Isi:

Perdebatan telah berlangsung selama beberapa dekade mengenai jenis arus mana yang lebih berbahaya - bolak-balik atau langsung. Beberapa berpendapat bahwa tegangan terkoreksilah yang menimbulkan ancaman terbesar, sementara yang lain dengan tulus yakin bahwa sinusoida arus bolak-balik, yang amplitudonya bertepatan dengan detak jantung manusia, menghentikannya. Tapi, seperti yang selalu terjadi dalam hidup, ada banyak sekali pendapat. Oleh karena itu, ada baiknya melihat masalah ini dari sudut pandang ilmiah semata. Namun ada baiknya melakukan ini dalam bahasa yang dapat dimengerti bahkan oleh orang bodoh, karena... Tidak semua orang mempunyai pendidikan teknik elektro. Pada saat yang sama, semua orang mungkin ingin mengetahui asal mula arus searah dan arus bolak-balik.

Di mana Anda harus memulai? Ya, mungkin dari definisi - apa itu listrik, mengapa disebut variabel atau konstan, jenis mana yang lebih berbahaya dan mengapa.

Kebanyakan orang tahu bahwa arus searah dapat diperoleh dari berbagai unit atau baterai, dan arus bolak-balik disuplai ke apartemen dan bangunan melalui jaringan listrik dan berkat itu mereka berfungsi. peralatan listrik rumah tangga dan pencahayaan. Tetapi hanya sedikit orang yang memikirkan mengapa satu tegangan memungkinkan Anda mendapatkan tegangan lain dan mengapa itu diperlukan.

Masuk akal untuk menjawab semua pertanyaan yang muncul.

Apa itu arus listrik?

Arus listrik adalah besaran konstan atau variabel yang timbul dari gerakan terarah atau teratur yang diciptakan oleh partikel bermuatan - dalam logam adalah elektron, dalam elektrolit - ion, dan dalam gas - keduanya. Dengan kata lain, mereka mengatakan demikian arus listrik“mengalir” melalui kabel.

Beberapa orang secara keliru percaya bahwa setiap elektron bermuatan bergerak sepanjang konduktor dari sumber ke konsumen. Ini salah. Ia hanya mentransfer muatan ke elektron tetangga, tetap di tempatnya. Itu. pergerakannya kacau, tapi mikroskopis. Nah, muatan itu sendiri, yang bergerak sepanjang konduktor, mencapai konsumen.

Arus listrik mempunyai parameter pengukuran seperti: tegangan, yaitu tegangan. nilainya diukur dalam volt (V) dan arus diukur dalam ampere (A). Yang sangat penting dalam transformasi, yaitu. mengurangi atau menambah penggunaan perangkat khusus, suatu besaran mempengaruhi besaran lain dengan perbandingan berbanding terbalik. Artinya dengan menurunkan tegangan menggunakan trafo konvensional akan terjadi peningkatan arus dan sebaliknya.

Arus DC dan AC

Hal pertama yang harus dipahami adalah perbedaan arus searah dan arus bolak-balik. Intinya adalah itu AC tidak hanya lebih mudah diperoleh, meskipun ini juga penting. Karakteristiknya memungkinkan transmisi jarak jauh melalui konduktor dengan kerugian minimal, terutama pada tegangan lebih tinggi dan daya lebih rendah. Itu sebabnya saluran listrik antar kota bertegangan tinggi. Dan sudah masuk daerah berpenduduk arus diubah menjadi lebih banyak tegangan rendah.

Tetapi arus searah sangat mudah diperoleh dari arus bolak-balik, yang menggunakan dioda multiarah (disebut jembatan dioda). Faktanya adalah bahwa arus bolak-balik (AC), atau lebih tepatnya frekuensi osilasinya, adalah sinusoidal, yang melewati penyearah, kehilangan sebagian osilasi. Dengan demikian, keluarannya menghasilkan tegangan konstan (AC) yang tidak memiliki frekuensi.

Masuk akal untuk menentukan bagaimana perbedaannya.

