Переменный ток

Переменный ток (зеленая кривая). Горизонтальная ось измеряет время (она также представляет нулевое напряжение / ток); по вертикали, току или напряжению.

Статьи о
Электромагнетизм
Электричество Магнетизм История Учебники
Электростатика Электрический заряд Закон Кулона Дирижер Плотность заряда Разрешающая способность Электрический дипольный момент Электрическое поле Электрический потенциал Электрический поток  / потенциальная энергия Электростатический разряд Закон Гаусса Индукция Изолятор Плотность поляризации Статичное электричество Трибоэлектричество
Магнитостатика Закон Ампера Закон Био – Савара Закон Гаусса для магнетизма Магнитное поле Магнитный поток Магнитный дипольный момент Магнитная проницаемость Магнитный скалярный потенциал Намагничивание Магнитодвижущая сила Магнитостатический потенциал Правило правой руки
Электродинамика Закон силы Лоренца Электромагнитная индукция Закон Фарадея Закон Ленца Ток смещения Магнитный векторный потенциал Уравнения Максвелла Электромагнитное поле Электромагнитный импульс Электромагнитное излучение Тензор Максвелла Вектор Пойнтинга Потенциал Льенара – Вихерта Уравнения Ефименко Вихревой ток Уравнения Лондона Математические описания электромагнитного поля.
Электрическая сеть Переменный ток Емкость Постоянный ток Электрический ток Электролиз Плотность тока Джоулевое нагревание Электродвижущая сила Импеданс Индуктивность Закон Ома Параллельная схема Сопротивление Резонансные полости Последовательная схема Напряжение Волноводы
Ковариантная формулировка Электромагнитный тензор ( тензор энергии-импульса ) Четырехтоковый Электромагнитный четырехпотенциальный
Ученые Ампер Биот Кулон Дэви Эйнштейн Фарадей Физо Гаусс Хевисайд Генри Герц Джоуль Ленц Лоренц Максвелл Ørsted Ом Ричи Savart Певица Тесла Вольта Вебер
v т е

Переменный ток ( AC ) - это электрический ток, который периодически меняет направление и непрерывно меняет свою величину со временем, в отличие от постоянного тока (DC), который течет только в одном направлении. Переменный ток - это форма, в которой электроэнергия доставляется на предприятия и жилые дома, и это форма электрической энергии, которую обычно используют потребители, когда подключают кухонные приборы , телевизоры, вентиляторы и электрические лампы к розетке . Обычным источником постоянного тока является аккумуляторная батарея в фонарике . Сокращения AC и DCчасто используются для обозначения просто переменного и постоянного , когда они изменяют ток или напряжение . ^{[1] [2]}

Обычная форма волны переменного тока в большинстве электрических цепей представляет собой синусоидальную волну , положительный полупериод которой соответствует положительному направлению тока и наоборот. В некоторых приложениях, таких как гитарные усилители , используются разные формы волны, такие как треугольные или прямоугольные волны . Аудио и радио Сигналы , передаваемые по электрическим проводам также примеры переменного тока. Эти типы переменного тока несут информацию, такую ​​как звук (аудио) или изображения (видео), иногда передаваемую посредством модуляции.несущего сигнала переменного тока. Эти токи обычно чередуются с более высокими частотами, чем те, которые используются при передаче энергии.

Передача, распределение и внутреннее электроснабжение

Электрическая энергия распределяется как переменный ток, потому что переменное напряжение может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформатора . Это позволяет эффективно передавать мощность по линиям электропередач при высоком напряжении, что снижает потери энергии в виде тепла из-за сопротивления провода и преобразовывается в более низкое, более безопасное напряжение для использования. Использование более высокого напряжения приводит к значительно более эффективной передаче энергии. Потери мощности ( ) в проводе являются произведением квадрата силы тока (I) и сопротивления (R) провода, описываемого формулой:${\displaystyle P_{\rm {w}}}$

${\displaystyle P_{\rm {w}}=I^{2}R\,.}$

Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток уменьшается вдвое (т. Е. Напряжение удваивается), потери мощности из-за сопротивления провода будут уменьшены до одной четверти.

