Переменный ток - Википедия - Alternating current

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

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 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

Переменный ток (AC) является электрический ток который периодически меняет направление и непрерывно меняет свою величину со временем в отличие от постоянный ток (DC), который течет только в одном направлении. Переменный ток - это форма, в которой электроэнергия доставляется в бизнес и жилые дома, и это форма электроэнергия что потребители обычно используют, когда подключают кухонные приборы, телевизоры, вентиляторы и электрические лампы в розетка. Распространенным источником питания постоянного тока является аккумуляторная батарея в фонарик. Сокращения AC и ОКРУГ КОЛУМБИЯ часто используются для обозначения просто чередование и непосредственный, как когда они изменяют Текущий или же Напряжение.^[1][2]

Обычный форма волны переменного тока в большинстве электрических цепей является синусоидальная волна, положительный полупериод которого соответствует положительному направлению тока и наоборот. В некоторых приложениях, например гитарные усилители используются разные формы сигналов, например треугольные волны или же квадратные волны. Аудио и радио сигналы, передаваемые по электрическим проводам, также являются примерами переменного тока. Эти типы переменного тока несут такую ​​информацию, как звук (аудио) или изображения (видео), иногда переносимые модуляция несущего сигнала переменного тока. Эти токи обычно чередуются с более высокими частотами, чем те, которые используются при передаче энергии.

Передача, распределение и внутреннее электроснабжение

Схематическое изображение передачи электроэнергии на большие расстояния. Слева направо: G = генератор, U = повышающий трансформатор, V = напряжение в начале линии передачи, Pt = мощность, подводимая к линии передачи, I = ток в проводах, R = общее сопротивление в проводах, Pw = мощность, потерянная при передаче линии, Pe = мощность, достигающая линии передачи, D = понижающий трансформатор, C = потребители.

Электрическая энергия распределяется как переменный ток, потому что переменный ток Напряжение может быть увеличен или уменьшен с помощью трансформатор. Это позволяет передавать мощность через линии электропередач эффективно при высоком напряжении, что снижает потери энергии в виде тепла из-за сопротивление провода и преобразован в более низкое, более безопасное напряжение для использования. Использование более высокого напряжения приводит к значительно более эффективной передаче энергии. Потери мощности (${ displaystyle P _ { rm {w}}}$) в проводе представляют собой произведение квадрата тока (I) и сопротивление (R) проволоки, описываемой формулой:

${ Displaystyle P _ { rm {w}} = I ^ {2} R ,.}$

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, понижается до 100–240 В для бытового использования.

В трехфазных линиях передачи высокого напряжения используются переменные токи для распределения мощности на большие расстояния между электрическая генерация заводы и потребители. Линии на картинке расположены в восточной Юта.

У высоких напряжений есть недостатки, такие как требуемая повышенная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними. В электростанция, энергия генерируется при напряжении, удобном для конструкции генератор, а затем поднялся 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 варьируются в зависимости от системы электроснабжения найдено в мире. Постоянного тока высокого напряжения (HVDC) системы передачи электроэнергии стали более жизнеспособными, поскольку технологии предоставили эффективные средства изменения напряжения постоянного тока. Передача постоянного тока высокого напряжения была невозможна в первые дни передача электроэнергии, так как тогда не было экономически жизнеспособного способа понизить напряжение постоянного тока для приложений конечных пользователей, таких как лампы накаливания.

Трехфазный электрическая генерация очень распространена. Самый простой способ - использовать в генераторе три отдельные катушки. статор, физически смещены друг к другу на угол 120 ° (одна треть от полной фазы 360 °). Формируются три формы волны тока, равные по величине и 120 °. не в фазе 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 (расстояние 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, имеют одинаковую частоту; более низкая скорость предпочтительна для более крупных машин. Если нагрузка в трехфазной системе равномерно сбалансирована между фазами, ток через нее не протекает. нейтральная точка. Даже в наихудшем случае несбалансированной (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 провод в распределительной панели выше по потоку для обработки гармоники. Гармоники могут привести к тому, что уровни тока нейтрального проводника превысят уровень одного или всех фазных проводов.

