Какой электрический ток называется переменным


Урок 8. переменный электрический ток - Физика - 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 8. Переменный электрический ток

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Свойства переменного тока;

2) Понятия активного сопротивления, индуктивного и ёмкостного сопротивления;

3) Особенности переменного электрического тока на участке цепи с резистором;

4) Определение понятий: переменный электрический ток, активное сопротивление, индуктивное сопротивление, ёмкостное сопротивление.

Глоссарий по теме

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю называют активным сопротивлением.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

Величину ХC, обратную произведению ωC циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением.

Величину ХL, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 86 – 95.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2014. – С. 128 – 132.

Степанова. Г.Н. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М., Просвещение 1999 г.

Е.А. Марон, А.Е. Марон. Контрольные работы по физике. М., Просвещение, 2004

Основное содержание урока

Сейчас невозможно представить себе нашу цивилизацию без электричества. Телевизоры, холодильники, компьютеры – вся бытовая техника работает на нем. Основным источником энергии является переменный ток.

Электрический ток, питающий розетки в наших домах, является переменным А что это такое? Каковы его характеристики? Чем же переменный ток отличается от постоянного? Об этом мы поговорим на данном уроке.

В известном опыте Фарадея при движении полосового магнита относительно катушки появлялся ток, что фиксировалось стрелкой гальванометра, соединенного с катушкой. Если магнит привести колебательное движение относительно катушки, то стрелка гальванометра будет отклоняться то в одну сторону, то в другую – в зависимости от направления движения магнита. Это означает, что возникающий в катушке ток меняет свое направление. Такой ток называют переменным.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Переменный электрический ток представляет собой электромагнитные вынужденные колебания. Переменный ток в отличие от постоянного имеет период, амплитуду и частоту.

Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону, такой ток называется синусоидальным. В основном используется синусоидальный ток. Колебания тока можно наблюдать с помощью осциллографа.

Если напряжение на концах цепи будет меняться по гармоническому закону, то и напряженность внутри проводника будет так же меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь вызывают гармонические колебания упорядоченного движения свободных частиц и, следовательно, гармонические колебания силы тока. При изменении напряжения на концах цепи, в ней с очень большой скоростью распространяется электрическое поле. Сила переменного тока практически во всех сечениях проводника одинакова потому, что время распространения электромагнитного поля превышает период колебаний.

Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике, включенном в цепь переменного тока. Сопротивление проводника, в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным. При изменении напряжения на концах цепи по гармоническому закону, точно так же меняется напряженность электрического поля и в цепи появляется переменный ток.

При наличии такого сопротивления колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе в любой момент времени.

𝒾 - мгновенное значение силы тока;

m- амплитудное значение силы тока.

– колебания напряжения на концах цепи.

Колебания ЭДС индукции определяются формулами:

При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений силы тока и напряжения. Среднее значение мощности равно половине произведения квадрата амплитуды силы тока и активного сопротивления.

Часто к параметрам и характеристикам переменного тока относят действующие значения. Напряжение, ток или ЭДС, которая действует в цепи в каждый момент времени - мгновенное значение (помечают строчными буквами - і, u, e). Однако оценивать переменный ток, совершенную им работу, создаваемое тепло сложно рассчитывать по мгновенному значению, так как оно постоянно меняется. Поэтому применяют действующее, которое характеризует силу постоянного тока, выделяющего за время прохождения по проводнику столько же тепла, сколько это делает переменный.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

Um - амплитудное значение напряжения.

Действующие значения силы тока и напряжения:

Электрическая аппаратура в цепях переменного тока показывает именно действующие значения измеряемых величин.

Конденсатор включенный в электрическую цепь оказывает сопротивление прохождению тока. Это сопротивление называют ёмкостным.

Величину ХC, обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением.

Ёмкостное сопротивление не является постоянной величиной. Мы видим, что конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление постоянному току.

Если включить в электрическую цепь катушку индуктивности, то она будет влиять на прохождение тока в цепи, т.е. оказывать сопротивление току. Это можно объяснить явлением самоиндукции.

Величину ХL, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

XL= ωL

Если частота равна нулю, то индуктивное сопротивление тоже равно нулю.

При увеличении напряжения в цепи переменного тока сила тока будет увеличиваться так же, как и при постоянном токе. В цепи переменного тока содержащем активное сопротивление, конденсатор и катушка индуктивности будет оказываться сопротивление току. Сопротивление оказывает и катушка индуктивности, и конденсатор, и резистор. При расчёте общего сопротивления всё это надо учитывать. Основываясь на этом закон Ома для переменного тока формулируется следующим образом: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.

Если цепь содержит активное сопротивление, катушку и конденсатор соединенные последовательно, то полное сопротивление равно

Закон Ома для электрической цепи переменного тока записывается имеет вид:

Преимущество применения переменного тока заключается в том, что он передаётся потребителю с меньшими потерями.

В электрической цепи постоянного тока зная напряжение на зажимах потребителя и протекающий ток можем легко определить потребляемую мощность, умножив величину тока на напряжение.   В цепи переменного тока мощность равна произведению напряжения на силу тока и на коэффициент мощности.

Мощность цепи переменного тока

P=IU cosφ

Величина cosφ – называется коэффициентом мощности

Коэффициент мощности показывает какая часть энергии преобразуется в другие виды. Коэффициент мощности находят с помощью фазометров. Уменьшение коэффициента мощности приводит к увеличению тепловых потерь. Для повышения коэффициента мощности электродвигателей параллельно им подключают конденсаторы. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока создают противоположные сдвиги фаз. При одновременном включении конденсатора и катушки индуктивности происходит взаимная компенсация сдвига фаз и повышение коэффициента мощности. Повышение коэффициента мощности является важной народнохозяйственной задачей.

Разбор типовых тренировочных заданий

1. Рамка вращается в однородном магнитном поле. ЭДС индукции, возникающая в рамке, изменяется по закону e=80 sin 25πt. Определите время одного оборота рамки.

Дано: e=80 sin 25πt.

Найти: T.

Решение:

Колебания ЭДС индукции в цепи переменного тока происходят по гармоническому закону

Согласно данным нашей задачи:

Время одного оборота, т.е. период связан с циклической частотой формулой:

Подставляем числовые данные:

Ответ: T = 0,08 c.

2. Чему равна амплитуда силы тока в цепи переменного тока частотой 50 Гц, содержащей последовательно соединенные активное сопротивление 1 кОм и конденсатор емкости С = 1 мкФ, если действующее значение напряжения сети, к которой подключен участок цепи, равно 220 В?

Дано:

ν=50 Гц,

R=1 кОм=1000 Ом,

C=1 мкФ=10-6 Ф,

U=220 В.

Найти: Im

Решение:

Напишем закон Ома для переменного тока:

I=U/Z

Для амплитудных значений силы тока и напряжения, мы можем записать Im=Um/Z?

Полное сопротивление цепи равно:

Подставляя числовые данные находим полное сопротивление Z≈3300 Ом. Так как действующее значение напряжения равно:

то после вычислений получаем Im ≈0,09 Ом.

