Основным отличием переменного электрического тока от постоянного считается изменение его величины или направления во времени. Он используется для подачи питания на бытовое и промышленное оборудование.
Об особенностях и видах переменного тока — в этой статье.
Тип кривой, частота
Используемый в системах электропитания переменный ток меняет направление течения циклично. Его называют гармоническим. В современных системах электроснабжения используется синусоидальный электроток. Он получил свое название из-за особенного графика изменения мгновенного значения силы тока — синусоиды.
Такая кривая получается, если по оси абсцисс отложить время в секундах, по оси ординат — силу тока в Амперах. Если обозначить длительность полного цикла за Т, то:
- В начале первой четверти цикла, до Т/4, значение силы тока постепенно нарастает. При этом направление течения остается постоянным.
- Во второй четверти идет постепенное уменьшение силы тока от максимума, называемого амплитудой, до нуля. Всю первую половину цикла направление остается постоянным.
- В третьей четверти цикла направление тока меняется на противоположное. А абсолютное значение силы снова нарастает, но уже в обратную сторону, по отношению к оси абсцисс — времени.
- В последней четверти абсолютное значение силы тока снова уменьшается до нуля. И цикл повторяется снова.
Визуально увидеть кривую можно с помощью прибора — осциллографа. На его экране отображается график при подключении к выводам переменного тока, полученного, например, из электрической розетки. С помощью осциллографа можно проверить качество подаваемого поставщиком электропитания. Чем ближе график к идеальной синусоиде, тем лучше.
Для чего нужны стабилизатор и преобразователь частоты
В некоторых случаях для получения более качественного электропитания используют специальное устройство — стабилизатор. Он позволяет устранить и сгладить искажения. Тем самым улучшив качество электропитания и стабильность работы электрооборудования.
Количество колебаний в секунду также должно быть постоянным. Тип кривой и частота закреплены в государственных стандартах. В России стандартный переменный электрический ток — это синусоидальный с частотой 50 Гц. В некоторых видах оборудования это используется для отсчета времени. Электронная схема отсчитывает количество циклов изменения тока, что позволяет организовать автоматическое включение оборудования через заданное количество секунд.
Еще один пример важности стабильности частоты — работа асинхронных электродвигателей. При смене фаз в электропитании их обмотки последовательно включаются, разгоняя ротор. Чем выше частота электротока, тем больше скорость вращения вала электромотора.
Для гибкого управления этим параметром используют преобразователи частоты. Эти устройства позволяют уменьшать частоту тока до нуля и увеличивать ее до 100 Гц и более. При этом сохраняется синусоидальность импульсов и их амплитуда.
В некоторых странах значение стандартной частоты может отличаться от принятого в нашей. По этой причине оборудование, разработанное, например, в США, где стандартом считается 60 Гц, может нестабильно работать в России. При необходимости подключить к сети российского стандарта снова поможет преобразователь частоты.
Количество фаз
Приведенное выше описание переменного электрического тока соответствует однофазному. Он используется в бытовых электросетях с напряжением 220 В. Подключение оборудования выполняется двумя проводами. Первый — фаза, второй — нейтраль. С частотой 50 Гц между ними возникает электроток с изменяющимся во времени направлением.
Для подключения промышленного оборудования используют трехфазный переменный электрический ток. В этом стандарте проводов с фазами три. Частота во всех одинаковая — 50 Гц. Но вот начало цикла и вершины пиков имеют смещение. Оно называется углом сдвига и составляет 120°.
- Фаза «A» (или U1), сдвиг по фазе 0°
- Фаза «B» (или U2), сдвиг по фазе 120°
- Фаза «C» (или U3), сдвиг по фазе 240°
Чтобы упростить электрикам подключение критичного к последовательности смены фаз используют два типа маркировки проводов. В России могут использоваться L1, L2, L3 или латинские буквы A. B, C.
Соблюдение последовательности подключаемых фаз важно, например, для описанного выше асинхронного электродвигателя. При правильном порядке подключенные к разным фазам обмотки разгоняют ротор последовательно. Что повышает эффективность работы электромотора и снижает потери энергии.
Стоит отметить, что при подключении однофазного электрооборудования к трехфазной сети выбор фазы L1-L3 значения не имеет. Можно взять любой провод. Подключаемое оборудование будет работать так же эффективно, как и при присоединении к однофазной сети.
Более того, наличие трех фаз можно использовать для создания независимых линий электропитания. Это помогает равномерно распределить нагрузку между входящими линиями.
Автор статьи: Александр Шихов