Perbedaan saat ini

Tentu saja, perbedaan utama antara AC dan DC adalah kemampuannya untuk mentransfer DC interlokal. Pada saat yang sama, jika Anda mentransfer arus searah dengan cara yang sama, tidak akan ada yang tersisa. Karena perbedaan potensial, maka dikonsumsi. Perlu juga dicatat bahwa sangat sulit untuk mengonversi ke variabel saat berada di dalam urutan terbalik tindakan seperti itu cukup mudah dilakukan.

Jauh lebih ekonomis untuk mengubah listrik menjadi energi mekanik dengan menggunakan motor AC, meskipun ada area di mana hanya mekanisme arus searah yang dapat digunakan.

Dan yang terakhir, bagaimanapun juga, arus bolak-balik lebih aman bagi manusia. Karena alasan inilah semua perangkat yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan ditenagai oleh DC berarus rendah. Namun tidak mungkin untuk sepenuhnya meninggalkan penggunaan obat yang lebih berbahaya demi penggunaan obat lain, justru karena alasan yang disebutkan di atas.

Semua hal di atas mengarah pada jawaban umum atas pertanyaan tentang bagaimana arus bolak-balik berbeda dari arus searah - ini adalah karakteristik yang mempengaruhi pilihan sumber daya tertentu di area tertentu.

Transmisi arus jarak jauh

Beberapa orang mempunyai pertanyaan yang jawaban dangkalnya telah diberikan di atas: mengapa begitu banyak energi yang masuk melalui saluran listrik? tegangan tinggi? Jika Anda tidak mengetahui semua seluk-beluk teknik elektro, maka Anda setuju dengan pertanyaan ini. Memang jika tegangan 380 V disalurkan melalui saluran listrik, maka tidak perlu memasang gardu trafo yang mahal. Dan Anda tidak perlu mengeluarkan uang untuk pemeliharaannya, bukan? Ternyata tidak.

Faktanya adalah bahwa penampang konduktor yang dilalui listrik hanya bergantung pada kekuatan arus dan konsumsi dayanya, dan tegangan tetap terpisah sepenuhnya dari ini. Artinya dengan arus 2 A dan tegangan 25.000 V dapat menggunakan kabel yang sama seperti untuk 220 V dengan 2 A yang sama.

Di sini perlu untuk kembali ke hukum proporsionalitas terbalik - selama transformasi saat ini, yaitu. Ketika tegangan meningkat, arus berkurang dan sebaliknya. Dengan demikian, arus tegangan tinggi dikirim ke gardu transformator melalui kabel yang lebih tipis, yang menjamin kerugian transmisi yang lebih rendah.

Fitur Pemindahan

Justru pada kerugian-kerugian itulah terletak jawaban atas pertanyaan mengapa tidak mungkin mengalirkan arus searah jarak jauh. Jika kita melihat DC dari sudut ini, maka karena itulah setelah jarak pendek tidak akan ada listrik yang tersisa di penghantar. Namun hal utama di sini bukanlah kehilangan energi, melainkan penyebab langsungnya, yang sekali lagi terletak pada salah satu karakteristik AC dan DC.

Faktanya adalah frekuensi arus bolak-balik adalah jaringan listrik penggunaan umum di Rusia - 50 Hz (hertz). Artinya amplitudo osilasi muatan antara positif dan negatif adalah 50 perubahan per detik. Berbicara dalam bahasa yang sederhana, setiap 1/50 detik. muatan mengubah polaritasnya, ini adalah perbedaan antara arus searah - praktis atau tidak ada osilasi di dalamnya. Karena alasan inilah DC dikonsumsi dengan sendirinya saat mengalir melalui konduktor yang panjang. Omong-omong, frekuensi osilasi, misalnya, di AS berbeda dengan di Rusia dan berjumlah 60 Hz.

Menghasilkan

Pertanyaan yang sangat menarik adalah bagaimana arus searah dan arus bolak-balik dihasilkan. Tentu saja, dimungkinkan untuk memproduksi satu atau yang lain, tetapi di sini timbul masalah ukuran dan biaya. Intinya kalau kita ambil contoh mobil biasa, karena akan lebih mudah untuk memasang generator DC di atasnya, tidak termasuk jembatan dioda dari rangkaian. Tapi inilah masalahnya.