Для трехфазных рабочих напряжений часто используется четырехпроводная система. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником (3-проводным) первичной и вторичной обмоткой звездой (4-проводной, с заземлением от центра), поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания. Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только один этап и нейтраль, или две фазы и нейтраль, отводятся в собственность. Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главный распределительный щит. От трехфазной главной панели могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи. Трехпроводный однофазный Системы 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 поражение электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов становится оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняется разумное напряжение 110 В между двумя проводниками для работы инструментов.

А третий провод, называемый соединительным (или заземляющим) проводом, часто подключается между нетоковедущими металлическими корпусами и заземлением. Этот проводник обеспечивает защиту от поражения электрическим током из-за случайного контакта проводов цепи с металлическими шасси переносных приборов и инструментов. Склеивание всех нетоковедущих металлических частей в одну полную систему гарантирует, что всегда будет электрический импеданс путь к земле, достаточный, чтобы нести любой вина ток до тех пор, пока система не устранит неисправность. Этот путь с низким импедансом обеспечивает 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

В частота электрической системы зависит от страны, а иногда и внутри страны; большая часть электроэнергии вырабатывается при 50 или 60Герц. В некоторых странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц, особенно передача электроэнергии в Японии. Низкая частота упрощает конструкцию электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также коллекторного типа. тяговые двигатели для таких приложений, как железнодорожные пути. Однако низкая частота также вызывает заметное мерцание дуговые лампы и лампы накаливания. Использование более низких частот также дало преимущество в виде меньших 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^{[который? ]} 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, например, в 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. Компьютер мэйнфрейм системы часто питались от 400 Гц или 415 Гц для преимуществ рябь сокращение при использовании меньших внутренних блоков преобразования переменного тока в постоянный.^[3]

Эффекты на высоких частотах

Воспроизвести медиа

А Катушка Тесла производящий высокочастотный ток, безвредный для человека, но зажигающий флюоресцентная лампа когда приблизился к нему

Постоянный ток течет равномерно по сечению однородного провода. Переменный ток любой частоты вытесняется от центра провода к его внешней поверхности. Это потому, что ускорение электрический заряд в переменном токе производит волны из электромагнитное излучение которые отменяют распространение электричества к центру материалов с высокой проводимость. Это явление называется скин эффект. На очень высоких частотах ток больше не течет в проволока, но эффективно течет на поверхность проволоки толщиной в несколько глубина кожи. Глубина скин-слоя - это толщина, при которой плотность тока уменьшается на 63%. Даже на относительно низких частотах, используемых для передачи энергии (50 Гц - 60 Гц), неравномерное распределение тока все еще происходит в достаточно толстых проводники. Например, глубина скин-слоя медного проводника составляет приблизительно 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 эффективный переменный ток. сопротивление проводника, так как 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-за омический нагрев (также называемый I²Потеря R).

Методы 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 размещенных внутри жгута проводов. Проволока, построенная с использованием этой техники, называется Литц-проволока. Эта мера помогает частично смягчить скин-эффект, создавая более равный ток по всему поперечному сечению многожильных проводников. Литцовая проволока используется для изготовления высокий Q индукторы, уменьшая потери в гибких проводниках, несущих очень высокие токи на более низких частотах, и в обмотках устройств, несущих более высокие радиочастота ток (до сотен килогерц), например импульсный Источники питания и радиочастота трансформаторы.