Передаваемая мощность равна произведению тока и напряжения (при условии отсутствия разности фаз); то есть,

${\displaystyle P_{\rm {t}}=IV\,.}$

Следовательно, мощность, передаваемая при более высоком напряжении, требует меньшего тока, вызывающего потери, чем для той же мощности при более низком напряжении. Мощность часто передается на уровне сотен киловольт по опорам и преобразуется в десятки киловольт для передачи по линиям нижнего уровня, и, наконец, преобразовывается до 100–240 В для бытового использования.

У высоких напряжений есть недостатки, такие как требуемая повышенная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними. На электростанции энергия вырабатывается при напряжении, удобном для конструкции генератора , а затем повышается до высокого напряжения для передачи. Вблизи нагрузок напряжение передачи понижается до напряжений, используемых оборудованием. Потребительские напряжения несколько различаются в зависимости от страны и размера нагрузки, но обычно двигатели и освещение рассчитаны на использование до нескольких сотен вольт между фазами. Напряжение, подаваемое на оборудование, такое как освещение и моторные нагрузки, стандартизировано с допустимым диапазоном напряжения, в котором оборудование должно работать. Стандартные напряжения потребляемой мощности и процентное отклонение различаются в зависимости отсети электроснабжения, встречающиеся в мире. Системы передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC) стали более жизнеспособными, поскольку технологии предоставили эффективные средства изменения напряжения питания постоянного тока. Передача с помощью постоянного тока высокого напряжения была невозможна в первые дни передачи электроэнергии , поскольку тогда не было экономически жизнеспособного способа понизить напряжение постоянного тока для приложений конечных пользователей, таких как лампы накаливания.

Трехфазная электрическая генерация очень распространена. Самый простой способ - использовать три отдельные катушки в статоре генератора , физически смещенные друг к другу на угол 120 ° (одна треть полной фазы 360 °). Формируются три формы волны тока, равные по величине и сдвинутые по фазе на 120 °.друг другу. Если катушки добавляются напротив них (с шагом 60 °), они генерируют одинаковые фазы с обратной полярностью, и поэтому их можно просто соединить вместе. На практике обычно используются более высокие «порядковые номера полюсов». Например, 12-полюсная машина будет иметь 36 катушек (шаг 10 °). Преимущество состоит в том, что для создания той же частоты можно использовать более низкие скорости вращения. Например, двухполюсная машина, работающая со скоростью 3600 об / мин, и 12-полюсная машина, работающая со скоростью 600 об / мин, производят одинаковую частоту; более низкая скорость предпочтительна для более крупных машин. Если нагрузка в трехфазной системе равномерно сбалансирована между фазами, ток через нейтральную точку не протекает.. Даже в наихудшем случае несимметричной (линейной) нагрузки ток нейтрали не превысит наивысшего из фазных токов. Нелинейным нагрузкам (например, широко используемым импульсным источникам питания) может потребоваться нейтраль большего размера и нейтральный проводник в распределительной панели выше по потоку для обработки гармоник . Гармоники могут привести к тому, что уровни тока нейтрального проводника превысят уровень одного или всех фазных проводов.

Для трехфазного рабочего напряжения часто используется четырехпроводная система. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником (3-проводной) первичной и вторичной обмоткой звездой (4-проводной, с центральным заземлением), поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания. Для более мелких клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль. Для более крупных установок все три фазы и нейтраль подведены к главному распределительному щиту. От трехфазной главной панели могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи. Трехпроводный однофазныйСистемы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке. Такое расположение иногда неправильно называют «двухфазным». Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине. Электроинструменты и освещение малой мощности должны питаться от местного трансформатора с центральным ответвлением с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом по-прежнему сохраняется разумное напряжение 110 В между двумя проводниками для работы инструментов.

Третий провод , называется связь (или земля) провод, часто связан между не-токопроводящими корпусами металлических и заземлением. Этот проводник обеспечивает защиту от поражения электрическим током из-за случайного контакта проводов цепи с металлическими шасси переносных приборов и инструментов. Соединение всех нетоковедущих металлических частей в одну полную систему гарантирует, что всегда существует путь с низким электрическим сопротивлением к земле, достаточный для устранения любой неисправности.ток до тех пор, пока система не устранит неисправность. Этот путь с низким импедансом допускает максимальный ток короткого замыкания, в результате чего устройство защиты от перегрузки по току (автоматические выключатели, предохранители) срабатывает или сгорает как можно быстрее, переводя электрическую систему в безопасное состояние. Все соединительные провода соединены с землей на главной сервисной панели, как и нейтральный / идентифицированный провод, если таковой имеется.