Jika Anda menghapus dari generator mobil Tampaknya penyearah juga harus mengecil volumenya, tetapi hal ini tidak akan terjadi. Dan alasannya adalah dimensi generator DC. Selain itu, biayanya akan meningkat secara signifikan, itulah sebabnya mereka menggunakannya generator variabel.

Jadi ternyata menghasilkan DC jauh lebih menguntungkan dibandingkan AC, dan terdapat bukti nyata mengenai hal ini.

Dua penemu hebat sekaligus memulai apa yang disebut “perang arus”, yang baru berakhir pada tahun 2007. Dan penentangnya adalah Nikola Tesla bersama dengan George Westinghouse, pendukung setia tegangan bolak-balik, dan Thomas Edison, yang mendukung penggunaan arus searah di mana-mana. Jadi, pada tahun 2007, kota New York sepenuhnya berada di pihak Tesla, dengan demikian menandai kemenangannya. Ada baiknya membahas lebih detail tentang hal ini.

Cerita

Perusahaan Thomas Edison, yang disebut Edison Electric Light, didirikan pada akhir tahun 70-an abad ke-19. Kemudian, pada saat lilin menyala, lampu minyak tanah dan penerangan gas, lampu pijar produksi Edison mampu beroperasi terus menerus selama 12 jam. Meskipun saat ini hal ini mungkin terlihat sangat kecil, namun hal ini merupakan sebuah terobosan nyata. Namun sudah pada tahun 1880-an, perusahaan tidak hanya mampu mematenkan produksi dan transmisi arus searah melalui sistem tiga kabel (ini adalah "nol", "+110 V" dan "-110 V"), tetapi juga untuk memperkenalkan lampu pijar dengan sumber daya 1200 jam .

Saat itulah lahir ungkapan Thomas Edison, yang kemudian dikenal di seluruh dunia - “Kami akan membuat penerangan listrik sangat murah sehingga hanya orang kaya yang mau menyalakan lilin.”

Nah, pada tahun 1887, lebih dari 100 pembangkit listrik berhasil beroperasi di Amerika Serikat, yang menghasilkan arus searah dan menggunakan sistem tiga kabel untuk transmisi, yang digunakan untuk setidaknya sedikit mengurangi kehilangan listrik.

Namun ilmuwan di bidang fisika dan matematika, George Westinghouse, setelah membaca paten Edison, menemukan satu detail yang sangat tidak menyenangkan - hilangnya energi dalam jumlah besar selama transmisi. Pada saat itu, sudah ada generator arus bolak-balik yang kurang populer karena peralatan yang beroperasi dengan energi tersebut. Saat itu, insinyur berbakat Nikola Tesla masih bekerja untuk Edison di perusahaan tersebut, namun suatu hari, ketika kenaikan gajinya sekali lagi ditolak, Tesla tidak tahan dan bekerja di pesaingnya, yaitu Westinghouse. Di tempat baru, Nikola (tahun 1988) menciptakan meteran listrik pertama.

Sejak saat inilah “perang arus” dimulai.

Kesimpulan

Mari kita coba merangkum informasi yang disajikan. Saat ini tidak mungkin membayangkan penggunaan (baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri) satu jenis listrik apa pun - baik arus searah maupun arus bolak-balik ada hampir di mana-mana. Lagi pula, di suatu tempat diperlukan yang permanen, tetapi transfernya ke jarak jauh tidak mungkin, tetapi di suatu tempat bervariasi.

Tentu saja AC sudah terbukti jauh lebih aman, tapi bagaimana dengan perangkat yang membantu menghemat energi berkali-kali lipat, padahal hanya bisa bekerja pada DC?

Karena alasan inilah arus kini “hidup berdampingan secara damai” dalam kehidupan kita, setelah mengakhiri “perang” yang berlangsung lebih dari 100 tahun. Satu-satunya hal yang tidak boleh dilupakan adalah bahwa tidak peduli seberapa amannya dibandingkan yang lain (tegangan konstan atau bolak-balik tidak penting), hal ini dapat menyebabkan kerusakan besar pada tubuh, bahkan kematian.