Методы снижения радиационных потерь

Как написано выше, переменный ток состоит из электрический заряд при периодических ускорение, что приводит к радиация из электромагнитные волны. 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 витая пара. Это снижает потери от электромагнитное излучение и индуктивная связь. 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 в звуковые частоты и выше для удобства. Коаксиальный кабель имеет проводящий провод внутри проводящей трубки, разделенный диэлектрик слой. 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. За микроволновая печь частотах выше 5 ГГц потери (в основном из-за того, что диэлектрик, разделяющий внутреннюю и внешнюю трубки, является неидеальным изолятором) становятся слишком большими, что делает волноводы более эффективная среда для передачи энергии. В коаксиальных кабелях часто используется 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 той самой большой разницей, 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 обратного тока, волноводы не могут передавать энергию с помощью электрический ток, а скорее с помощью управляемый электромагнитное поле. Несмотря на то что поверхностные токи действительно 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 размерами длина волны переменного тока, который будет передаваться, поэтому они возможны только на микроволновых частотах. В дополнение к этой механической возможности, электрическое сопротивление неидеальных металлов, образующих стенки волновода, вызывает рассеяние мощности (поверхностные токи, протекающие с потерями проводники рассеивать 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, и омические потери в стенках волновода становятся большими. Вместо, волоконная оптика, которые представляют собой форму диэлектрических волноводов. Для таких частот больше не используются понятия напряжений и токов.

Математика переменного напряжения

Синусоидальное переменное напряжение.

1. Пик, а также амплитуда,
2. От пика до пика,
3. Эффективное значение,
4. Период

Синусоидальная волна за один цикл (360 °). Пунктирная линия представляет среднеквадратическое значение (RMS) значение около 0,707.

Переменные токи сопровождаются (или вызываются) переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v математически можно описать как функция времени по следующему уравнению:

${ Displaystyle v (т) = В _ { текст {пик}} грех ( омега т)}$,

куда

• ${ Displaystyle V _ { text {пик}}}$ пиковое напряжение (единица измерения: вольт ),
• ${ displaystyle omega}$ это угловая частота (единица измерения: радиан в секунду ).
  Угловая частота связана с физической частотой, ${ displaystyle f}$ (единица измерения: герц ), который представляет количество циклов в секунду, уравнением ${ displaystyle omega = 2 pi f}$.
• ${ displaystyle t}$ это время (единица измерения: второй ).

Размах переменного напряжения определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение ${ Displaystyle грех (х)}$ равно +1, а минимальное значение -1, напряжение переменного тока колеблется между ${ displaystyle + V _ { text {пик}}}$ и ${ displaystyle -V _ { text {пик}}}$. Размах напряжения, обычно записываемый как ${ displaystyle V _ { text {pp}}}$ или же ${ displaystyle V _ { text {P-P}}}$, следовательно является ${ displaystyle V _ { text {peak}} - (- V _ { text {peak}}) = 2V _ { text {peak}}}$.

Мощность

Соотношение между напряжением и мощностью:

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

куда ${ displaystyle R}$ представляет сопротивление нагрузки.

Вместо того, чтобы использовать мгновенную мощность, ${ displaystyle p (t)}$, более практично использовать усредненную по времени мощность (когда усреднение выполняется по любому целому числу циклов). Поэтому переменное напряжение часто выражается как среднеквадратическое значение (RMS) значение, записанное как ${ displaystyle V _ { text {rms}}}$, потому что

${ displaystyle P _ { text {среднее время}} = { frac {{V _ { text {rms}}} ^ {2}} {R}}.}$

Колебания мощности

${ Displaystyle { begin {align} v (t) & = V _ { text {peak}} sin ( omega t) i (t) & = { frac {v (t)} {R} } = { frac {V _ { text {peak}}} {R}} sin ( omega t) P (t) & = v (t) i (t) = { frac {(V_ { text {пик}}) ^ {2}} {R}} sin ^ {2} ( omega t) end {align}}}$

Среднеквадратичное напряжение

Ниже Форма волны переменного тока (без Компонент постоянного тока ) предполагается.

Действующее значение напряжения - это квадратный корень из иметь в виду за один цикл квадрата мгновенного напряжения.

