AC , berbeda dengan , terus berubah baik besaran maupun arahnya, dan perubahan ini terjadi secara berkala, yaitu berulang secara persis pada selang waktu yang sama.

Untuk menginduksi arus seperti itu dalam suatu rangkaian, mereka digunakan sumber arus bolak-balik yang menghasilkan ggl bolak-balik yang besar dan arahnya berubah secara berkala. Sumber seperti ini disebut generator arus bolak-balik.

Pada Gambar. Gambar 1 menunjukkan diagram perangkat (model) yang paling sederhana.

Sebuah rangka persegi panjang yang terbuat dari kawat tembaga dipasang pada suatu sumbu dan diputar di lapangan menggunakan penggerak sabuk. Ujung-ujung bingkai disolder ke cincin kontak tembaga, yang, berputar dengan bingkai, meluncur di sepanjang pelat kontak (sikat).

Gambar 1. Diagram alternator sederhana

Mari kita pastikan perangkat seperti itu benar-benar ada sumber variabel EMF.

Mari kita asumsikan bahwa sebuah magnet tercipta di antara kutub-kutubnya, yaitu magnet yang kerapatan garis-garis gaya magnetnya di bagian mana pun dari medannya adalah sama. berputar, bingkai tersebut memotong garis-garis medan magnet, dan pada masing-masing sisinya a dan b.

Sisi c dan d bingkai tidak berfungsi, karena ketika bingkai diputar, sisi tersebut tidak memotong garis medan magnet dan, oleh karena itu, tidak ikut serta dalam penciptaan EMF.

Pada setiap saat, EMF yang timbul di sisi a berlawanan arah dengan EMF yang timbul di sisi b, tetapi dalam kerangka kedua EMF bertindak sesuai dan secara total merupakan EMF total, yaitu diinduksi oleh seluruh kerangka.

Hal ini mudah untuk diverifikasi jika kita menggunakan apa yang kita ketahui untuk menentukan arah EMF aturan tangan kanan.

Untuk melakukan ini, Anda perlu memposisikan telapak tangan kanan Anda sehingga menghadap kutub utara magnet, dan ibu jari yang ditekuk bertepatan dengan arah pergerakan sisi bingkai yang ingin kita tentukan arahnya. EMF. Kemudian arah EMF di dalamnya akan ditunjukkan dengan jari-jari tangan yang terulur.

Apapun posisi bingkai yang kita tentukan arah EMF pada sisi a dan b, keduanya selalu menjumlahkan dan membentuk EMF total pada bingkai. Dalam hal ini, dengan setiap putaran bingkai, arah EMF total di dalamnya berubah ke arah sebaliknya, karena masing-masing sisi kerja bingkai melewati kutub magnet yang berbeda dalam satu putaran.

Besarnya EMF yang diinduksi dalam bingkai juga berubah, seiring dengan perubahan kecepatan sisi bingkai yang memotong garis medan magnet. Memang, pada saat bingkai mendekati posisi vertikal dan melewatinya, kecepatan perpotongan garis gaya di sisi bingkai adalah yang terbesar, dan EMF terbesar diinduksi dalam bingkai. Pada saat bingkai melewati posisi horizontalnya, sisi-sisinya tampak meluncur sepanjang garis gaya magnet tanpa melewatinya, dan tidak ada ggl yang diinduksi.

Dengan demikian, dengan rotasi bingkai yang seragam, EMF akan diinduksi di dalamnya, berubah secara berkala baik besaran maupun arahnya.

EMF yang timbul dalam bingkai dapat diukur dengan perangkat dan digunakan untuk menghasilkan arus di sirkuit eksternal.

Dengan menggunakan , Anda bisa mendapatkan ggl bolak-balik dan, karenanya, arus bolak-balik.

Arus bolak-balik digunakan untuk keperluan industri dan dihasilkan oleh generator bertenaga yang digerakkan oleh turbin uap atau air dan mesin pembakaran internal.

Representasi grafis dari arus searah dan bolak-balik

Metode grafis memungkinkan untuk merepresentasikan secara visual proses perubahan variabel tertentu tergantung waktu.

Pembuatan grafik variabel yang berubah terhadap waktu diawali dengan pembuatan dua garis yang saling tegak lurus yang disebut sumbu grafik. Kemudian segmen waktu diplot pada sumbu horizontal pada skala tertentu, dan pada sumbu vertikal, juga pada skala tertentu, nilai-nilai besaran yang grafiknya akan diplot (EMF, tegangan atau arus).

Pada Gambar. 2 digambarkan secara grafis arus searah dan bolak-balik. DI DALAM dalam hal ini kita memplot nilai arus, dan secara vertikal ke atas dari titik perpotongan sumbu O kita memplot nilai arus dalam satu arah, yang biasa disebut positif, dan turun dari titik ini - dalam arah yang berlawanan, yang biasa disebut negatif.