Dan itulah mengapa ketika bekerja dengan tegangan, semua standar dan peraturan keselamatan harus dipatuhi dengan cermat dan jangan lupa tentang kehati-hatian dan akurasi. Bagaimanapun, seperti yang dikatakan Nikola Tesla, listrik tidak perlu ditakuti, melainkan harus dihormati.

Berbicara tentang DC(lihat bagian “Tentang arus”), kami menemukan bahwa arus mengalir dalam satu arah - dari sumber plus ke minus (ini diterima, meskipun kenyataannya sebaliknya). Namun, dalam banyak kasus, Anda harus berurusan dengan arus bolak-balik. Dengan arus bolak-balik, elektron tidak bergerak dalam satu arah, tetapi bergantian dalam satu arah atau lainnya, mengubah arahnya. Jadi kapan lampu penerangan dihidupkan, elektron dalam filamen yang dipanaskan (dan juga di kabel) bergerak ke satu arah atau yang lain. Gerakan ini secara konvensional ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Cobalah berlari ke satu arah atau yang lain. Tidak sulit untuk menebak bahwa dengan gerakan seperti itu, sebelum mengubah arah gerakan, Anda harus memperlambatnya terlebih dahulu, kemudian membeku di tempatnya, dan baru kemudian bergegas ke arah lain. Apa hubungannya dengan arus? Sebelum mengubah gerakannya, elektron harus melambat (kami menganggap semua ini dalam gerakan lambat). Ini berarti arus akan berkurang, dan lampu akan mengurangi kecerahannya. Dan ketika mereka berhenti sebelum perubahan gerakan, maka gerakan itu harus padam sepenuhnya. Tapi kami tidak melihat ini. Mengapa? Karena filamen yang dipanaskan bersifat inert secara termal dan tidak dapat mendingin dalam hitungan detik. Itu sebabnya kita tidak melihat kedipan. Namun, kita masing-masing pernah mendengar dengungan trafo yang sedang bekerja, yang berhubungan dengan arah pergerakan arus bolak-balik.

Sekarang hal ini layak untuk dipikirkan. Apakah ini berarti bahwa dalam sepersekian detik elektron dari pembangkit listrik berpindah ke rumah, dan dalam sepersekian detik berikutnya elektron tersebut berpindah kembali? Sebelumnya, pada bagian “Tentang Arus”, kita menemukan bahwa medan listrik dalam konduktor merambat dengan kecepatan 300.000 km/s, dan elektron itu sendiri bergerak dalam konduktor dengan kecepatan kira-kira 0,1 mm/s. Namun dalam 1/100 detik (berarti lamanya satu setengah siklus, yang mana elektron bergerak dalam satu arah), elektron hanya punya waktu untuk bergerak dalam satu arah sebelum medan listrik mulai bekerja dalam arah yang berlawanan. Itulah sebabnya elektron dibelokkan ke satu arah atau yang lain dan tidak meninggalkan batas rumah kita. Artinya, Anda memiliki elektron “rumah” sendiri di rumah (apartemen) Anda. Jika kita dapat memperlambat waktu dan menyambungkan voltmeter yang sejajar dengan beban, yaitu lampu (Gbr. 3) atau ammeter yang dirangkai seri melalui beban (Gbr. 4), maka kita akan melihat bagaimana panah perangkat dengan lancar mengubah pembacaannya dari nol ke nilai maksimum saat mengukur tegangan (Gbr. 3) atau arus (Gbr. 4). Hal ini ditunjukkan pada gambar di sebelahnya. Pada kenyataannya, tentu saja kita tidak akan melihat hal ini. Alasannya adalah kelembaman jarum, sehingga tidak dapat menghasilkan seratus per detik. Omong-omong, pada Gambar 3 dan Gambar 4 terdapat penjelasan Gambar 5, di mana Anda pasti dapat melihat tanpa banyak usaha bagaimana voltmeter dan ammeter dihubungkan saat mengukur tegangan dan arus dalam rangkaian listrik. Dimana voltmeternya dan dimana ammeternya, saya rasa Anda bisa dengan mudah menebaknya. Dalam diagram mereka masing-masing ditunjuk sebagai V dan A.