Ответ: Im ≈0,09 Ом.

2. Установите соответствие между физической величиной и прибором для измерения.

 Физические величины

    Физические приборы

Сила тока

Омметр

Напряжение

Вольтметр

Сопротивление

Амперметр

Мощность

Ваттметр

Правильный ответ:

 Физические величины

    Физические приборы

Сила тока

Амперметр

Напряжение

Вольтметр

Сопротивление

Омметр

Мощность

Ваттметр

Постоянный и переменный ток | Полезные статьи

Все неоднократно слышали подобные сочетания слов, да и в обиход они вошли настолько широко и плотно, как само собой разумеющееся. Останавливаться на физике процессов не будем, так как все это изучено еще в старших классах школы. 
 Начнем, естественно, с определений. Переменный ток – упорядоченное движение заряженных частиц или, по – другому, электрический ток, который с течением времени меняет свое направление и величину по определенному закону с заданной частотой.  Постоянный электрический ток, напротив - всегда постоянный по величине и направлению.

В этой статье разберемся в областях применения этих интереснейших явлений, которые, несомненно, являясь одним из локомотивов технического прогресса, делают нашу жизнь комфортной во всех сферах.
Переменный ток широко применяется в быту и в промышленности. Производится он традиционно на различного рода электростанциях (ТЭЦ, ТЭС, ГЭС, АЭС и др.). И всех их объединяет одно, независимо от используемого источника энергии (энергии воды, сжигаемого топлива, ядерной энергии и т.д.) – наличие генераторов переменного тока, преобразующих механическую энергию вращения в электрическую.  

 

А нашло это массовое применение во всем мире по одной простой причине - как наиболее экономически целесообразный способ производства и передачи электроэнергии до потребителя. Ведь, например, построить отдельную станцию для каждого потребителя невозможно и дорого. А передать электроэнергию оттуда, где ее можно произвести в силу подходящего географического расположения, близости к природным ресурсам - вполне даже реально. К тому же, само оборудование для генерации и преобразования переменного тока гораздо проще конструктивно, надежнее и, соответственно, дешевле, чем оборудование постоянного тока. 

При этом трехфазная схема электрического тока, наиболее сбалансированная из возможных, позволяет создавать вращающееся магнитное поле, так необходимое для работы применяемых повсюду электрических двигателей. А почему именно 3 фазы? Две обмотки не обеспечат непрерывное равномерное взаимодействие магнитных полей, а четыре и более избыточны, так как приведут к удорожанию электрических сетей. И самое основное преимущество системы – возможность легко и просто изменять величину генерируемого напряжения с помощью повышающих и понижающих трансформаторов. А чем выше напряжение, тем дальше можно передать электроэнергию и тем меньше тепловые потери энергии при передаче. А уже ближе к потребителю напряжение снижается до необходимого нормируемого уровня. Далее фаза ноль от понижающих трансформаторов подводятся посредством ЛЭП к электроустановкам потребителя.

 Постоянный ток также нашел обширное применение во всех областях деятельности человека, в первую очередь благодаря аккумуляторам, в которых посредством химической реакции возникает так называемый гальванический ток. Все без исключения современные автономные портативные устройства питаются от АКБ. Если говорить об автономности, то безоговорочно область применения постоянного тока распространяется на бортовые системы любых автомобилей, летательных аппаратов, электропоездов. В последнее время с развитием высокопроизводительных источников питания свою нишу занял и колесный транспорт на электротяге – электромобили, скутеры, электробусы, электробайки. Плюс в том, что двигатели постоянного тока позволяют плавно развивать скорость и высокий крутящий момент во всех диапазонах оборотов.

Постоянный ток также безальтернативно используется в микроэлектронике, в средствах связи и прочей технике, то есть там, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций и даже вовсе их исключить. 
Но отделить постоянный и переменный ток друг от друга в наше время невозможно, так как чаще всего используется их сочетание, когда они преобразуются друг в друга по необходимости. Так, переменный ток сети преобразуется в блоках питания сложной электроники в постоянный. Переменный ток, вырабатываемый генератором автомобиля «выпрямляется» диодным мостом и далее заряжает АКБ, питая бортовые устройства. Или постоянный ток, вырабатываемый солнечной электростанцией, посредством инвертера преобразуется в переменный и подается в сеть.

 

Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 9 класс.

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

 

 

Рис. \(1\). Опыт по получению индукционного тока

 

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.


Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

 

 

Рис. \(2\). Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита


Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

 

 

Рис. \(3\). Схема генератора: \(1\) — корпус; \(2\) — статор; \(3\) — ротор; \(4\) — скользящие контакты (щётки, кольца)


В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.


Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

 

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

 

 

Рис. \(4\). Устройство гидрогенератора: \(1\) — статор; \(2\) — ротор; \(3\) — водяная турбина

Источники:

Рис. 1. Опыт по получению индукционного тока. © ЯКласс.

Рис. 2. Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита. © ЯКласс.

Рис. 3. Схема генератора. © ЯКласс.

Рис. 4. Устройство гидрогенератора. © ЯКласс.

Переменный электрический ток. Резистор в цепи переменного тока

В идеальном колебательном контуре, то есть в контуре без активного сопротивления, возникающие электромагнитные колебания могут существовать бесконечно долго. Однако в реальных контурах всегда имеется нагрузка, обладающее сопротивлением. Поэтому часть энергии контура всегда превращается во внутреннюю энергию проводников. Проще говоря, реальные электромагнитные колебания в контуре являются затухающими. Для того чтобы они были незатухающими, необходимо компенсировались потери энергии при каждом полном колебании в контуре.

Давайте с вами вспомним, что для механических колебаний это достигалось путём воздействия внешней периодической силы. В результате в системе возникали вынужденные колебания. Аналогично этому вынужденные электромагнитные колебания в колебательном контуре происходят под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС или внешнего изменяющегося напряжения. При этом напряжение в цепи и сила тока изменяются как по знаку, так и по модулю.

Ток, сила и направление которого периодически меняются, называется переменным.

В настоящее время основная часть электроэнергии в мире вырабатывается с помощью электромеханических индукционных генераторов переменного тока, создающими синусоидальное напряжение.

Индукционным генератором переменного тока называется устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.

Как следует из названия устройства, принцип действия такого генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Основными частями индукционного генератора переменного тока являются:

индуктор — это постоянный магнит или электромагнит, который создаёт магнитное поле;

якорь — это обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;

и колле́ктор — это контактные кольца и скользящие по ним контактные пластины (щётки). С помощью коллектора ток снимается или подводится к вращающимся частям.

Давайте рассмотрим принцип действия простейшего индукционного генератора на примере проводящей рамки с током, вращающейся в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью.