Частоты питания переменного тока

Частота электрической системы в зависимости от страны , а иногда и внутри страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60  Гц . В некоторых странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц, особенно в Японии - передача электроэнергии . Низкая частота упрощает конструкцию электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких применений, как железные дороги . Однако низкая частота также вызывает заметное мерцание в дуговых лампах и лампах накаливания.. Использование более низких частот также дало преимущество в виде более низких потерь импеданса, которые пропорциональны частоте. Первоначальные генераторы Ниагарского водопада были построены для выработки мощности 25 Гц как компромисс между низкой частотой для тяговых и тяжелых асинхронных двигателей, при этом позволяя работать лампам накаливания (хотя и с заметным мерцанием). Большинство бытовых и коммерческих потребителей электроэнергии на Ниагарском водопаде с частотой 25 Гц были переведены на 60 Гц к концу 1950-х годов, хотя некоторые ^{[ какие? ]} Промышленные потребители 25 Гц все еще существовали в начале 21 века. Мощность 16,7 Гц (ранее 16 2/3 Гц) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, таких как Австрия , Германия , Норвегия ,Швеция и Швейцария . В оффшорных, военных, текстильных, морских, авиационных и космических приложениях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя. Компьютерные системы мэйнфреймов часто получали питание от 400 Гц или 415 Гц для уменьшения пульсаций при использовании меньших внутренних блоков преобразования переменного тока в постоянный. ^[3]

Эффекты на высоких частотах

Постоянный ток течет равномерно по сечению однородного провода. Переменный ток любой частоты вытесняется от центра провода к его внешней поверхности. Это происходит потому , что ускорение в электрическом заряде в переменном токе производит волны от электромагнитного излучения , которые уравновешивают распространение электричества к центру материалов с высокой проводимостью . Это явление называется скин-эффектом . На очень высоких частотах ток больше не течет в проводе, а эффективно течет по поверхности провода в пределах толщины нескольких поверхностных слоев.. Глубина скин-слоя - это толщина, при которой плотность тока уменьшается на 63%. Даже при относительно низких частотах, используемых для передачи энергии (50 Гц - 60 Гц), неравномерное распределение тока все еще происходит в достаточно толстых проводниках . Например, глубина скин-слоя медного проводника составляет примерно 8,57 мм при 60 Гц, поэтому сильноточные проводники обычно полые, чтобы уменьшить их массу и стоимость. Поскольку ток имеет тенденцию течь по периферии проводников, эффективное поперечное сечение проводника уменьшается. Это увеличивает эффективное сопротивление проводника переменному току , поскольку сопротивление обратно пропорционально площади поперечного сечения. Сопротивление переменному току часто во много раз превышает сопротивление постоянному току, что приводит к гораздо более высоким потерям энергии из-заомический нагрев (также называемый потерями I ² R).

Способы снижения сопротивления переменному току

Для низких и средних частот проводники можно разделить на многожильные провода, каждый из которых изолирован друг от друга, с относительным расположением отдельных жил, специально расположенных внутри жгута проводов. Проволока, изготовленная с использованием этой техники, называется литц-проволокой . Эта мера помогает частично уменьшить скин-эффект, заставляя более равный ток по всему поперечному сечению многожильных проводников. Литц-провод используется для изготовления индукторов с высокой добротностью , уменьшения потерь в гибких проводниках, несущих очень высокие токи на более низких частотах, и в обмотках устройств, передающих более высокие радиочастотные токи (до сотен килогерц), таких как импульсные источники питания. и радиочастота трансформаторы .

Способы снижения радиационных потерь

Как написано выше, переменный ток состоит из электрического заряда при периодическом ускорении , что вызывает излучение от электромагнитных волн . Излучаемая энергия теряется. В зависимости от частоты используются разные методы для минимизации потерь из-за излучения.

Витые пары

На частотах примерно до 1 ГГц пары проводов скручены в кабель, образуя витую пару . Это снижает потери от электромагнитного излучения и индуктивной связи . Витая пара должна использоваться со сбалансированной системой сигнализации, чтобы два провода несли равные, но противоположные токи. Каждый провод в витой паре излучает сигнал, но он эффективно подавляется излучением другого провода, в результате чего потери излучения практически отсутствуют.