Titik O sendiri berfungsi sekaligus sebagai awal hitungan mundur nilai arus (vertikal ke bawah dan ke atas) dan waktu (horizontal ke kanan). Dengan kata lain, titik ini sesuai dengan nilai nol dari arus dan momen awal yang kita maksudkan untuk menelusuri bagaimana arus akan berubah di masa depan.

Mari kita verifikasi kebenaran dari apa yang dibangun pada Gambar. 2, dan grafik arus konstan 50 mA.

Karena arus ini konstan, yaitu tidak mengubah besaran dan arahnya seiring waktu, nilai arus yang sama, yaitu 50 mA, akan sesuai dengan momen waktu yang berbeda. Oleh karena itu, pada waktu yang sama dengan nol, yaitu pada saat awal pengamatan kita terhadap arus, maka arusnya akan sama dengan 50 mA. Dengan memplot ke atas pada sumbu vertikal sebuah segmen yang sama dengan nilai arus 50 mA, kita mendapatkan titik pertama dari grafik kita.

Kita harus melakukan hal yang sama untuk momen waktu berikutnya, sesuai dengan titik 1 pada sumbu waktu, yaitu, sisihkan suatu segmen secara vertikal ke atas dari titik ini, yang juga sama dengan 50 mA. Ujung segmen akan menentukan titik kedua pada grafik.

Setelah melakukan konstruksi serupa untuk beberapa momen berikutnya, kita akan memperoleh serangkaian titik, yang hubungannya akan menghasilkan garis lurus, yaitu representasi grafis arus DC nilai 50 mA.

Sekarang mari kita beralih ke belajar grafik ggl variabel. Pada Gambar. Gambar 3 di atas menunjukkan bingkai yang berputar dalam medan magnet, dan di bawah adalah representasi grafis dari variabel EMF yang muncul.

Gambar 3. Merencanakan grafik variabel EMF

Mari kita mulai memutar bingkai secara merata searah jarum jam dan mengikuti perkembangan perubahan EMF di dalamnya, dengan mengambil posisi horizontal bingkai sebagai momen awal.

Pada momen awal ini, EMF akan menjadi nol, karena sisi-sisi bingkai tidak memotong garis gaya magnet. Pada grafik, nilai EMF nol yang berhubungan dengan momen t = 0 akan diwakili oleh titik 1.

Dengan rotasi lebih lanjut dari bingkai, ggl akan mulai muncul di dalamnya dan besarnya akan meningkat hingga bingkai mencapai posisi vertikal. Pada grafik peningkatan EMF ini akan digambarkan sebagai kurva halus ke atas yang mencapai puncaknya (titik 2).

Saat bingkai mendekati posisi horizontal, ggl di dalamnya akan berkurang dan turun menjadi nol. Pada grafik hal ini akan digambarkan sebagai kurva halus yang menurun.

Akibatnya, selama setengah putaran bingkai, EMF di dalamnya berhasil meningkat dari nol ke nilai maksimumnya dan kembali turun ke nol (titik 3).

Dengan rotasi lebih lanjut dari bingkai, ggl akan muncul lagi di dalamnya dan nilainya secara bertahap akan meningkat, tetapi arahnya akan berubah ke arah sebaliknya, yang dapat diverifikasi dengan menerapkan aturan tangan kanan.

Grafik memperhitungkan perubahan arah EMF dimana kurva yang menggambarkan EMF memotong sumbu waktu dan sekarang terletak di bawah sumbu ini. EMF meningkat lagi hingga bingkai mengambil posisi vertikal.

Kemudian EMF akan mulai berkurang, dan nilainya akan menjadi nol ketika bingkai kembali ke posisi semula, setelah menyelesaikan satu putaran penuh. Pada grafik hal ini dinyatakan dengan fakta bahwa kurva EMF, setelah mencapai puncaknya pada arah yang berlawanan (titik 4), kemudian bertemu dengan sumbu waktu (titik 5)

Ini mengakhiri satu siklus perubahan EMF, tetapi jika kita terus memutar bingkai, siklus kedua segera dimulai, persis mengulangi siklus pertama, yang selanjutnya akan diikuti oleh siklus ketiga, lalu siklus keempat, dan seterusnya hingga kami menghentikan kerangka rotasi.

Jadi, untuk setiap putaran bingkai, EMF yang timbul di dalamnya menyelesaikan satu siklus penuh perubahannya.

Jika rangka tertutup pada suatu rangkaian luar, maka arus bolak-balik akan mengalir melalui rangkaian, yang grafiknya akan sama tampilannya dengan grafik EMF.

Kurva seperti gelombang yang kita peroleh disebut gelombang sinus, dan arus, ggl atau tegangan yang berubah menurut hukum ini disebut sinusoidal.