Примеры переменного тока

Чтобы проиллюстрировать эти концепции, рассмотрим 230 В переменного тока. сеть поставка, используемая в многие страны во всем мире. Он так называется, потому что его среднеквадратическое значение значение составляет 230 В. Это означает, что усредненная по времени мощность эквивалентна мощности, передаваемой постоянным напряжением 230 В. Чтобы определить пиковое напряжение (амплитуду), мы можем изменить приведенное выше уравнение на:

${ displaystyle V _ { text {peak}} = { sqrt {2}} V _ { text {rms}}.}$

Для 230 В переменного тока пиковое напряжение ${ Displaystyle V _ { text {пик}}}$ следовательно является ${ displaystyle 230 { text {V}} times { sqrt {2}}}$, что составляет около 325 В. В течение одного цикла напряжение повышается с нуля до 325 В, падает до -325 В и возвращается к нулю.

Передача информации

Переменный ток используется для передачи Информация, как и в случае телефон и кабельное телевидение. Информационные сигналы передаются в широком диапазоне частот переменного тока. Горшки телефонные сигналы имеют частоту около 3 кГц, близкую к основная полоса звуковая частота. Кабельное телевидение и другие передаваемые по кабелю информационные потоки могут чередоваться на частотах от десятков до тысяч мегагерц. Эти частоты похожи на частоты электромагнитных волн, которые часто используются для передачи тех же типов информации. по воздуху.

История

Первый генератор производить переменный ток было динамо электрогенератор на базе Майкл Фарадей принципы, разработанные французским производителем инструментов Ипполит Пиксий в 1832 г.^[4] Позже Pixii добавила коммутатор к его устройству для производства (тогда) более широко используемого постоянного тока. Самое раннее зарегистрированное практическое применение переменного тока принадлежит Гийом Дюшенн, изобретатель и разработчик электротерапия. В 1855 году он объявил, что AC превосходит постоянный ток для электротерапевтического запуска мышечных сокращений.^[5] Технология переменного тока была развита венгерской Ганц Работы компании (1870-е), а в 1880-е: Себастьян Зиани де Ферранти, Люсьен Голар, и Галилео Феррарис.

В 1876 г. 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 одному или нескольким 'электрические свечи' (дуговые лампы) собственной разработки,^[6][7] используется для предотвращения выхода из строя всей цепи неисправности одной лампы.^[6] В 1878 г. Завод Ганца, Будапешт, 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

Системы переменного тока могут использовать трансформаторы для изменения напряжения с низкого на высокий уровень и обратно, позволяя генерировать и потреблять при низких напряжениях, но передавать, возможно, на большие расстояния при высоком напряжении, с экономией на стоимости проводников и потерях энергии. Биполярный открытый сердечник силовой трансформатор разработан Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс была продемонстрирована в Лондоне в 1881 году и привлекла внимание Westinghouse. Они также выставили изобретение в Турин в 1884 году. Однако эти первые индукционные катушки с разомкнутыми магнитными цепями неэффективны при передаче энергии на грузы. 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 последовательно соединены с их первичными обмотками, чтобы обеспечить возможность использования высокого напряжения 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

Венгерская команда "ZBD" (Кароли Зиперновски, Отто Блати, Микса Дери ), изобретатели первого высокоэффективного шунтирующего соединения с замкнутым сердечником. трансформатор

Прототип трансформатора ZBD, представленный на Мемориальной выставке Сечени Иштван, Надьченк в Венгрия

Осенью 1884 г. Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери (ZBD), три инженера, связанные с Ганц Работы из Будапешта, определили, что устройства с открытым сердечником непрактичны, так как 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 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 биполярных устройств с открытым сердечником Голара 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, однофазное, корпусное.^[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 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 обеспечение электроэнергией для освещения в домах, на предприятиях и в общественных местах.^[15][16] Блати предложил использовать закрытые сердечники, Зиперновски предложил использовать параллельные шунтирующие соединения, и Дери проводила эксперименты;^[17] Другой важной вехой стало внедрение систем «источник напряжения с интенсивным напряжением» (VSVI).^[18] изобретением генераторов постоянного напряжения в 1885 году.^[19] В начале 1885 года три инженера также устранили проблему вихревой ток потери с изобретением ламинации электромагнитных сердечников.^[20] Отто Блати также изобрел первый кондиционер. электрический счетчик.^{[21][22][23][24]}