Коаксиальные кабели

Коаксиальные кабели обычно используются на звуковых частотах и выше для удобства. Коаксиальный кабель имеет проводящий провод внутри проводящей трубки, разделенный слоем диэлектрика . Ток, протекающий по поверхности внутреннего проводника, равен и противоположен току, протекающему по внутренней поверхности внешней трубки. Таким образом, электромагнитное поле полностью удерживается внутри трубки, и (в идеале) энергия не теряется на излучение или связь вне трубки. Коаксиальные кабели имеют приемлемо небольшие потери для частот до 5 ГГц. Для микроволновых частот выше 5 ГГц потери (в основном из-за того, что диэлектрик, разделяющий внутреннюю и внешнюю трубки, является неидеальным изолятором) становятся слишком большими, что приводит к образованию волноводов.более эффективная среда для передачи энергии. Коаксиальные кабели часто используют перфорированный диэлектрический слой для разделения внутренних и внешних проводников, чтобы минимизировать мощность, рассеиваемую диэлектриком.

Волноводы

Волноводы похожи на коаксиальные кабели, поскольку оба состоят из трубок, с самой большой разницей в том, что волноводы не имеют внутреннего проводника. Волноводы могут иметь любое произвольное поперечное сечение, но наиболее распространены прямоугольные поперечные сечения. Поскольку волноводы не имеют внутреннего проводника для проведения обратного тока, волноводы не могут передавать энергию посредством электрического тока , а скорее посредством направляемого электромагнитного поля . Хотя поверхностные токидействительно течет по внутренним стенкам волноводов, эти поверхностные токи не несут мощность. Энергия переносится управляемыми электромагнитными полями. Поверхностные токи создаются управляемыми электромагнитными полями и имеют эффект удержания полей внутри волновода и предотвращения утечки полей в пространство за пределами волновода. Волноводы имеют размеры, сопоставимые с длиной волны передаваемого переменного тока, поэтому они применимы только на микроволновых частотах. В дополнение к этой механической возможности, электрическое сопротивление неидеальных металлов, образующих стенки волновода, вызывает рассеяние мощности (поверхностные токи, протекающие по проводникам с потерямирассеивать мощность). На более высоких частотах мощность, теряемая на это рассеяние, становится неприемлемо большой.

Волоконная оптика

На частотах выше 200 ГГц размеры волновода становятся непрактично малыми, а омические потери в стенках волновода становятся большими. Вместо этого можно использовать волоконную оптику , которая представляет собой форму диэлектрических волноводов. Для таких частот больше не используются понятия напряжений и токов.

Математика переменного напряжения

Переменные токи сопровождаются (или вызываются) переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

${\displaystyle v(t)=V_{\text{peak}}\sin(\omega t)}$,

куда

• ${\displaystyle V_{\text{peak}}}$пиковое напряжение (единица измерения: вольт ),
• ${\displaystyle \omega }$это угловая частота (единица измерения: радиан в секунду ).
  Угловая частота связана с физической частотой (единица измерения: герцы ), которая представляет количество циклов в секунду, посредством уравнения .${\displaystyle f}$${\displaystyle \omega =2\pi f}$
• ${\displaystyle t}$время (единица измерения: секунда ).

Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение равно +1, а минимальное значение -1, переменное напряжение колеблется между и . Таким образом, размах напряжения, обычно обозначаемый как или .${\displaystyle \sin(x)}$${\displaystyle +V_{\text{peak}}}$${\displaystyle -V_{\text{peak}}}$${\displaystyle V_{\text{pp}}}$${\displaystyle V_{\text{P-P}}}$${\displaystyle V_{\text{peak}}-(-V_{\text{peak}})=2V_{\text{peak}}}$

Мощность

Соотношение между напряжением и мощностью:

${\displaystyle p(t)={\frac {v^{2}(t)}{R}}}$

где представляет сопротивление нагрузки.${\displaystyle R}$

Вместо использования мгновенной мощности более практично использовать усредненную по времени мощность (где усреднение выполняется по любому целому числу циклов). Поэтому напряжение переменного тока часто выражается как среднеквадратичное значение (RMS), записанное как , потому что${\displaystyle p(t)}$${\displaystyle V_{\text{rms}}}$

