вопросами электротехники профессионально, этих характеристик вполне достаточно. Если же потребуется вычислить силу тока в домашней сети при полной нагрузке, всегда можно воспользоваться представленными в статье расчетами. Подобное может понадобиться для выбора защитной автоматики с необходимыми параметрами, а также при полной замене электропроводки.
Способы измерения напряжения и тока
Чтобы проверить соответствие величины напряжения электросети установленным требованиям, а также выяснить, сколько ампер протекает через тот или иной ее элемент, используются различные приборы для измерения тока и напряжения.
Индикаторная отвертка
Наиболее дешевым устройством, позволяющим проверить наличие потенциала на контактах розетки, является обыкновенная индикаторная отвертка. При этом узнать, сколько вольт приложено между контактами нельзя.
В нормально работающей сети при касании индикатора к фазному контакту розетки встроенный в рукоятку указателя напряжения светодиод ярко светится, при касании к нулевому проводу такое свечение отсутствует. Этот способ может применяться только для определения наличия напряжения в фазном проводе.
Существенными его недостатками являются невозможность контроля целостности нулевого проводника, величины напряжения, а также подверженность точности измерений влиянию «наводок», создаваемых магнитными полями проходящих рядом электрических проводов. Таким образом, индикатор может светиться даже при отсутствии номинального напряжения на фазном контакте розетки.
Тестер
Более точным способом измерения напряжения является использование специальных приборов – вольтметров (часто применяются тестеры или мультиметры, позволяющие измерять несколько величин: напряжение, ток, сопротивление, емкость конденсаторов и т.д).
Такой прибор подключается параллельно к сети (его щупы вставляются в розетку при отсутствии подключенных к ней потребителей). Используя подобные устройства можно выяснить, сколько вольт постоянного или переменного напряжения приложено к контактам розетки.
Сила тока в розетке может быть измерена с использованием мультиметра, подключенного последовательно в сети в качестве амперметра.
Важно! Прибор, настроенный на измерение тока, нельзя подключать параллельно к сети. Он может выйти из строя.
Измерительные клещи
Главный недостаток использования амперметра – это сложность его подключения. Поэтому во многих случаях для того чтобы проверить, сколько ампер протекает в проводе, можно использовать измерительные клещи. Главным достоинством этого устройства является отсутствие необходимости размыкания цепи и отключения электрооборудования при его использовании.
Таким образом, среди всех характеристик электроэнергии бытовых электрических сетей, наиболее важными являются частота, напряжение, а также номинальный ток.
Узнать какой ток в розетке можно с использованием измерительных приборов или аналитическим путем с помощью формулы.