Системы питания переменного тока были разработаны и быстро приняты после 1886 года из-за их способности эффективно распределять электроэнергию на большие расстояния, преодолевая ограничения постоянный ток система. В 1886 году инженеры ZBD разработали первый в мире электростанция который использовал 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 большой европейский мегаполис: Рим в 1886 г.^[25]

Ранняя система кондиционирования Westinghouse 1887 г.
(Патент США 373035 )

В Соединенном Королевстве, Себастьян де Ферранти, который с 1882 года разрабатывал генераторы и трансформаторы переменного тока в Лондоне, перепроектировал систему переменного тока в Электростанция Grosvenor Gallery в 1886 году для London Electric Supply Corporation (LESCo), включая генераторы переменного тока его собственной конструкции и конструкции трансформаторов, подобные конструкции Голлара и Гиббса.^[26] В 1890 г. он спроектировал их электростанция в Дептфорде^[27] и превратили станцию ​​Grosvenor Gallery через Темзу в электрическая подстанция, показывающий способ интеграции старых установок в универсальную систему питания 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 получила название индукционная катушка, был ранним трансформатор. Стэнли также работал над разработкой и адаптацией европейских конструкций, таких как трансформатор Голлара и Гиббса, для американского предпринимателя. Джордж Вестингауз кто начал создавать системы переменного тока в 1886 году. Распространение Westinghouse и других систем переменного тока спровоцировало сопротивление в конце 1887 года. Томас Эдисон (сторонник постоянного тока), который пытался дискредитировать переменный ток как слишком опасный в общественной кампании под названием "война течений ". В 1888 году системы переменного тока получили дальнейшую жизнеспособность с введением функциональной Двигатель переменного тока, чего этим системам не хватало до того момента. Дизайн, Индукционный двигатель, был независимо изобретен Галилео Феррарис и Никола Тесла (с лицензией на разработку Теслы Westinghouse в США). Этот дизайн получил дальнейшее развитие в современном практичном трехфазный форма Михаил Доливо-Добровольский, Чарльз Юджин Ланселот Браун.^[29] и Йонас Венстрём.

В Гидроэлектростанция Эймса и оригинальный Ниагарский водопад Электростанция Адамс были одними из первых гидроэлектростанций переменного тока. 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 в каньоне Сан-Антонио был третьей коммерческой однофазной гидроэлектростанцией переменного тока в Соединенных Штатах, обеспечивающей электричество на большие расстояния. Он был завершен 31 декабря 1892 г. Алмариан Уильям Декер обеспечить энергией город Помона, Калифорния, который находился в 14 милях отсюда. В 1893 году он разработал первый рекламный ролик. трехфазный электростанция в Соединенных Штатах, использующая переменный ток - гидроэлектростанция ГЭС «Милл-Крик № 1» возле Редлендс, Калифорния. Конструкция Декера включала трехфазную передачу 10 кВ и установила стандарты для всей системы генерации, передачи и двигателей, используемых сегодня. В Яругская ГЭС в Хорватии была введена в эксплуатацию 28 августа 1895 года. генераторы (42 Гц, 550 кВт каждый) и трансформаторы изготовлены и установлены венгерской компанией. Ганц. Линия электропередачи от электростанции до г. Шибеник был 11,5 км (7,1 миль) в длину на деревянных башнях, и 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 расчетов переменного тока включают: Чарльз Стейнмец, Оливер Хевисайд, и много других.^[32][33] Расчеты в несбалансированных трехфазных системах были упрощены за счет симметричные компоненты методы, обсуждаемые Шарль Легейт Фортескью в 1918 г.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

• "ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК: Какая разница ?". Чудо света Эдисона, Американский опыт. (PBS )
• "ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК: Внутри генератора переменного тока "Чудо света Эдисона, американский опыт" (PBS)
• Купхальдт, Тони Р. "Уроки по электрическим схемам: Том II - AC ". 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
• 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