${\displaystyle P_{\text{time averaged}}={\frac {{V_{\text{rms}}}^{2}}{R}}.}$

Колебания мощности

${\displaystyle {\begin{aligned}v(t)&=V_{\text{peak}}\sin(\omega t)\\i(t)&={\frac {v(t)}{R}}={\frac {V_{\text{peak}}}{R}}\sin(\omega t)\\P(t)&=v(t)i(t)={\frac {(V_{\text{peak}})^{2}}{R}}\sin ^{2}(\omega t)\end{aligned}}}$

Среднеквадратичное напряжение

Ниже предполагается форма волны переменного тока (без постоянной составляющей ).

Среднеквадратичное значение напряжения - это квадратный корень из среднего квадрата мгновенного напряжения за один цикл.

Примеры переменного тока

Чтобы проиллюстрировать эти концепции, рассмотрим сеть 230 В переменного тока, используемую во многих странах по всему миру. Он называется так потому, что его среднеквадратичное значение составляет 230 В. Это означает, что усредненная по времени мощность эквивалентна мощности, подаваемой постоянным напряжением 230 В. Чтобы определить пиковое напряжение (амплитуду), мы можем изменить приведенное выше уравнение к:

${\displaystyle V_{\text{peak}}={\sqrt {2}}\ V_{\text{rms}}.}$

Таким образом, для 230 В переменного тока пиковое напряжение составляет около 325 В. В течение одного цикла напряжение повышается от нуля до 325 В, падает до -325 В и возвращается к нулю.${\displaystyle V_{\text{peak}}}$${\displaystyle 230{\text{ V}}\times {\sqrt {2}}}$

Передача информации

Переменный ток используется для передачи информации , как в случае с телефоном и кабельным телевидением . Информационные сигналы передаются в широком диапазоне частот переменного тока. Телефонные сигналы POTS имеют частоту около 3 кГц, близкую к звуковой частоте основной полосы частот. Кабельное телевидение и другие информационные потоки, передаваемые по кабелю, могут чередоваться на частотах от десятков до тысяч мегагерц. Эти частоты аналогичны частотам электромагнитных волн, которые часто используются для передачи тех же типов информации по воздуху .

История

Первым генератором переменного тока, вырабатывающим переменный ток, был динамо- электрический генератор, основанный на принципах Майкла Фарадея , построенный французским производителем инструментов Ипполитом Пикси в 1832 году. ^[4] Позже Пикси добавил к своему устройству коммутатор для производства (тогда) более широко используемых постоянный ток. Самое раннее зарегистрированное практическое применение переменного тока принадлежит Гийому Дюшенну , изобретателю и разработчику электротерапии . В 1855 году он объявил, что переменный ток превосходит постоянный ток для электротерапевтического запуска мышечных сокращений. ^[5]Технология переменного тока была разработана венгерской компанией Ganz Works (1870-е годы), а в 1880-х годах: Себастьяном Зиани де Ферранти , Люсьеном Голларом и Галилео Феррари .

В 1876 году русский инженер Павел Яблочков изобрел систему освещения, в которой наборы индукционных катушек были установлены вдоль высоковольтной линии переменного тока. Вместо изменения напряжения первичные обмотки передавали мощность на вторичные обмотки, которые были подключены к одной или нескольким «электрическим свечам» (дуговым лампам) собственной конструкции ^{[6] [7],} используемых для предотвращения выхода из строя одной лампы. всю схему. ^[6] В 1878 году фабрика Ganz в Будапеште, Венгрия, начала производство оборудования для электрического освещения и к 1883 году установила более пятидесяти систем в Австро-Венгрии. В их системах переменного тока использовались дуговые лампы и лампы накаливания, генераторы и другое оборудование. ^[8]