Пусть в начальный момент времени угол между нормалью к плоскости рамки и линиями индукции магнитного поля равен нулю. Так как рамка вращается с постоянной угловой скоростью, то данный угол будет меняться с течением времени по линейному закону:

Тогда будет меняться и магнитный поток через поверхность, ограниченную плоскостью рамки:

Поскольку магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется со временем, то в ней согласно закону Фарадея индуцируется ЭДС индукции, равная первой производной магнитного потока по времени, взятой с обратным знаком:

 

Произведение величин, стоящих перед функцией синуса есть ничто иное, как амплитудное значение ЭДС индукции:

Отсюда следует, что изменение ЭДС индукции в контуре со временем происходит по закону синуса:

Это достаточно легко проверить, если подключить выводы вращающейся рамки к осциллографу. Нетрудно увидеть, что временная развёртка представляет собой синусоиду.

Если к выводам рамки подключить нагрузку с достаточно большим сопротивлением (намного большим, чем сопротивление рамки), то по ней будет проходить переменный ток.

По закону Ома для полной цепи его сила будет также изменяться по синусоидальному закону:

Анализируя последние два выражения, мы можем сделать вывод, что в цепи, содержащей, кроме рамки, только сопротивление, колебания напряжения и колебания силы тока совпадают по фазе, одновременно достигая максимумов и минимумов.

Однако в общем случае (например, когда в цепи присутствует конденсатор, или катушка, или то и другое одновременно) колебания силы тока в цепи и напряжения будут происходить с одинаковой частотой, но не будут совпадать по фазе:

Ещё раз обратим ваше внимание на то, что ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное, которое также остаётся неизменным в течение следующего полуоборота.

Промежуток времени, в течение которого ЭДС совершает одно полное колебание, называется периодом переменного тока.

А число полных колебаний за одну секунду называется частотой тока.

В электрических сетях большинства стран мира (в том числе и в России) стандартная частота переменного тока равна 50 Гц. Продолжительность периода такого тока составляет всего 0,02 с. Такая частота переменного тока была выбрана с участием известного немецкого электротехника польско-русского происхождения Михаила Осиповича Доливо-Добровольского.

Однако, например, в США, Канаде и некоторых других странах по рекомендации известного сербского учёного Николы Тесла, стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.

Мы рассмотрели на схеме принцип работы генератора переменного тока. Однако такой тип генераторов (с неподвижной магнитной системой и вращающимся якорем) используется достаточно редко. Дело в том, что при помощи подвижных контактов практически невозможно отводить от генератора ток высокого напряжения из-за сильного искрения в контактах. Поэтому почти во всех индукционных генераторах переменного тока якорь, в котором индуцируется ЭДС, устанавливают неподвижно, а вращаться заставляют индуктор.

Вращающаяся часть генератора называется ротором. Он располагается внутри неподвижной стальной станины цилиндрической формы, называемой статором. Во внутренней части статора имеются специальные пазы, в которые укладывается медный провод в виде витков. При вращении ротора в этих витках и индуцируется переменный ток.

Ротор также имеет сложную форму и представляет собой стальной сердечник с навитой на него обмоткой. По обмотке пропускается постоянный ток, который подводится через щётки и кольца от постороннего источника постоянного тока. Создаваемое этим током магнитное поле вращается вместе с ротором. При этом силовые линии поля будут пересекать проводники, вложенные в пазы статора, и индуцировать в них ЭДС.

Современные мощные генераторы вырабатывают напряжение до 15—20 кВ, а их коэффициент полезного действия может достигать 97—98 %.

Теперь давайте рассмотрим некоторые новые закономерности, которые возникают в электрической цепи при её подключении к источнику переменного тока. Итак, пусть источник создаёт переменно напряжение, изменяющееся со временем по закону синуса:

По закону Ома для участка цепи, содержащим только сопротивление, сила тока во всей цепи будет также изменяться по гармоническому закону:

Максимальные величины напряжения и силы тока называются амплитудными значениями напряжения и силы тока соответственно.

А значения напряжения и силы тока в любой момент времени называются мгновенными.

Зная их, можно рассчитать мгновенную мощность переменного тока, которая, в отличие от цепей постоянного тока, изменяется с течением времени:

Под средней за период мощностью переменного тока понимают отношение суммарной энергии, поступающей в цепь за период, к периоду.

С учётом зависимости силы тока от времени перепишем выражение для мгновенной мощности на резисторе в цепи переменного тока:

Поскольку мгновенная мощность изменяется со временем, то использовать эту величину на практике в качестве характеристики длительно протекающих процессов очень неудобно. Давайте перепишем нашу формулу для мощности немного по-другому (воспользовавшись знаниями из математики):

Как видим, в полученном уравнении первое слагаемое не зависит от времени. А второе слагаемое — это переменная составляющая, являющаяся функцией двойного угла. Её среднее значение за период (или время, кратное периоду) равно нулю, поскольку половину периода косинус принимает положительные значения, а вторую — отрицательные. Поэтому среднее значение мощности переменного тока за время, большее чем период колебаний, можно найти как половину произведения амплитудных значений силы тока и напряжения, или половину произведения квадрата амплитудного значения силы тока и сопротивления:

Таким образом, сопротивление играет двоякую роль в цепи переменного тока. Во-первых, оно ограничивает силу тока. А во-вторых, на активном сопротивлении происходит безвозвратное превращение электроэнергии в другие виды (в частности, во внутреннюю).

Выражение для средней мощности позволяет ввести действующие или эффективные значения силы тока и напряжения, которые используются в качестве основных характеристик переменного тока.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который, проходя в электрической цепи по активному сопротивлению, выделяет за промежуток времени, кратный периоду колебаний, такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Оно численно равно квадратному корню из среднего за период значения квадрата силы переменного тока:

Аналогично можно ввести действующее значение для напряжения и ЭДС:

Амперметры и вольтметры регистрируют именно действующие значения силы тока и напряжения.

Для закрепления материала, решим с вами одну небольшую задачу. Квадратная рамка площадью 500 см2 вращается в однородном магнитном поле с индукцией 10 мТл вокруг оси, лежащей в плоскости рамки и перпендикулярной полю, совершая 25 оборотов в секунду. Определите действующее значение силы тока в рамке, если её сопротивление равно 5 Ом.

В заключение урока отметим, что закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего только резистор, выполняется как для амплитудных и действующих, так и для мгновенных значений напряжения и силы тока вследствие того, что их колебания совпадают по фазе.

Таким образом, резисторы оказывают сопротивление как постоянному, так и переменному току, при этом в обоих случаях в них происходит превращение электрической энергии в энергию теплового движения частиц. Вследствие этого сопротивление резисторов получило название активного или омического сопротивления.

Переменный ток. Получение переменного тока.

Переменный ток – или AC (Alternating Current). Обозначение (~).

Электрический ток называется переменным, если он в течение времени меняет свое направление и непрерывно изменяется по величине.

Переменный ток, который используется для подключения бытовых или производственных электрических приборов, изменяется по синусоидальному закону:

i = Imsin(2πft)

  • i – мгновенное значение тока
  • Im – амплитудное или наибольшее значение тока
  • f – значение частоты переменного тока
  • t – время

Широко используется переменный ток благодаря тому, что электроэнергия переменного тока технически просто и экономно может быть преобразована из энергии более низкого напряжения в энергию более высокого напряжения и наоборот. Это свойство переменного тока позволяет передавать электроэнергию по проводам на большие расстояния.