Jadi hal pertama yang perlu Anda ketahui adalah bahwa perubahan arus dan tegangan pada suatu rangkaian listrik terjadi menurut hukum sinusoidal. Kedua, setiap osilasi sinusoidal (arus atau tegangan) dicirikan oleh besaran-besaran penting berikut:

Periode T- waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu osilasi penuh. Setengah dari waktu ini disebut setengah siklus. Jelas bahwa dalam satu setengah siklus arus mengalir (atau, seperti yang kami katakan, elektron bergerak) dalam satu arah, yang secara konvensional dapat kita anggap positif, dan pada setengah siklus lainnya arus mengalir ke arah yang berbeda, yaitu kita dapat dianggap negatif. Pada grafik, setengah siklus positif akan diwakili oleh setengah gelombang atas di atas sumbu X, dan setengah siklus negatif oleh yang lebih rendah. Berbicara tentang jaringan kita, kita dapat menunjukkan bahwa periode arus bolak-balik T = 1/50 detik - 0,02 detik.

Frekuensi f adalah jumlah getaran per detik. Sekarang mari kita berhitung. Jika terjadi satu osilasi selama periode T yaitu 0,02 detik, maka dalam satu detik akan terjadi 50 osilasi (1/0,02 = 50). Dan satu osilasi mewakili pergerakan elektron, pertama dalam satu arah, lalu ke arah lain (dua setengah siklus). Itu. dalam 1 detik elektron akan bergerak bergantian ke satu arah atau ke arah lain sebanyak 50 kali. Berikut adalah frekuensi kita saat ini di jaringan, yaitu 50Hz (Hertz).

Amplitudo- nilai arus (Imax) atau tegangan terbesar (Umax = 310V) selama periode T. Tentunya dalam satu periode arus sinusoidal dan tegangan mencapai dua kali nilai maksimumnya.

Nilai sesaat - kita telah mengetahui bahwa arus bolak-balik terus menerus berubah arah dan besarnya. Nilai tegangan masuk saat ini ditelepon nilai sesaat voltase. Hal yang sama berlaku untuk nilai saat ini.

Sebagai ilustrasi, Gambar 6 menunjukkan beberapa nilai sesaat (200V, 300V, 310V, - 150V, - 310V, - 100V) dari tegangan pada rangkaian listrik selama satu periode. Terlihat pada saat awal tegangannya nol, setelah itu berangsur-angsur meningkat menjadi 100V, 200V, dan seterusnya. Setelah mencapai nilai maksimum 310V, tegangan mulai turun secara bertahap ke nol, setelah itu berubah arah dan meningkat lagi, mencapai nilai minus 310V (- 310V), dst. Jika seseorang kesulitan membayangkan apa itu perubahan arah, mereka dapat membayangkan bahwa plus dan minus pada soketnya tertukar - mis. jika kita secara konvensional menganggap nol (tanah) sebagai minus, dan fase sebagai plus. Dan ini terjadi 50 kali per detik. Nah, sesuatu seperti ini...

Nilai efektif

Jadi, mari kita bertanya pada diri sendiri pertanyaan - tegangan konstan berapa yang pengaruhnya sama dengan tegangan bolak-balik kita di jaringan, yang ditunjukkan pada Gambar 6? Teori dan praktek menunjukkan bahwa itu sama dengan tegangan konstan 220V - Gambar 7. Menganggap hal ini tidak begitu sulit, karena mudah untuk melihat bahwa tegangan yang dipertimbangkan selama satu periode memiliki nilai 310V hanya pada dua momen, dan pada waktu lainnya lebih kecil. Sejak kita tegangan sinusoidal berubah terus menerus, disarankan untuk memperkenalkan konsep seperti -tegangan efektif . Lagi pula, berdasarkan nilai tegangan (atau arus) tertentu, dan bukan berdasarkan perubahan nilainya, kita dapat “memperkirakan” kekuatannya. Jadi, Yang kami maksud dengan nilai efektif arus bolak-balik (atau tegangan) adalah arus searah yang, dalam waktu yang sama, melakukan kerja yang sama (atau melepaskan jumlah panas yang sama) seperti arus bolak-balik tertentu.