Kurva itu sendiri disebut gelombang sinus karena merupakan representasi grafis dari besaran trigonometri variabel yang disebut sinus.

Sifat perubahan arus sinusoidal adalah yang paling umum dalam teknik elektro, oleh karena itu, ketika berbicara tentang arus bolak-balik, dalam banyak kasus yang kami maksud adalah arus sinusoidal.

Untuk membandingkan arus bolak-balik yang berbeda (EMF dan tegangan), ada besaran yang menjadi ciri arus tertentu. Mereka dipanggil Parameter AC.

Periode, amplitudo dan frekuensi - parameter arus bolak-balik

Arus bolak-balik dicirikan oleh dua parameter - periode dan amplitudo, dengan mengetahui ini kita dapat menilai jenis arus bolak-balik itu dan membuat grafik arus.

Periode waktu selama terjadinya siklus lengkap perubahan arus disebut periode. Periode dilambangkan dengan huruf T dan diukur dalam detik.

Periode waktu selama setengah siklus perubahan arus terjadi disebut setengah siklus. Akibatnya, periode perubahan arus (EMF atau tegangan) terdiri dari dua setengah siklus. Jelas sekali bahwa semua periode arus bolak-balik yang sama adalah sama satu sama lain.

Terlihat dari grafik, dalam satu periode perubahan arus mencapai dua kali nilai maksimumnya.

Nilai maksimum arus bolak-balik (ggl atau tegangan) disebut nilai amplitudo atau amplitudo arusnya.

Im, Em dan Um adalah sebutan yang diterima secara umum untuk amplitudo arus, EMF dan tegangan.

Pertama-tama kami memperhatikan, namun, seperti dapat dilihat dari grafik, ada banyak nilai antara yang lebih kecil dari amplitudo.

Nilai arus bolak-balik (EMF, tegangan) yang sesuai dengan momen waktu tertentu disebut nilai sesaat.

i, e dan u adalah sebutan yang diterima secara umum untuk nilai arus, ggl dan tegangan sesaat.

Nilai arus sesaat, serta nilai amplitudonya, dapat dengan mudah ditentukan menggunakan grafik. Untuk melakukan ini, dari titik mana pun pada sumbu horizontal yang sesuai dengan momen waktu yang kita minati, kita menggambar garis vertikal ke titik perpotongan dengan kurva saat ini; segmen garis lurus vertikal yang dihasilkan akan menentukan nilai arus pada saat tertentu, yaitu nilai sesaatnya.

Jelaslah bahwa nilai sesaat arus setelah waktu T/2 dari titik awal grafik akan sama dengan nol, dan setelah waktu T/4 nilai amplitudonya. Arus juga mencapai nilai amplitudonya; tetapi berlawanan arah, setelah selang waktu sebesar 3/4 T.

Jadi, grafik menunjukkan bagaimana arus dalam rangkaian berubah seiring waktu, dan bahwa setiap momen dalam waktu hanya berhubungan dengan satu nilai tertentu baik besaran maupun arah arus. Dalam hal ini, nilai arus pada waktu tertentu di satu titik dalam rangkaian akan sama persis di titik lain dalam rangkaian ini.

Banyaknya periode lengkap yang diselesaikan oleh suatu arus dalam 1 sekon disebut frekuensi AC dan dilambangkan dengan huruf latin f.

Untuk menentukan frekuensi arus bolak-balik, yaitu mencari tahu berapa periode perubahan yang diselesaikan arus dalam waktu 1 detik?, 1 sekon perlu dibagi dengan waktu satu periode f = 1/T. Mengetahui frekuensi arus bolak-balik, Anda dapat menentukan periode: T = 1/f

Itu diukur dalam satuan yang disebut hertz.

Jika kita mempunyai arus bolak-balik yang frekuensinya sama dengan 1 hertz, maka periode arus tersebut adalah 1 detik. Sebaliknya jika periode perubahan arus adalah 1 sekon, maka frekuensi arus tersebut adalah 1 hertz.

Jadi kami telah mendefinisikannya Parameter AC - periode, amplitudo dan frekuensi, - yang memungkinkan untuk membedakan arus bolak-balik, ggl, dan tegangan yang berbeda satu sama lain dan membuat grafiknya bila diperlukan.

Saat menentukan resistansi berbagai rangkaian terhadap arus bolak-balik, gunakan besaran tambahan lain yang mencirikan arus bolak-balik, yang disebut frekuensi sudut atau melingkar.