Трансформеры

В системах переменного тока могут использоваться трансформаторы для изменения напряжения с низкого на высокий уровень и обратно, обеспечивая генерацию и потребление при низких напряжениях, но передачу, возможно, на большие расстояния, при высоком напряжении, с экономией на стоимости проводников и потерях энергии. Биполярный силовой трансформатор с открытым сердечником, разработанный Люсьеном Голларом и Джоном Диксоном Гиббсом, был продемонстрирован в Лондоне в 1881 году и привлек внимание Westinghouse . Они также продемонстрировали изобретение в Турине в 1884 году. Однако эти первые индукционные катушки с разомкнутыми магнитными цепями неэффективны при передаче энергии на нагрузки.. Примерно до 1880 года парадигма передачи энергии переменного тока от источника высокого напряжения к нагрузке низкого напряжения была последовательной схемой. Трансформаторы с открытым сердечником с соотношением около 1: 1 были соединены с их первичными обмотками последовательно, чтобы позволить использовать высокое напряжение для передачи при подаче низкого напряжения на лампы. Неотъемлемым недостатком этого метода было то, что отключение одной лампы (или другого электрического устройства) влияло на напряжение, подаваемое на все остальные в той же цепи. Многие конструкции регулируемых трансформаторов были введены для компенсации этой проблемной характеристики последовательной цепи, включая те, которые используют методы регулировки сердечника или обхода магнитного потока вокруг части катушки. ^[9] У систем постоянного тока не было этих недостатков, что давало им значительные преимущества перед ранними системами переменного тока.

Пионеры

Осенью 1884 года Кароли Зиперновски , Отто Блати и Микса Дери (ZBD), три инженера, связанные с заводом Ганца в Будапеште, определили, что устройства с открытым сердечником непрактичны, поскольку они не могут надежно регулировать напряжение. ^[10] В своих совместных патентных заявках 1885 года на новые трансформаторы (позже названные трансформаторами ZBD) они описали две конструкции с замкнутыми магнитными цепями, в которых медные обмотки были либо намотаны на кольцевой сердечник из железных проводов, либо окружены сердечником из железных проводов. ^[9]В обеих конструкциях магнитный поток, соединяющий первичную и вторичную обмотки, почти полностью проходил в пределах железного сердечника без намеренного пути через воздух (см. Тороидальные сердечники ). Новые трансформаторы были в 3,4 раза эффективнее, чем биполярные устройства с открытым сердечником Голлара и Гиббса. ^[11] Завод Ганца в 1884 году поставил первые в мире пять высокоэффективных трансформаторов переменного тока. ^[12] Этот первый блок был изготовлен со следующими характеристиками: 1400 Вт, 40 Гц, 120: 72 В, 11,6: 19,4 А, соотношение 1,67: 1, однофазный, корпус. ^[12]

Патенты ZBD включали два других важных взаимосвязанных нововведения: одно касалось использования параллельно соединенных, а не последовательно соединенных нагрузок, второе касалось возможности иметь трансформаторы с высоким коэффициентом передачи, чтобы напряжение питающей сети могло быть намного выше (первоначально 1400 В до 2000 В), чем напряжение потребляющих нагрузок (изначально предпочтительно 100 В). ^{[13] [14]} При использовании в параллельно соединенных системах распределения электроэнергии трансформаторы с замкнутым сердечником, наконец, сделали технически и экономически целесообразным подавать электроэнергию для освещения в домах, на предприятиях и в общественных местах. ^{[15] [16]} Блати предложил использовать закрытые жилы, Зиперновски предложил использовать параллельные шунтирующие соединения., и Дери проводила эксперименты; ^[17] Другой важной вехой стало внедрение «источников напряжения, интенсивных систем напряжения (VSVI)» ^[18] путем изобретения генераторов постоянного напряжения в 1885 году. ^[19] В начале 1885 года три инженера также устранили проблему. потерь на вихревые токи с изобретением ламинирования электромагнитных сердечников. ^[20] Отто Блати также изобрел первый счетчик электроэнергии переменного тока . ^{[21] [22] [23] [24]}

Система питания переменного тока была разработана и быстро принята после 1886 года из-за ее способности эффективно распределять электроэнергию на большие расстояния, преодолевая ограничения системы постоянного тока . В 1886 году инженеры ZBD спроектировали первую в мире электростанцию, которая использовала генераторы переменного тока для питания параллельно соединенной общей электрической сети, паровой электростанции Рим-Черки. ^[25] Надежность технологии переменного тока получила импульс после того, как завод Ганца электрифицировал крупный европейский мегаполис: Рим в 1886 году. ^[25]