Промышленный переменный электрический ток получают при помощи электрических генераторов, принцип работы которых основан на законе электромагнитной индукции. Вращение генератора осуществляется механическим двигателем, использующим тепловую, гидравлическую или атомную энергию.

Переменный однофазный электрический ток имеет следующие основные характеристики:

f – частота переменного тока определяет количество циклов или периодов в единицу времени. За единицу измерения частоты переменного тока принят Герц (Гц):

1гц = 103кгц = 106мгц
Τ – период – время одного полного изменения переменной величины.

Если в 1 секунду происходит 1 период Τ, то частота f = 1 Гц (Герц).

1c = 103мс = 106мкс = 1012нс

В Российской Федерации в республике Беларусь и в странах СНГ период Τ переменного тока принят равным 0,02секунды,следовательно по формуле
f = 1/Τ можно определить частоту переменного тока:

f = 1/0,02 = 50 Гц

ω – угловая скорость

Помимо частоты f при изучении цепей переменного тока вводится понятие угловой скоростиω. Угловая скорость ω связана с частотой f следующим соотношением:

ω=2πf

При частоте 50 Гц угловая скорость равна 314 рад/с (2 × 3,14 × 50 = 314).

Мгновенное значение (i,u,e,p) – значение величины в данный момент, мгновенное.

Максимальное или амплитудное значение (Im,Um,Em,Pm).

Эффективное значение тока – это величина переменного тока, равная такому току, который на сопротивлении R, создаёт тепловыделение равное данному переменному току, за тоже время t (I,U,E,P).


Open Library - открытая библиотека учебной информации

Электротехника Электрический ток, периодически меняющийся со вре­менем по модулю и направлению, называется переменным током.

просмотров - 1587

Получение переменного электрического тока

Рассмотрим еще раз получение индукционного тока в катушке с помощью перемещения относительно нее постоянного магнита (см. рис. 126, а). Но теперь будем периодически двигать магнит вверх и вниз в течение нескольких секунд. Мы увидим, что при этом стрелка гальванометра отклоняется от нулевого делœения то в одну, то в другую сторону. Это говорит о том, что модуль силы индукционного тока в ка­тушке и направление этого тока периодически меняются.

В осветительной сети наших домов и во многих отраслях про­мышленности используется именно переменный ток.

Сегодня для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генерато­ры, т. е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Индукционными они называются потому, что их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

В § 48 рассматривался пример получения индукционного тока вплоском контуре при вращении внутри него магнита (см. рис. 128, б). На этом принципе и работает электромеханический генератор пере­менного тока. Неподвижная часть генератора, аналогичная контуру, принято называть статором, а вращающаяся, т.е.магнит, — ротором. В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Статор промышленного генератора представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и пр.). Во внутренней его части прорезаются пазы, в ко­торые витками укладывается толстый медный провод. В витках и индуцируется переменный электрический ток при изменении прони­зывающего их магнитного потока.

Магнитное поле создается ротором (рис. 138, а). Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Ток к этой обмотке подводится через щетки и кольца от постороннего ис­точника постоянного тока.

На рисунке 138, б вы видите полную схему генератора перемен­ного тока. Штрихами показано примерное расположение линий ин­дукции магнитного поля ротора. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки об­мотки статора, периодически меняется, в результате чего в них ин­дуцируется переменный ток.

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с по­мощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.

На рисунке 139, а изображен внешний вид мощного гидрогенера­тора, а на рисунке 139, б схематично показано его устройство, где цифрой 1 обозначен статор, цифрой 2 ротор, а цифрой 3 — водяная турбина.

Мы видим, что ротор гидрогенератора имеет не одну, а несколько пар магнитных полюсов. Чем больше пар полюсов, тем больше часто­та переменного электрического тока, вырабатываемого генератором при данной скорости вращения ротора. Поскольку скорость враще­ния водяных турбин обычно невелика, то для создания тока стан­дартной частоты используют многополюсные роторы.

Стандартная частота переменного тока, применяемого в про­мышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Это означает, на протяжении 1 с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую. В не­которых странах (к примеру, США) стандартная частота переменного то­ка равна 60 Гц.

Сила тока, вырабатываемого ге­нераторами переменного тока, ме­няется со временем по гармоническому закону (т. е. по закону синуса или косинуса). На рисунке 140 показан график изменения силы тока i со временем t.

Переменный ток | это... Что такое Переменный ток?

Переме́нный ток, AC (англ. alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Преимущества сетей переменного тока

  • Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
  • Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями[источник не указан 1115 дней]).
  • Возможность передачи на более длинные расстояния, нежели постоянный.

Генерирование переменного тока

Преобразователь постоянного тока в переменный.

Переменный ток получают путем вращения рамки в магнитном поле. Принцип действия — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается якорь из магнита (электромагнита) с несколькими полюсами (2, 4, 6 и т. д.), а с обмоток статора снимается переменное напряжение.

Стандарты частоты

В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 - этот вариант принят в США) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).

В текстильной промышленности, авиации, метрополитене и военной технике для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения могут применять частоту 400 Гц (однако, чаще всего - метрополитены электрифицированы по системе постоянного тока), а в морском флоте 500 Гц.

Электрификация ПТ

В России и СНГ около половины всех ЖД работает на переменном токе частотой 50Гц.[источник не указан 345 дней]

Ссылки

См. также

Как были изобретены и использовались первые генераторы?

Прорыв произошел, когда были изобретены машины, превращающие механическую работу в электричество. В одной из предыдущих статей я уже упоминал о фундаментальном открытии выдающегося английского физика Майкла Фарадея, который в 1831 году показал возможность получения электрического тока с помощью переменного магнитного поля. Это явление, называемое электромагнитной индукцией, лежит в основе функционирования всех генераторов.Первый такой генератор был построен самим Фарадеем в том же 1831 году, что доказывает, что он сразу осознал новаторский потенциал своего открытия. Этот первый генератор известен как диск Фарадея — вращаемый рукояткой, он производил электрический ток. Это был первый электрический ток, полученный из механической энергии. В данном случае это была энергия мускулов Фарадея, но теперь она использует энергию пара на тепловых электростанциях, энергию текущей воды на гидроэлектростанциях, энергию ветра на ветряных мельницах или ядерную энергию на атомных электростанциях.Источник энергии значения не имеет — важно то, что если что-то (или кто-то) раскручивает генератор, механическая энергия производит электричество. Причем, в отличие от стека Вольта и всех остальных аккумуляторов - энергии у вас может быть сколько угодно, она зависит только от мощности двигателя, приводящего в движение генератор и, конечно же, от конструкции самого генератора.