Frekuensi melingkar dilambangkan dengan frekuensi f dengan relasi 2пif

Mari kita jelaskan ketergantungan ini. Saat membuat grafik variabel EMF, kita melihat bahwa selama satu putaran penuh bingkai, terjadi siklus perubahan EMF yang lengkap. Dengan kata lain, agar suatu bingkai dapat melakukan satu putaran yaitu berputar 360°, diperlukan waktu yang sama dengan satu periode, yaitu T detik. Kemudian dalam 1 detik bingkai tersebut berputar 360°/T. Oleh karena itu, 360°/T adalah sudut yang dilalui bingkai dalam 1 detik, dan menyatakan kecepatan putaran bingkai, yang biasa disebut kecepatan sudut atau melingkar.

Tetapi karena periode T berhubungan dengan frekuensi f dengan perbandingan f = 1/T, kecepatan melingkar dapat dinyatakan dalam frekuensi dan akan sama dengan 360°f.

Jadi kami sampai pada kesimpulan bahwa 360°f. Namun, untuk kemudahan penggunaan frekuensi melingkar dalam semua jenis perhitungan, sudut 360° yang sesuai dengan satu putaran diganti dengan ekspresi radial yang sama dengan 2pi radian, di mana pi = 3,14. Jadi, kami akhirnya mendapatkan 2pif. Oleh karena itu, untuk menentukan frekuensi melingkar arus bolak-balik (), frekuensi dalam hertz perlu dikalikan dengan konstanta Angkanya adalah 6,28.

Arus bolak-balik adalah arus yang perubahan besar dan arahnya berulang secara periodik dalam selang waktu yang sama T.

Dalam bidang produksi, transmisi dan distribusi energi listrik, arus bolak-balik memiliki dua keunggulan utama dibandingkan arus searah:

1) kemampuan (menggunakan trafo) untuk menaikkan dan menurunkan tegangan secara sederhana dan ekonomis, hal ini penting untuk mentransmisikan energi dalam jarak jauh.

2) kesederhanaan perangkat motor listrik yang lebih besar, dan karenanya biayanya lebih rendah.

Nilai suatu besaran variabel (arus, tegangan, ggl) pada setiap waktu t disebut nilai sesaat dan dilambangkan dengan huruf kecil (arus i, tegangan u, ggl - e).

Nilai sesaat terbesar dari arus, tegangan, atau ggl yang berubah secara berkala disebut maksimum atau amplitudo nilai dan ditandai dengan huruf kapital dengan indeks “m” (I m, U m).

Periode waktu terpendek setelah nilai sesaat dari suatu besaran variabel (arus, tegangan, ggl) diulang dalam urutan yang sama disebut periode T, dan totalitas perubahan yang terjadi selama periode tersebut adalah siklus.

Kebalikan dari periode disebut frekuensi dan dilambangkan dengan huruf f.

Itu. frekuensi – jumlah periode per 1 detik.

Satuan frekuensi 1/detik - disebut hertz (Hz). Satuan frekuensi yang lebih besar adalah kilohertz (kHz) dan megahertz (MHz).

Memperoleh arus sinusoidal bolak-balik.

Dalam teknologi, arus dan tegangan bolak-balik diupayakan diperoleh menurut hukum periodik paling sederhana - sinusoidal. Karena sinusoida adalah satu-satunya fungsi periodik yang memiliki turunan serupa dengan dirinya sendiri, sehingga bentuk kurva tegangan dan arus di semua bagian rangkaian listrik adalah sama, sehingga sangat menyederhanakan perhitungan.

Untuk mendapatkan arus frekuensi industri, gunakan alternator yang pengoperasiannya didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik, yang menyatakan bahwa ketika suatu rangkaian tertutup bergerak dalam medan magnet, timbul arus di dalamnya.

Diagram rangkaian alternator sederhana

Generator arus bolak-balik berdaya tinggi, dirancang untuk tegangan 3–15 kV, dibuat dengan belitan stasioner pada stator mesin dan rotor elektromagnet yang berputar. Dengan desain ini, lebih mudah untuk mengisolasi kabel belitan tetap dengan andal dan lebih mudah untuk mengalihkan arus ke sirkuit eksternal.

Satu putaran rotor generator dua kutub sama dengan satu periode EMF bolak-balik yang diinduksi pada belitannya.

Jika rotor membuat n putaran per menit, maka frekuensi ggl induksi

.

Karena dalam hal ini kecepatan sudut generator
, maka ada hubungan antara frekuensi tersebut dan frekuensi yang diinduksi oleh EMF
.

Fase. Pergeseran fase.

Mari kita asumsikan bahwa generator mempunyai dua putaran identik pada jangkarnya, yang digeser dalam ruang. Ketika jangkar berputar, EMF dengan frekuensi yang sama dan amplitudo yang sama diinduksikan pada belitan, karena kumparan berputar dengan kecepatan yang sama dalam medan magnet yang sama. Namun akibat adanya pergeseran belokan dalam ruang, EMF tidak mencapai tanda amplitudo secara bersamaan.