Oleh karena itu, bola lampu biasa kita (atau, misalnya, alat pemanas) akan bekerja sama baik pada tegangan bolak-balik, bervariasi dari nol hingga 310V, dan pada tegangan konstan 220V. Bola lampu 12 volt akan bersinar secara merata baik dari sumber tegangan bolak-balik 12V (berubah dari nol menjadi 16,8V) dan dari baterai atau akumulator apa pun (dan, seperti yang Anda ketahui, keduanya merupakan sumber tegangan searah).

Jadi, ingat!!!

Arus (tegangan) listrik yang secara periodik berubah arah dan besarnya disebut arus bolak-balik. Setiap arus bolak-balik dicirikan terutama oleh frekuensi, amplitudo dan nilai efektifnya;

Instrumen yang dirancang untuk mengukur arus bolak-balik menunjukkan nilai efektifnya;

Tegangan diukur dengan voltmeter (atau instrumen gabungan - avometer), arus - dengan ammeter (atau instrumen gabungan - avometer). Arus juga dapat diukur dengan apa yang disebut klem saat ini . Mereka melayani untuk pengukuran non-kontak saat ini - bagian kerja perangkat membentuk cincin di sekitar kawat yang diukur dan ukurannya medan elektromagnetik, yang bekerja pada bagian kerja perangkat, informasi ditampilkan pada layar kecilnya tentang jumlah arus yang mengalir. Avometer adalah perangkat gabungan (pada orang awam disebut juga tester), yang dalam lembar data teknisnya disebut ampere-volt-ohmmeter dan digunakan untuk mengukur arus, tegangan, dan hambatan. A model digital mereka dapat mengukur frekuensi tegangan (arus), dan kapasitansi kapasitor dan hal-hal lain - beginilah cara pengembang merencanakannya;

Mengetahui nilai (efektif) tegangan bolak-balik, Anda selalu dapat mengetahuinya nilai maksimum(jangan lupa - ini berubah menurut hukum sinusoidal). Dan hubungannya di sini seperti ini -Umaks = 1,4U, dimana U adalah nilai efektif, dan Umax adalah nilai maksimum (amplitudo).

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, ini miliki 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 ditunjuk huruf kecil(arus i, tegangan u, emf – 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 mempunyai turunan serupa dengan dirinya sendiri, sehingga bentuk kurva tegangan dan arus pada semua bagian rangkaian listrik adalah sama, sehingga sangat menyederhanakan perhitungan.

Untuk mendapatkan arus frekuensi industri melayani 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 .

Nilai yang mana nilai nol(setelah itu mengambil 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.

Arus listrik- Ini adalah pergerakan partikel bermuatan yang terarah atau teratur: elektron dalam logam, ion dalam elektrolit, dan elektron serta ion dalam gas. Arus listrik dapat bersifat searah atau bolak-balik.

Pengertian arus listrik searah, sumbernya

D.C(DC, dalam bahasa Inggris Direct Current) adalah arus listrik yang sifat dan arahnya tidak berubah seiring waktu. Arus dan tegangan searah ditunjukkan dalam bentuk garis pendek horizontal atau dua garis paralel, salah satunya garis putus-putus.

Arus searah digunakan di mobil dan di rumah, dalam jumlah banyak perangkat elektronik: laptop, komputer, TV, dll. Arus listrik terukur dari stopkontak diubah menjadi arus searah menggunakan catu daya atau trafo tegangan dengan penyearah.

Perkakas, perangkat, atau perangkat listrik apa pun yang ditenagai oleh baterai juga merupakan konsumen arus searah, karena baterai atau akumulator secara eksklusif merupakan sumber arus searah, yang jika perlu diubah menjadi arus bolak-balik menggunakan konverter khusus (inverter).

Prinsip kerja arus bolak-balik

AC(AC dalam bahasa Inggris Alternating Current) adalah arus listrik yang besar dan arahnya berubah-ubah seiring waktu. Pada peralatan listrik, secara konvensional ditandai dengan segmen gelombang sinus “~”.
Kadang-kadang, setelah sinusoidal, karakteristik arus bolak-balik dapat ditunjukkan - frekuensi, tegangan, jumlah fase.

Arus bolak-balik dapat berupa satu fasa atau tiga fasa, yang nilai arus dan tegangan sesaatnya bervariasi menurut hukum harmonik.