Первые генераторы

Диск Фарадея был эффектным, но непрактичным. Полученное напряжение было небольшим, и ток тоже был небольшим. Лучших результатов можно было бы добиться, используя катушки правильной формы вместо однородного диска.У француза Ипполита Пикси была гениальная идея: он поместил под парой катушек вращающийся подковообразный магнит. Вращающийся магнит (приводимый в движение кривошипом) приближался к сердечнику катушки один раз к одному полюсу, затем к другому и, таким образом, индуцировал электрический ток.

Генератор Пикси, построенный в 1832 г., имел одну особенность: он производил переменный ток, т. е. протекающий туда-сюда. Сегодня это было бы преимуществом, потому что после открытия Николы Теслы (о котором я напишу в одной из последующих колонок, ибо оно не имело места до 1886 г.), переменный ток используется практически повсеместно. Это то, что есть у нас в домах, на заводах и на улицах. Это то, что производят все электростанции, именно поэтому генераторы переменного тока сегодня пользуются наибольшим спросом. Но когда Pixii построил такой генератор, все привыкли к току, потребляемому от батареи, т.е. постоянному току, который всегда течет в одном направлении, условно от полюса «+» к полюсу «-». Генератор Пикси с током, текущим то в одну, то в другую сторону (причем то и дело) не соответствовал этим нормам и был взят с подозрением.И тут в очередной раз Андре-Мари Ампер оказался «человеком предусмотрительности». Он много раз спасал пионеров электричества от разных трудностей и на этот раз тоже нашел верное решение проблемы, предложив использовать коммутатор - кольцо с металлическими секторами, вращаемыми магнитом. Благодаря его использованию катушки, генерирующие ток, автоматически подключались к внешней цепи так и иначе, что означало, что ток по внешней цепи протекал только в одном направлении.Хоть и пульсирующий, но однонаправленный. Таким образом был создан первый генератор постоянного тока - устройство, которое должно было доминировать во всей электротехнике в течение нескольких десятков лет и которое используется (конечно, с серьезными конструктивными изменениями) во многих приложениях до сегодняшнего дня.

От лабораторной модели к полезной машине

Генератор Пикси, даже с заправками Ампера, был, как и диск Фарадея, просто лабораторным устройством, показывающим, что производство электроэнергии возможно, но не обеспечивающим достаточно энергии для удовлетворения каких-либо практических потребностей.Первым человеком, который построил генератор, который мог обеспечить много электроэнергии для конкретных приложений, был Джон Стивен Вулрич, который разработал и в августе 1842 года запатентовал (патент № 9431) генератор, который должен был использоваться в гальванике вместо существующего питания от батареи. поставлять. Целью процессов, для которых должен был подаваться ток от генератора Вулрича, было электролитическое покрытие поверхностей различных металлических изделий защитными покрытиями. Стоит отметить, что после почти полувекового контакта человека с электричеством (считая с популяризации стека Вольта) практики вслед за учеными в основном думали об электрохимии, тогда как к первым электродвигателям, которые были созданы тем временем, относились более как диковинки.

В 1844 году генератор по патенту Вулрича был построен Magneto Works of Thomas Prime and Son в Бирмингеме и использовался на гальваническом заводе, где он приобрел хорошую репутацию. К сожалению, серийного производства генераторов Вулрича так и не произошло, поэтому решающий момент еще не настал.

Еще одну попытку предпринял бельгиец Флорис Ноллет. Он построил большой генератор, работающий на паровом двигателе, который запатентовал в Англии в 1850 году. Преимущество машины Нолле в том, что она производила постоянный ток (вв в гальванических цехах) без использования коммутатора, что повысило его надежность и долговечность. Этот генератор впервые был связан (помимо электрохимии) с функцией освещения. Он использовался для питания первых источников электрического света, которыми были дуговые лампы (светящийся элемент представлял собой электрическую дугу, образующуюся между угольными электродами подобно тому, как сейчас при электросварке). Нолле должен был производить такие комплекты, состоящие из генератора и одного или нескольких источников дугового света, на британо-французской компании Société de l'Alliance.Позже это производство было осуществлено французом Огюстом де Меритенсом, который улучшил генератор Нолле (получил два патента на него в 1878 году) и адаптировал его для использования в качестве источника питания для освещения маяка. Он тоже правильно связывал огромную температуру электрической дуги, горящей в этих первых источниках электрического света, с процессом сварки металлов. Он разработал детали и в 1881 году получил французский патент на процесс электросварки. Интересно: этот изобретательный изобретатель и гениальный инженер был аристократом и имел титул барона!

Дуговые лампы уже давно не используются, потому что им на смену пришли лампочки, а теперь и светодиоды, хотя в качестве курьеза стоит упомянуть, что долгое время они еще применялись в проекционных камерах, используемых для показа фильмов.Там они работали очень хорошо, давая очень сильный луч света, который позволял проецировать изображения из тесной проекционной кабины на далекий серебряный экран перед зрителями в кинозале. С другой стороны, метод электросварки, изобретенный бароном Огюстом де Меритенсом, используется и сегодня.

Начало распределения электроэнергии по линии электропередачи

Другой важный этап в развитии устройств для производства электроэнергии с использованием механической работы и распределения ее на расстоянии к потребителям приходится на 1873 г.Создателем достижения стал бельгиец Зеноб Теофиль Грамм. Он был очень искусным конструктором, чей генератор, именуемый «колесом Грамма», считался настолько интересным и новаторским, что был представлен на заседании Французской академии наук в Париже в 1871 году. Грамм представил ряд доработки его генератора по отношению к предыдущим конструкциям других исследователей, в т.ч. он применил более совершенную конструкцию коммутатора и новые способы расположения витков использованных катушек (расположенных в специальных пазах, что используется и по сей день).В результате Gramme получил гораздо лучший КПД своего генератора и его большую механическую прочность. Кроме того, этот генератор обеспечивал более «гладкий» постоянный ток (с меньшими пульсациями, вызванными работой коммутатора) и позволял достигать гораздо более высоких напряжений, чем устройства, построенные другими конструкторами. В результате это был первый генератор, который был принят промышленностью и производился (и использовался) в больших количествах.

Однако самое интересное было еще впереди.Генератор, сконструированный им (совместно с Ипполитом Фонтеном), был отправлен на всемирную выставку в Вене в 1873 г., где Грамм, среди прочих, продемонстрировал, что ток, вырабатываемый его генератором, может быть направлен к удаленным приемникам энергии (показана передача тока по медным проводам на расстояние 2 км). Таким образом, он доказал, что электричество можно производить в одном месте, а использовать в другом. Так работают сегодня все ЛЭП!

Самореклама

Уникальная возможность

Годовой доступ к контенту рупий.PL за полцены

КУПИТЬ

.