Jika pada saat penghitungan waktu dimulai (t=0) belokan 1 terletak pada sudut relatif terhadap bidang netral
, dan belokan 2 berada pada sudut
. Kemudian EMF diinduksi pada putaran pertama:

dan yang kedua:

Pada saat hitung mundur:

Sudut listrik Dan nilai penentu ggl pada momen awal disebut fase awal.

Perbedaan fasa awal dua besaran sinusoidal yang frekuensinya sama disebut sudut fase .

Besaran yang nilai nolnya (setelah itu menjadi nilai positif) atau nilai amplitudo positif dicapai lebih awal dari yang lain dianggap maju dalam fase, dan yang kemudian mencapai nilai yang sama - tertinggal dalam fase.

Jika dua besaran sinusoidal secara bersamaan mencapai amplitudo dan nilai nol, maka besaran tersebut dikatakan besaran tersebut dalam fase . Jika sudut pergeseran fasa besaran sinusoidal adalah 180 0
, lalu mereka dikatakan berganti antifase.

Setiap insinyur yang kompeten harus dapat menjawab tanpa ragu-ragu berapa arus yang ada di stopkontak - konstan atau bolak-balik. Fisika di universitas teknik diberikan perhatian khusus! Tetapi sebagian besar warga negara biasa dapat menjalani seluruh hidup mereka dan tidak mengetahui hal ini. Dan sungguh sia-sia! Saat ini, ada pengetahuan minimum yang harus dimiliki oleh setiap orang terpelajar modern. Jenis arus apa yang ada di soket perlu Anda ketahui seperti halnya tabel perkalian.

Jenis-jenis arus listrik dalam kehidupan sehari-hari

Untuk memahami gambaran tersebut secara utuh, saya akan memberikan sedikit teori yang akan sangat berguna untuk diketahui. Arus listrik adalah pergerakan muatan listrik yang terarah. Hal ini dapat terjadi pada rangkaian listrik tertutup. Ada:

D.C atau DC - Arus Searah. Sebutan internasional (-).
Arus searah mengalir dalam satu arah, dan besarnya sedikit berubah seiring waktu. Contoh mencolok yang dapat Anda temukan di rumah atau apartemen adalah arus dari baterai atau akumulator listrik.

AC. sebutan atau AC - Arus Bolak-balik. Sebutan internasional (~).
Arus bolak-balik secara periodik berubah besar dan arahnya. Satu periode perubahan per detik adalah Hertz. Dengan demikian, frekuensi arus bolak-balik adalah jumlah siklus per detik. Di Rusia dan Eropa frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz, di AS - 60 Hz. Arus bolak-balik digunakan untuk mengoperasikan berbagai peralatan listrik.

Berapa arus di soket rumah tangga

Setelah memahami teorinya, mari kita langsung ke jawaban atas pertanyaan - berapakah arus di stopkontak - bolak-balik atau searah? Saya pikir Anda sudah menebaknya sendiri - tentu saja, arus bolak-balik. Tegangan operasi pada jaringan adalah 220-240 Volt. Kekuatan arus bolak-balik di apartemen biasa dibatasi hingga 16 A (Ampere), namun dalam beberapa kasus bisa mencapai hingga 25 A. Dari segi daya arus, batas standarnya adalah 3,5 kW.

Untuk peralatan listrik yang lebih bertenaga, digunakan jaringan tiga fasa dengan tegangan 380 Volt dan arus hingga 32A.

Dahulu kala, para ilmuwan menemukan arus listrik. Penemuan pertama adalah penemuan permanen. Namun kemudian, saat melakukan eksperimen di laboratoriumnya, Nikola Tesla menemukan arus bolak-balik. Ada banyak perbedaan di antara keduanya, yang salah satunya digunakan pada peralatan berarus rendah, dan yang lainnya memiliki kemampuan untuk menempuh berbagai jarak dengan kerugian kecil. Namun banyak hal bergantung pada besarnya arus.

Arus AC dan DC: perbedaan dan fitur

Perbedaan arus bolak-balik dan arus searah dapat dipahami berdasarkan definisinya. Untuk lebih memahami prinsip pengoperasian dan fiturnya, Anda perlu mengetahui faktor-faktor berikut.

Perbedaan utama:

• Pergerakan partikel bermuatan;
• Cara produksi.

Arus variabel adalah arus dimana partikel bermuatan mampu mengubah arah gerak dan besarnya dalam waktu tertentu. Parameter utama arus bolak-balik meliputi tegangan dan frekuensinya.

Saat ini jaringan listrik umum dan berbagai fasilitasnya menggunakan arus bolak-balik, dengan tegangan dan frekuensi tertentu. Parameter ini ditentukan oleh peralatan dan perangkat.

Memperhatikan! Pada jaringan listrik rumah tangga digunakan arus 220 Volt dan frekuensi clock 50 Hz.