В Великобритании Себастьян де Ферранти , который с 1882 года разрабатывал генераторы переменного тока и трансформаторы в Лондоне, в 1886 году перепроектировал систему переменного тока на электростанции Grosvenor Gallery для London Electric Supply Corporation (LESCo), включая генераторы собственной конструкции и трансформатор. конструкции, подобные Голлару и Гиббсу. ^[26] В 1890 году он спроектировал их электростанцию ​​в Дептфорде ^[27] и преобразовал станцию ​​Grosvenor Gallery через Темзу в электрическую подстанцию , показав способ интеграции старых заводов в универсальную систему электроснабжения переменного тока. ^[28]

В США Уильям Стэнли-младший разработал одно из первых практических устройств для эффективной передачи мощности переменного тока между изолированными цепями. Используя пары катушек, намотанных на общий железный сердечник, его конструкция, названная индукционной катушкой , была ранним трансформатором . Стэнли также работал над разработкой и адаптацией европейских конструкций, таких как трансформатор Голларда и Гиббса, для американского предпринимателя Джорджа Вестингауза, который начал создавать системы переменного тока в 1886 году. Распространение Westinghouse и других систем переменного тока спровоцировало отступление в конце 1887 года Томаса Эдисона (его сторонника). постоянного тока), которые пытались дискредитировать переменный ток как слишком опасный в публичной кампании, названной " войной токов".В 1888 году системы переменного тока получили дальнейшую жизнеспособность с введением функционального двигателя переменного тока , чего этим системам не хватало до того времени. Конструкция, асинхронный двигатель , была независимо изобретена Галилео Феррарисом и Николой Тесла (при этом дизайн Теслы получил лицензию от Westinghouse в США). Этот проект был доработан в современную практическую трехфазной форму по М. Доливо-Добровольский , Чарльз Юджин Ланселот Браун . ^[29] и Йонас Уэнстр .

Ames гидроагрегатов завод и оригинальные Niagara Falls Adams Power Plant были одними из первых ГЭС переменного тока электростанций. Первая передача однофазной электроэнергии на большие расстояния была от гидроэлектростанции в Орегоне в Уилламетт-Фоллс, которая в 1890 году послала электроэнергию в четырнадцати милях вниз по реке в центр Портленда для уличного освещения. ^[30] В 1891 году в Теллуриде, штат Колорадо, была установлена ​​вторая система передачи. ^[31] Генератор каньона Сан-Антонио был третьей коммерческой однофазной гидроэлектростанцией переменного тока в Соединенных Штатах, которая обеспечивала электричество на большие расстояния. Он был завершен 31 декабря 1892 года Алмарианом Уильямом Декером.для обеспечения энергией города Помона, штат Калифорния , который находился в 14 милях от него. В 1893 году он спроектировал первую коммерческую трехфазную электростанцию ​​в Соединенных Штатах, использующую переменный ток, - гидроэлектростанцию Mill Creek № 1 недалеко от Редлендса, Калифорния . Конструкция Декера включала трехфазную передачу 10 кВ и установила стандарты для всей системы генерации, передачи и двигателей, используемых сегодня. Яруга ГЭС в Хорватии был введен в эксплуатацию 28 августа 1895. Два генераторов (42 Гц, 550 кВт каждый) и были изготовлены трансформаторы и установлены венгерской компании Ganz. Линия электропередачи от электростанции до города Шибеник имела длину 11,5 км (7,1 мили) на деревянных башнях, а муниципальная распределительная сеть 3000 В / 110 В включала шесть трансформаторных станций. Теория цепей переменного тока быстро развивалась во второй половине XIX - начале XX века. Известные участники теоретической основы вычислений переменного тока включают Чарльза Стейнмеца , Оливер Хевисайд и многих других. ^{[32] [33]} Расчеты в несбалансированных трехфазных системах были упрощены с помощью методов симметричных компонентов, обсужденных Чарльзом Легейтом Фортескью в 1918 году.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы по теме переменного тока .

• « AC / DC: в чем разница ? ». Чудо света Эдисона, американский опыт . ( PBS )
• « AC / DC: внутри генератора переменного тока ». Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
• Купхальдт, Тони Р., " Уроки электрических цепей: Том II - переменного тока ". 8 марта 2003 г. (Лицензия на науку о дизайне)
• Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
• Блэлок, Томас Дж., " Эра частотных преобразователей: взаимосвязанные системы переменных циклов ". История различных частот и схем взаимного преобразования в США в начале 20 века.
• История и временная шкала питания переменного тока