источник достоверных и достоверных знаний

Различают постоянный электрический ток (сила электрического тока не меняется со временем) и переменный ток, частным случаем которого является переменный ток. Примером переменного тока является синусоидальный электрический ток, вызванный синусоидальным переменным напряжением, описываемый уравнением U = U m cos ω t ; то изменения силы электрического тока описываются уравнением амплитуды тока (называемые также пиковым напряжением и пиковым током), ω = 2π f - угловая частота (пульсация), f - частота, φ - фазовый сдвиг.СКЗ напряжения U ск и СКЗ I ск равны напряжению постоянного тока или току, протекание которого производит одновременно такое же количество теплоты, как и для рассматриваемого переменного тока; для синусоидального тока: U ск = U м /, I ск = I м /. Важнейшими явлениями, сопровождающими возникновение электрического тока, являются образование магнитного поля и явления: тепловыделение (закон Джоуля; кроме сверхпроводников при температурах ниже критической), гальваномагнитные и химические явления (электролиз).Источниками электрического тока являются гальванические, фотоэлектрические или термоэлектрические элементы и электрические генераторы. В энергетике применяют трехфазный электрический ток, направляемый по трехфазной линии, в которой протекающие токи сдвинуты по фазе на ⅓ периода ( φ = 0°, 120°, 240°). Частота электрического тока в электросети Польши и большинства стран 50 Гц, действующее напряжение 230 В (в США - 60 Гц и 110 В соответственно). .90 000 Воздействие электрического тока на организм человека - Электрогазоустановки - Строительство и реконструкция 9000 1

Поражение электрическим током — это физическое, химическое или биологическое изменение, вызванное протеканием электрического тока через живой организм. Сам процесс прохождения электричества через живой организм называется электрическим током. Это означает, что поражение электрическим током является результатом поражения электрическим током. Действие электрического тока на человека может быть:

  • прямой , возникает при протекании электрического тока через тело человека или его часть,
  • косвенное , заключающееся в возникновении повреждения без протекания тока через тело человека (напр.травмы, вызванные падением с высоты в результате реакции человека на ожоги электрической дугой) 9000 8

Читайте также: Экологически чистое электрооборудование

Влияние электрического тока на организм человека

Когда электричество проходит через тело человека, оно вызывает множество вредных физических, химических и биологических изменений. Ток, вызывающий эти изменения, называется ударным током, а повреждения, изменения и нарушения нормального функционирования организма человека, вызываемые этим током, — электрическим током.Ударный ток протекает через тело человека при его прикосновении к двум точкам установки или цепи одновременно, между которыми имеется напряжение

Последствия поражения электрическим током одной и той же силы могут быть различными в зависимости от пути, по которому ударный ток проходит через тело человека.

Реакция организма человека на ударный ток зависит от:

  • значений тока, протекающего через тело человека,
  • видов тока (постоянный, переменный),
  • продолжительность этого потока,
  • напряжение (значение силы тока [I] в проводнике прямо пропорционально напряжению [U], приложенному к его концам, и обратно пропорционально сопротивлению проводника [R] - по закону Ома),
  • Показаны
  • путей прохождения тока через тело человека (наиболее опасные пути через сердце человека и нервные центры, т.е.путь между одной рукой и другой, и путь между рукой и ногами. Наиболее опасные последствия вызывает ближайший к сердцу поток тока (левая рука - голова)
  • частот (наиболее распространенный ток f=50 Гц, в США f=60 Гц),
  • психофизического состояния парализованного,
  • условия окружающей среды,
  • резистентность организма человека в зависимости, например, от состояния здоровья человека, влажности эпидермиса, потребляемой жидкости и др.,
  • поверхность контакта с проводником, давление проводника на эпидермис.

Читайте также: Современные решения в инсталляции зданий

Может воздействовать на человека:

  • постоянный ток, вызывающий электролитические эффекты, т. е. перемещение ионов, изменяющее их концентрацию по обе стороны клеточной мембраны и приводящее к дисфункции клетки,
  • переменный ток, оказывающий отрицательное воздействие:

- влияние на кровообращение и дыхание,

- воздействие на нервную систему,

- тепловое действие,

- поражение мышц и костей

Постоянный ток менее вреден, чем переменный ток частотой 40-60 Гц того же номинала.Вредоносность тока уменьшается с увеличением частоты. Однако при высоких напряжениях и больших мощностях, например, на передающих станциях, случайное прикосновение к проводам может вызвать сильные ожоги.

На практике нас особенно интересуют последствия поражения электрическим током частотой f = 50 Гц, обычно применяемые в энергетике.

Время прохождения ударного тока через тело человека оказывает существенное влияние на последствия поражения электрическим током.Разрушение считается кратковременным, если протекание ударного тока менее 5 секунд, время разрушения более 5 секунд считается длительным.

Потоки переменного тока в диапазоне от единиц до десятков миллиампер воспринимаются отдельными людьми по-разному. Так как в вопросах защиты от поражения электрическим током нельзя руководствоваться индивидуальными свойствами различных организмов, на основании многочисленных опытов установлены средние значения тока
и сопротивления тела человека.При протекании переменного тока силой около 10 мА возникают болезненные мышечные сокращения, пострадавший может снять напряжение самостоятельно. Ток в 30 мА считается опасным для жизни. Опасность также увеличивается со временем прохождения тока через тело человека.

Поэтому очень важно как можно быстрее отключить напряжение или избавить человека от последствий этого напряжения.

Опасность для жизни

Сердце обеспечивает непрерывную циркуляцию крови в организме человека и снабжает клетки мозга кислородом.Это необходимое условие жизни. Остановка сердца и нарушение снабжения мозга кислородом вызывают - через период 3 - 5 минут - такие изменения в головном мозге, что восстановить нормальное сердцебиение по истечении этого времени становится практически невозможно.

Нормальной функцией сердца являются ритмические сокращения и расслабления желудочков, вызванные очень низкими биотоками. Большой ток вызывает проблемы с сердцем. Такое расстройство - самое опасное для жизни - это фибрилляция камер сердца она же фибрилляция.

При фибрилляции желудочков вместо регулярных периодических сокращений сердца (60-70 в минуту) появляются нерегулярные сокращения с частотой 6 - 10 Гц (400 - 600 в минуту). При этом резко падает артериальное давление и прекращается кровоток, что сначала вызывает церебральную гипоксию, а примерно через 10 секунд - потерю сознания. Если этот процесс займет больше времени, еще через 20 секунд дыхание прекратится и наступит клиническая смерть.

Пострадавшего еще можно спасти, если ему оказать действенную помощь в течение 3 - 5 минут, т. е. до того времени, когда кора головного мозга сможет выжить без снабжения кислородом Фибрилляция желудочков сердца может стихнуть под влиянием очень сильного электрического стимул. Устройства для этой цели называются дефибрилляторами .

Статья подготовлена ​​совместно с
www.gvarant.pl

.