Arah pergerakan dan frekuensi partikel bermuatan dalam arus searah tidak berubah. Arus ini digunakan untuk menyalakan berbagai perangkat rumah tangga, seperti televisi dan komputer.

Karena arus bolak-balik lebih sederhana dan lebih ekonomis dalam cara produksi dan transmisinya melalui berbagai jarak, maka arus bolak-balik menjadi dasar elektrifikasi benda. Arus bolak-balik dihasilkan di berbagai pembangkit listrik, yang kemudian disuplai ke konsumen melalui konduktor.

Arus searah diperoleh dengan mengubah arus bolak-balik atau melalui reaksi kimia (misalnya baterai alkaline). Untuk konversi, transformator arus digunakan.

Tingkat tegangan apa yang dapat diterima seseorang: fitur

Untuk mengetahui nilai arus listrik yang diperbolehkan bagi seseorang, telah disusun tabel yang sesuai yang menunjukkan nilai arus bolak-balik dan searah serta waktu.

Parameter paparan arus listrik:

• Kekuatan;
• Frekuensi;
• Waktu;
• Kelembaban relatif.

Tegangan dan arus sentuh yang diperbolehkan yang mengalir melalui tubuh manusia dalam berbagai mode instalasi listrik tidak melebihi nilai berikut.

Arus bolak-balik 50 Hz, sebaiknya tidak lebih dari 2,0 Volt dan arus 0,3 mA. Arus dengan frekuensi 400 Hz dengan tegangan 3,0 Volt dan kuat arus 0,4 mA. Arus searah dengan tegangan 8 dan arus 1 mA. Paparan arus yang aman dengan indikator tersebut hingga 10 menit.

Memperhatikan! Jika pekerjaan instalasi listrik dilakukan pada suhu tinggi dan kelembaban relatif tinggi, nilai ini berkurang tiga kali lipat.

Pada instalasi listrik bertegangan sampai dengan 100 Volt yang dibumikan kokoh atau diisolasi netralnya, arus sentuh yang aman adalah sebagai berikut.

Arus bolak-balik 50 Hz dengan rentang tegangan 550 hingga 20 Volt dan kuat arus 650 hingga 6 mA, arus bolak-balik 400 Hz dengan tegangan 650 hingga 36 Volt, dan arus searah 650 hingga 40 Volt, tidak boleh mempengaruhi manusia. tubuh dalam kisaran 0,01 hingga 1 detik.

Arus bolak-balik berbahaya bagi manusia

Arus listrik bolak-balik diyakini paling berbahaya bagi kehidupan manusia. Tapi ini disediakan, jika Anda tidak merinci. Banyak hal tergantung pada jumlah dan faktor yang berbeda.

Faktor-faktor yang mempengaruhi paparan berbahaya:

• Durasi kontak;
• Jalur arus listrik;
• Arus dan tegangan;
• Berapakah daya tahan tubuh?

Menurut aturan PUE, arus yang paling berbahaya bagi manusia adalah arus bolak-balik dengan frekuensi yang bervariasi antara 50 hingga 500 Hz.

Perlu dicatat bahwa, asalkan arusnya tidak melebihi 9 mA, maka siapa pun dapat melepaskan diri dari bagian aktif instalasi listrik.

Jika nilai tersebut terlampaui, maka untuk melepaskan diri dari pengaruh arus listrik, seseorang memerlukan pertolongan yang kuat. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa arus bolak-balik jauh lebih mampu merangsang ujung saraf dan menyebabkan kejang otot yang tidak disengaja.

Misalnya, saat Anda menyentuh bagian aktif perangkat dengan bagian dalam telapak tangan, kejang otot akan menyebabkan kepalan tangan mengepal lebih kuat seiring berjalannya waktu.

Mengapa arus bolak-balik lebih berbahaya? Pada nilai arus yang sama, arus bolak-balik mempunyai pengaruh beberapa kali lebih kuat pada tubuh.

Karena arus bolak-balik mempengaruhi ujung saraf dan otot, perlu dipahami bahwa hal ini juga mempengaruhi fungsi otot jantung. Oleh karena itu, jika terkena arus bolak-balik, risiko kematian meningkat.

Indikator penting adalah daya tahan tubuh manusia. Namun bila terkena arus bolak-balik dengan frekuensi tinggi, daya tahan tubuh berkurang secara signifikan.

Berapa besarnya arus searah yang berbahaya bagi manusia?

Arus searah juga bisa berbahaya bagi manusia. Tentu saja bervariasi, sepuluh kali lebih berbahaya. Tetapi jika kita mempertimbangkan arus dalam jumlah yang berbeda, maka arus searah bisa jauh lebih berbahaya daripada arus bolak-balik.