Fitur Utama arus bolak-balik - nilai dan frekuensi tegangan efektif.

Harap diperhatikan, seperti pada grafik kiri untuk arus satu fasa arah dan besarnya tegangan berubah dengan transisi ke nol selama periode waktu T, dan pada grafik kedua untuk arus tiga fasa ada offset ketiga sinusoidal sebesar sepertiga periode. Pada grafik sebelah kanan, fase 1 ditandai dengan huruf “a”, dan fase kedua dengan huruf “b”. Diketahui bahwa stopkontak rumah memiliki tegangan 220 volt. Tapi hanya sedikit orang yang tahu apa itu nilai yang valid tegangan bolak-balik, tetapi amplitudo atau nilai maksimumnya akan lebih besar pada akar dua, yaitu sama dengan 311 Volt.

Jadi, jika untuk arus searah besaran dan arah tegangannya tidak berubah terhadap waktu, maka untuk arus bolak-balik arus-tegangan besar dan arahnya terus berubah (grafik di bawah nol adalah arah yang berlawanan).

Jadi kami datang dengan konsep frekuensi adalah perbandingan jumlah siklus lengkap (periode) dengan satuan waktu perubahan arus listrik secara periodik. Diukur dalam Hertz. Di sini dan di Eropa frekuensinya 50 Hertz, di AS 60 Hz.

Apa yang dimaksud dengan frekuensi 50 Hertz? Artinya arus bolak-balik kita berubah arah ke arah sebaliknya dan ke belakang (segmen T- pada grafik) 50 kali per detik!

Sumber AC adalah semua stopkontak yang ada di rumah dan segala sesuatu yang dihubungkan langsung dengan kabel atau kabel ke panel listrik. Banyak orang bertanya: mengapa tidak ada arus searah di stopkontak? Jawabannya sederhana. Dalam jaringan AC mudah dan dengan kerugian minimal nilai tegangan diubah ke level yang diperlukan menggunakan transformator dalam volume berapa pun. Tegangannya harus dinaikkan agar mampu menyalurkan listrik jarak jauh dengan rugi-rugi yang minimal dalam skala industri.
Dari pembangkit listrik, dimana terdapat genset listrik yang kuat, keluar tegangan 330.000-220.000, kemudian di dekat rumah kami di gardu trafo diubah dari nilai 10.000 Volt menjadi tegangan tiga fasa 380 Volt yang masuk gedung apartemen, tetapi tegangan satu fasa masuk ke apartemen kami, karena tegangan antara keduanya adalah 220 V, dan antara fasa yang berlawanan pada panel listrik adalah 380 Volt.

Dan keuntungan penting lainnya dari tegangan bolak-balik adalah motor AC asinkron secara struktural lebih sederhana dan beroperasi lebih andal dibandingkan motor DC.

Cara membuat arus bolak-balik menjadi konstan

Untuk konsumen yang beroperasi pada arus searah, arus bolak-balik diubah menggunakan penyearah.

Konverter DC ke AC

Jika tidak ada kesulitan dalam mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah, maka dengan konversi terbalik semuanya jauh lebih rumit. Di rumah untuk ini inverter digunakan- Ini adalah generator tegangan periodik dari tegangan konstan, bentuknya mendekati sinusoidal.

Apa perbedaan arus AC dan DC

Konsep umum arus listrik dapat dinyatakan sebagai pergerakan berbagai partikel bermuatan (elektron, ion) dalam arah tertentu. Dan nilainya dapat ditandai dengan banyaknya partikel bermuatan yang melewati penghantar dalam jangka waktu tertentu.

Jika partikel bermuatan sebesar 1 coulomb melewati penampang konduktor tertentu dalam waktu 1 detik, maka kita dapat membicarakan kuat arus sebesar 1 ampere yang mengalir melalui konduktor tersebut. Ini menentukan jumlah ampere atau arus. Ini konsep umum saat ini Sekarang mari kita lihat konsep arus bolak-balik dan arus searah serta perbedaannya.