Как измерить напряжение и силу тока

С помощью мультиметра:

При использовании мультиметра следует учитывать несколько основных моментов:

  • диапазон измеряемой величины - выберите диапазон, который больше ожидаемого значения измерения, но наименьший из возможных (выбор слишком большого диапазона приведет к снижению точности измерения) - например, когда вы хотите измерить напряжение в розетка с ожидаемым значением 230В и возможными диапазонами 2, 20, 200, 700 и 1000, лучшим выбором будет диапазон 700В - это наименьший из диапазонов больше ожидаемого значения.При проверке напряжения на аккумуляторе 9В оптимальным выбором будет диапазон 20В, при проверке напряжения на аккумуляторе 1,5В - диапазон 2В.
  • тип изменчивости измеряемой величины - при измерении напряжения или тока тип изменчивости является чрезвычайно важным элементом - измерение, например, переменного напряжения с помощью вольтметра, адаптированного к постоянному напряжению, приведет к ошибочному результату измерения. На разных мультиметрах используются разные маркировки:
постоянного тока
Измеряемая величина и тип волатильности Символическое обозначение Текстовая маркировка
ДКВ
Напряжение переменного тока АЦВ
Постоянный ток DCA
Переменный ток АКА

Как измерить напряжение 9000 3

Напряжение измеряется подключением вольтметра параллельно к приемнику:


Как измерить ток 9000 3

Напряжение измеряется путем последовательного подключения амперметра к приемнику (очень низкое внутреннее сопротивление может привести к короткому замыканию и необратимому повреждению амперметра при параллельном подключении к приемнику):

.

Последовательные и параллельные соединения - dlaucznia.pl

Последовательные и параллельные соединения

Провода в электрических цепях могут разветвляться и соединяться друг с другом. Местами ответвлений и соединений являются так называемые узла . Участком электрической цепи между двумя соседними узлами является ветвь .

Обратите внимание: лампочки на рисунке А выше не подключены к одной и той же паре узлов, но мы говорим, что они подключены параллельно.Это связано с тем, что оголенный провод сам по себе вызывает настолько малое падение напряжения, что им можно пренебречь — такой провод не имеет отношения к свойствам цепи. Схему с вышеприведенного рисунка А можно представить так же, как и ниже — расстояние между ветвями важно только для наглядности схемы.

Последовательное соединение в зависимости от напряжения и тока

Если элементы цепи соединены последовательно, значит, через них протекает одинаковое количество зарядов.Заряды проходят через элементы, выполняя работу, например заставляя светить лампочку или вращая двигатель, но это не значит, что они исчезают по пути. Просто после выполнения работы на данном элементе заряды имеют меньшую энергию - на каждом элементе падение напряжения, а падения напряжения складываются.

Параллельное соединение в зависимости от напряжения и тока

Если элементы соединены параллельно, значит, они подключены к одной и той же паре узлов, то есть к двум точкам схемы.Если к такой паре узлов подключить вольтметр, то он покажет напряжение, которое будет общим для всех ветвей цепи.

На первый взгляд трудно определить, последовательное это соединение или параллельное. Однако следует помнить, что если между узлами нет других элементов, мы можем соединить такие узлы и новая схема подключения будет такой же, как и предыдущая. Если мы соединим узел 1. с узлом 3., а затем узел 2. с 4. как на рисунках ниже:

, мы увидим, что каждая лампочка подключена между одной и той же парой узлов, поэтому они соединены параллельно.

.

Сварка ММА - EWM AG

Общая информация
Сварка ММА

(номер процесса 111) является одним из методов сварки, в частности, методами дуговой сварки плавящимся электродом. ISO 857-1 (издание 1998 г.) объясняет процессы сварки для этой группы с использованием английского перевода следующим образом:
Дуговая сварка плавящимся электродом: Электродуговая сварка отработанным электродом.Дуговая сварка плавящимся электродом без защиты газа: процесс дуговой сварки плавящимся электродом без внешнего защитного газа и ручной дуговой сварки плавящимся электродом: ручная дуговая сварка плавящимся электродом с использованием экранированного электрода.
В Германии последний способ называют ручной дуговой сваркой или, сокращенно, сваркой покрытыми электродами (в просторечии электродной сваркой). В англоязычном регионе этот метод известен как MMA или MMAW (ручная дуговая сварка металлом).Этот метод характеризуется тем, что дуга горит между плавящимся электродом и сварочной ванной. Внешней защиты нет, электрод образует экран от атмосферы. Электрод является носителем дуги и сварочной добавкой. Экран изготовлен из шлака и/или защитного газа, который в т.ч. они защищают проходящую каплю и сварочную ванну от притока атмосферных газов, т.е. кислорода, азота и водорода.

Тип тока

В принципе, для ручной электродуговой сварки можно использовать как постоянный, так и переменный ток, но не все типы электродных оболочек можно сваривать синусоидальным переменным током, напр.не просто основные электроды. При сварке постоянным током большинство типов электродов соединяют отрицательный полюс с электродом, а положительный полюс с заготовкой. Основные электроды также являются исключением. Тогда сварка на положительном полюсе будет проще. То же самое относится и к некоторым целлюлозным электродам. Подробнее об этом можно прочитать в разделе о типах электродов. Электрод – это рабочий инструмент сварщика. Он направляет зажженную на него дугу в сварочный зазор и оплавляет кромки сварного шва, как показано на рисунке 2.В зависимости от типа сварного шва и толщины основного материала требуются разные значения силы тока. Поскольку пропускная способность электродов по току ограничена их диаметром и длиной, стержневые электроды доступны в различных диаметрах и длинах. В таблице 1 показаны размеры, определенные в DIN EN 759. По мере увеличения диаметра стержня можно использовать более высокие сварочные токи.

Типы электродов
Стержневые электроды

доступны с различным составом оболочки.Структура экрана определяет характер плавкости электрода, его сварочные свойства и качество металла шва (дополнительную информацию см. в разделе «Выбор электрода для применения». Согласно DIN EN 499, различные типы указанные экраны используются в стержневых электродах для сварки нелегированных сталей.различают основные и смешанные типы.Буквы, используемые в обозначении, произошли от английских терминов: Буква C = целлюлоза, A = кислота, R = рутил и B = основной .В Германии доминирующую роль играет тип рутила. Стержневые электроды могут иметь тонкое, среднее или толстое покрытие. В случае электродов с рутиловым покрытием, которые используются для покрытия всех трех толщин, электроды с толстым покрытием маркируются буквами RR для лучшей дифференциации. У легированных и высоколегированных стержневых электродов такого разнообразия типов покрытия не существует. В случае стержневых электродов для сварки нержавеющих сталей, которые определены в DIN EN 1600, различают, например,только рутиловые электроды и основные типы, аналогичные жаропрочным сталям (DIN EN 1599), но и здесь в случае рутиловых электродов выделяют смешанные рутилово-основные типы, без четкого определения состава. Это относится, например, к электродам, имеющим лучшие сварочные свойства в принудительных положениях. Стержневые электроды для сварки высокотвердых сталей (DIN EN 757) доступны только с основным покрытием.

Свойства типа крышки

Состав и толщина покрытия оказывают большое влияние на сварочные свойства.Это касается как стабильности дуги и переноса материала при сварке, так и вязкости окалины и сварочной ванны. Размер капель, проходящих через дугу, имеет особое значение.
На рисунке схематично показан переход капли для четырех основных типов отставания: целлюлозного (а), рутилового (б), кислотного (в), основного (г).
Отставание состоит в основном из органических материалов, которые сгорают в дуге и выделяют газ, покрывающий зону сварки.Так как футеровка содержит лишь небольшое количество материалов, стабилизирующих дугу, в дополнение к целлюлозе и другим органическим веществам, гангрена образуется очень мало. Электроды с целлюлозным покрытием особенно хорошо подходят для сварки сверху вниз, так как не нужно беспокоиться об образовании слоя гангрены перед сварным швом.