Dampak arus searah terhadap manusia dibagi menjadi:

• 1 ambang batas;
• 2 ambang batas;
• 3 ambang batas.

Saat terkena arus searah di ambang bulu (arusnya terlihat), tangan Anda mulai sedikit gemetar dan muncul sedikit sensasi kesemutan.

Ambang batas kedua (tidak melepaskan arus), berkisar antara 5 hingga 7 mA, adalah nilai terendah di mana seseorang tidak dapat melepaskan dirinya sendiri dari konduktor.

Arus ini dinilai tidak berbahaya, karena daya tahan tubuh manusia lebih tinggi dari nilainya.

Ambang batas ketiga (fibrilasi), dengan nilai 100 mA ke atas, arus mempunyai pengaruh yang kuat pada tubuh dan organ dalam. Dalam hal ini, arus pada nilai tersebut dapat menyebabkan kontraksi otot jantung yang kacau dan terhenti.

Kuatnya dampak juga dipengaruhi oleh faktor lain. Misalnya kulit manusia yang kering memiliki ketahanan 10 hingga 100 kOhm. Namun jika kontak terjadi dengan permukaan kulit yang basah, maka resistensinya berkurang secara signifikan.

Walaupun kita sehari-hari menggunakan peralatan listrik dalam kehidupan sehari-hari, namun tidak semua orang bisa menjawab perbedaan arus bolak-balik dan arus searah, padahal hal ini diajarkan dalam kurikulum sekolah. Oleh karena itu, masuk akal untuk mengingat kembali prinsip-prinsip dasar.

Definisi umum

Proses fisika dimana partikel bermuatan bergerak secara teratur (terarah) disebut arus listrik. Biasanya dibagi menjadi variabel dan konstan. Untuk yang pertama, arah dan besarnya tetap tidak berubah, tetapi untuk yang kedua, karakteristiknya berubah menurut pola tertentu.

Definisi di atas sangat disederhanakan, meskipun menjelaskan perbedaan antara arus searah dan arus bolak-balik. Untuk lebih memahami perbedaannya, perlu diberikan representasi grafis dari masing-masingnya, serta menjelaskan bagaimana gaya gerak listrik bolak-balik dihasilkan pada sumbernya. Untuk melakukan ini, mari kita beralih ke teknik elektro, atau lebih tepatnya landasan teoretisnya.

Sumber EMF

Sumber arus listrik apapun ada dua jenis:

• primer, dengan bantuan mereka, listrik dihasilkan dengan mengubah energi mekanik, matahari, panas, kimia atau lainnya menjadi energi listrik;
• sekunder, mereka tidak menghasilkan listrik, tetapi mengubahnya, misalnya dari variabel menjadi konstan atau sebaliknya.

Satu-satunya sumber utama arus listrik bolak-balik adalah generator; diagram sederhana dari alat tersebut ditunjukkan pada gambar.

Sebutan:

• 1 – arah putaran;
• 2 – magnet dengan kutub S dan N;
• 3 – medan magnet;
• 4 – rangka kawat;
• 5 – EMF;
• 6 – kontak dering;
• 7 – pengumpul arus.

Prinsip operasi

Energi mekanik diubah oleh generator seperti terlihat pada gambar menjadi energi listrik sebagai berikut:

Karena fenomena seperti induksi elektromagnetik, ketika bingkai “4” diputar, ditempatkan di medan magnet “3” (yang timbul di antara kutub-kutub magnet “2”) yang berbeda, ggl “5” terbentuk di dalamnya. Tegangan disuplai ke jaringan melalui pengumpul arus “7” dari kontak cincin “6”, ke mana bingkai “4” terhubung.

Video: arus searah dan bolak-balik - perbedaan

Adapun besarnya EMF tergantung pada kecepatan perpotongan saluran listrik “3” dengan rangka “4”. Karena karakteristik medan elektromagnetik, kecepatan penyeberangan minimum, dan oleh karena itu nilai gaya gerak listrik terendah, akan terjadi pada saat bingkai berada dalam posisi vertikal, dan maksimum - dalam posisi horizontal.

Dengan memperhatikan hal-hal di atas, maka dalam proses rotasi seragam timbul ggl yang sifat-sifat besar dan arahnya berubah dengan periode tertentu.

Gambar grafis

Berkat penggunaan metode grafis, dimungkinkan untuk memperoleh representasi visual dari perubahan dinamis dalam berbagai besaran. Di bawah ini adalah grafik perubahan tegangan dari waktu ke waktu untuk sel galvanik 3336L (4,5 V).

Seperti yang Anda lihat, grafiknya berupa garis lurus, artinya tegangan sumber tidak berubah.

Sekarang kita sajikan grafik dinamika perubahan tegangan selama satu siklus (putaran penuh rangka) generator.