Arus listrik searah menurut definisinya adalah arus yang mengalir hanya dalam satu arah dan tidak berubah seiring waktu. Arus bolak-balik dicirikan oleh fakta bahwa ia mengubah arah dan besarnya seiring waktu. Jika arus searah secara grafis ditampilkan sebagai garis lurus, maka arus bolak-balik mengalir melalui penghantar menurut hukum sinus dan ditampilkan secara grafis sebagai gelombang sinus.

Karena arus bolak-balik berubah menurut hukum sinusoidal, ia memiliki parameter seperti periode siklus penuh, yang waktunya dilambangkan dengan huruf T. Frekuensi arus bolak-balik adalah kebalikan dari periode satu siklus penuh. Frekuensi arus bolak-balik dinyatakan dengan banyaknya periode lengkap dalam selang waktu tertentu (1 sekon).

Ada 50 periode seperti itu di jaringan listrik AC kami, yang setara dengan frekuensi 50 Hz. F = 1/T, dimana periode 50 Hz adalah 0,02 sekon. F =1/0,02 = 50Hz. Ditunjukkan dengan arus bolak-balik dalam huruf bahasa Inggris AC dan tanda "~". Arus searah disebut DC dan memiliki simbol “-”. Selain itu, arus bolak-balik dapat berupa satu fasa atau multifasa. Jaringan tiga fase terutama digunakan.

Mengapa ada tegangan bolak-balik di jaringan dan tidak konstan?

Arus bolak-balik memiliki banyak keunggulan dibandingkan arus searah. Rugi-rugi yang rendah pada saat transmisi arus bolak-balik pada saluran listrik (power line) dibandingkan dengan arus searah. Alternator sederhana dan murah. Bila disalurkan jarak jauh melalui saluran listrik, tegangan tinggi mencapai 330 ribu volt dengan arus minimal.

Semakin rendah arus pada saluran listrik, semakin rendah pula rugi-ruginya. Transmisi arus searah jarak jauh akan menimbulkan kerugian yang cukup besar. Selain itu, alternator tegangan tinggi jauh lebih sederhana dan lebih murah. Sangat mudah untuk mendapatkan tegangan yang lebih rendah dari tegangan AC melalui trafo sederhana.

Selain itu, jauh lebih murah untuk memperoleh tegangan DC dari tegangan AC dibandingkan, sebaliknya, menggunakan konverter tegangan DC-AC yang mahal. Konverter tersebut memiliki efisiensi rendah dan kerugian tinggi. Konversi ganda digunakan di sepanjang jalur transmisi AC.

Pertama, menerima 220 - 330 kV dari generator, dan menyalurkannya melalui jarak jauh ke trafo, yang menurunkan tegangan tinggi menjadi 10 kV, dan kemudian ada gardu induk yang menurunkan tegangan tinggi menjadi 380 V. Dari gardu induk tersebut, listrik disalurkan. didistribusikan ke konsumen dan disuplai ke rumah-rumah dan panel listrik gedung apartemen.

Tiga fasa arus tiga fasa bergeser 120 derajat

Tegangan satu fasa dicirikan oleh satu sinusoida, dan tegangan tiga fasa dicirikan oleh tiga sinusoidal yang digeser 120 derajat relatif satu sama lain. Jaringan tiga fase juga memiliki kelebihan jaringan satu fasa. Ini adalah dimensi trafo yang lebih kecil, motor listrik juga secara struktural lebih kecil.

Dimungkinkan untuk mengubah arah putaran rotor motor listrik asinkron. DI DALAM jaringan tiga fase Anda bisa mendapatkan 2 voltase - 380 V dan 220 V, yang digunakan untuk mengubah tenaga mesin dan mengatur suhu elemen pemanas. Dengan menggunakan tegangan tiga fasa pada penerangan, kedipan dapat dihilangkan lampu neon, yang mana mereka terhubung ke fase yang berbeda.

Arus searah digunakan dalam elektronik dan sebagainya peralatan Rumah Tangga, karena mudah diubah dari variabel dengan membaginya pada transformator ke nilai yang diperlukan dan selanjutnya diluruskan. Sumber arus searah adalah baterai, baterai, generator arus searah, panel LED. Seperti yang Anda lihat, perbedaan arus bolak-balik dan arus searah cukup besar. Sekarang kita telah belajar - Mengapa soket kita mengalirkan arus bolak-balik dan bukan arus searah?