Untuk lebih jelasnya, kami akan menunjukkan posisi awal frame di generator, sesuai dengan titik awal laporan pada grafik (0°)

Sebutan:

• 1 – kutub magnet S dan N;
• 2 – bingkai;
• 3 – arah putaran bingkai;
• 4 – medan magnet.

Sekarang mari kita lihat bagaimana EMF berubah selama satu siklus rotasi frame. Pada posisi awal, EMF akan menjadi nol. Selama proses rotasi, nilai ini akan mulai meningkat secara bertahap, mencapai maksimum pada saat bingkai berada pada sudut 90°. Rotasi lebih lanjut dari bingkai akan menyebabkan penurunan EMF, mencapai minimum pada saat rotasi sebesar 180°.

Melanjutkan prosesnya, Anda dapat melihat bagaimana gaya gerak listrik berubah arah. Sifat perubahan EMF yang berubah arah akan sama. Yaitu, ia akan mulai meningkat dengan lancar, mencapai puncaknya pada titik yang berhubungan dengan rotasi 270°, setelah itu akan menurun hingga frame menyelesaikan siklus rotasi penuh (360°).

Jika grafik dilanjutkan selama beberapa siklus rotasi, kita akan melihat karakteristik sinusoidal arus bolak-balik. Periodenya akan sesuai dengan satu putaran bingkai, dan amplitudonya akan sesuai dengan nilai EMF maksimum (maju dan mundur).

Sekarang mari kita beralih ke karakteristik penting lainnya dari arus listrik bolak-balik - frekuensi. Huruf Latin “f” digunakan untuk menyatakannya, dan satuan ukurannya adalah hertz (Hz). Parameter ini menampilkan jumlah siklus lengkap (periode) perubahan EMF dalam satu detik.

Frekuensi ditentukan dengan rumus: . Parameter “T” menampilkan waktu satu siklus (periode) lengkap, diukur dalam detik. Oleh karena itu, dengan mengetahui frekuensinya, mudah untuk menentukan waktu suatu periode. Misalnya dalam kehidupan sehari-hari digunakan arus listrik dengan frekuensi 50 Hz, sehingga waktu periodenya adalah dua per seratus detik (1/50 = 0,02).

Generator tiga fase

Perhatikan bahwa cara paling hemat biaya untuk memperoleh arus bolak-balik adalah dengan menggunakan generator tiga fase. Diagram sederhana dari desainnya ditunjukkan pada gambar.

Seperti yang Anda lihat, generator menggunakan tiga kumparan, ditempatkan dengan offset 120°, dihubungkan satu sama lain dengan segitiga (dalam praktiknya, sambungan belitan generator seperti itu tidak digunakan karena efisiensinya rendah). Ketika salah satu kutub magnet melewati kumparan, ggl diinduksi di dalamnya.

Apa penyebab beragamnya arus listrik?

Banyak yang mungkin memiliki pertanyaan yang beralasan - mengapa menggunakan arus listrik yang begitu beragam jika Anda dapat memilih salah satu dan menjadikannya standar? Masalahnya adalah tidak semua jenis arus listrik cocok untuk menyelesaikan masalah tertentu.

Sebagai contoh, kami memberikan kondisi di mana penggunaan tegangan konstan tidak hanya tidak menguntungkan, tetapi terkadang tidak mungkin:

• tugas mentransmisikan tegangan jarak jauh lebih mudah diterapkan untuk tegangan bolak-balik;
• hampir tidak mungkin untuk mengubah arus listrik searah untuk rangkaian listrik heterogen yang tingkat konsumsinya tidak pasti;
• mempertahankan level tegangan yang diperlukan dalam rangkaian arus searah jauh lebih sulit dan mahal daripada arus bolak-balik;
• motor untuk tegangan bolak-balik secara struktural lebih sederhana dan lebih murah dibandingkan untuk tegangan searah. Pada titik ini, perlu dicatat bahwa motor tersebut (asinkron) memiliki arus start tingkat tinggi, yang tidak memungkinkannya digunakan untuk menyelesaikan masalah tertentu.

Sekarang kami memberikan contoh soal yang lebih tepat menggunakan tegangan konstan:

• Untuk mengubah kecepatan putaran motor asinkron, Anda perlu mengubah frekuensi jaringan catu daya, yang memerlukan peralatan yang rumit. Untuk motor yang berjalan dengan arus searah, cukup dengan mengubah tegangan suplai. Itu sebabnya mereka dipasang di kendaraan listrik;
• catu daya sirkuit elektronik, peralatan galvanik dan banyak perangkat lainnya juga dilakukan dengan arus listrik searah;
• Tegangan DC jauh lebih aman bagi manusia dibandingkan tegangan bolak-balik.

Berdasarkan contoh di atas, terdapat kebutuhan untuk menggunakan berbagai jenis tegangan.