Кислотный тип (А), покрытие которого состоит преимущественно из железных и марганцевых руд, обеспечивает атмосферу вокруг дуги большим количеством кислорода.Он поглощается свариваемым материалом и снижает его поверхностное натяжение. Благодаря этому материал переносится в виде мелких капель, а свариваемый материал сильно псевдоожижается. Поэтому эти типы электродов не подходят для сварки в положительном положении. Дуга также очень «горячая» и, допуская высокие скорости сварки, имеет тенденцию к подрезу. Из-за вышеописанных недостатков электродные стержни только с кислотным покрытием в Германии применяются очень редко.

Вместо них чаще используются электроды с рутиловой кислотой (RA)

, представляющие собой смесь кислотных и рутиловых электродов. Электрод также обладает подходящими сварочными свойствами. Покрытие рутилового электрода (R/RR) состоит в основном из диоксида титана в виде минерала рутила (TiO2) или ильментита (TiO2). FeO), а также искусственный диоксид титана. Этот тип электрода характеризуется прохождением материала в виде мелких или средних капель, плавным плавлением без разбрызгивания, очень точным определением валиков, легким удалением гангрены и легким повторным возгоранием.Последнее свойство можно наблюдать только в случае рутиловых электродов с высокой долей TiO2 в покрытии. Это означает, что в случае электрода, который уже однажды расплавился, его можно повторно зажечь, не удаляя кратер. Слой гангрены, образовавшийся в кратере, при достаточном содержании TiO2 имеет почти такую ​​же проводимость, как и полупроводник, так что при приближении электрода к краю кратера дуга зажигается, не касаясь элемента с сердечником стержень. Это самопроизвольное повторное возгорание имеет важное значение всякий раз, когда сварочный процесс часто прерывается, например, прив случае коротких сварных швов.

Помимо электродов с чистым рутилом, в этой группе электродов имеется также несколько смешанных типов. Это может быть, например, тип рутил-целлюлозы (RC), в котором часть рутила заменена целлюлозой. Так как при сварке целлюлоза сгорает, образуется меньше окалины. Поэтому этот тип также можно использовать для сварки сверху вниз (положение PG). Тем не менее, он также имеет хорошие свойства в большинстве других предметов.

Другим смешанным типом является тип на основе рутила (RB).Этот тип электрода имеет немного более тонкое покрытие, чем тип RR. Эта особенность, а также особые характеристики гангрены делают их особенно подходящими для сварки вниз-вверх (PF). Есть еще базовый тип (В). Покрытие этого типа электродов состоит в основном из основных оксидов кальция (CaO) и магния (MgO), к которым добавлен плавиковый шпат (CaF2) для разбавления гангрены. Более высокие уровни флюорита ухудшают свариваемость переменным током. Таким образом, чисто основные электроды не подходят для сварки переменным током с синусоидальной характеристикой, однако существуют также смешанные типы с более низким содержанием плавикового шпата в покрытии, которые можно использовать с этой характеристикой тока.Перенос материала основных электродов происходит в виде капель от среднего до толстого размера, а сварочная ванна плотная. Электрод хорошо сваривается во всех положениях. Однако полученные стежки несколько более выпуклые из-за большей вязкости свариваемого материала и имеют более толстые ребра. Свариваемый материал очень плотный.

Основные покрытия гигроскопичны. Поэтому убедитесь, что они хранятся в чистом и сухом месте. Смоченные электроды следует высушить.Однако свариваемый материал имеет очень низкое содержание водорода, если электроды свариваются всухую. Помимо стержневых электродов с нормальным КПД (<105%), существуют и такие, которые имеют более высокий КПД за счет добавления в покрытие железного порошка (чаще всего >160%). более экономичны, чем обычные электроды, однако их применение обычно ограничивается горизонтальным положением ПА или ПБ.

Надлежащая сварка MMA

Сварщик должен иметь высокую квалификацию не только с точки зрения ручных навыков, но и иметь соответствующий опыт, чтобы избежать ошибок. Руководство DVS (Немецкой ассоциации сварщиков) по обучению сварке и связанным с ней процедурам признано во всем мире, а также было принято Международной ассоциацией сварщиков (IIW). Перед началом сварки свариваемые детали необходимо соединить прихватками.Прихваточные швы должны быть настолько длинными и толстыми, чтобы элементы не могли чрезмерно деформироваться относительно друг друга во время сварки и чтобы точки прихватки не отрывались.

  1. Заготовка
  2. Сварка
  3. Шлак
  4. Арка
  5. Стержневой электрод
  6. Держатель электрода
  7. Источник сварочного тока

Зажигание дуги

Сварочный процесс при сварке ММА может быть инициирован контактным зажиганием.Чтобы замкнуть электрическую цепь, сначала замкните накоротко электрод и свариваемый предмет, а затем слегка приподнимите электрод, чтобы зажглась дуга. Поэтому процесс воспламенения никогда не должен происходить вне сварного шва, а обычно только в тех точках, которые расплавятся сразу после зажигания дуги. Там, где воспламенение невозможно, существует риск растрескивания из-за внезапного нагрева в случае очень чувствительных материалов. В случае основных электродов с тенденцией к образованию пор в начале сварного шва зажигание должно происходить еще дольше до фактического начала сварки.Затем дуга отводится в начальную точку сварного шва, и по мере продолжения сварки первые капли, в основном пористые, снова плавятся.

Направляющая электрода

Электрод располагается вертикально или немного по диагонали на поверхности листа. Он слегка наклонен в сторону сварки. Видимая длина дуги, т. е. расстояние между краем кратера и поверхностью заготовки, должна примерно соответствовать диаметру стержневого стержня.Основные электроды необходимо приваривать очень короткой дугой (зазор = 0,5 x диаметр стержня). Для этого их необходимо направлять более вертикально, чем рутиловые электроды. Пунктирные стежки сварены в большинстве положений или имеют место небольшое колебание с расширением ширины канавки вверх. Маятниковые стежки проводятся по всей ширине паза только в положении PF. Как правило, происходит замыкающая сварка, только в положении ПФ электрод протыкается.

  1. Сварной зазор
  2. Стержневой электрод
  3. Жидкий наплавленный металл
  4. Жидкий шлак
  5. Отвержденный шлак

Влияние электромагнитного отклонения дуги

Эффект электромагнитного отклонения дуги представляет собой удлинение дуги в результате ее отклонения от ее центральной линии, при котором слышен шипящий звук.Такое отклонение может привести к нарушению сварного шва. Провар может быть и недостаточным, а при сварке, которая сопровождается гангреной, в шве может появиться гангрена в результате гангрены, предшествующей месту сварки. Отклонение дуги происходит из-за наличия магнитного поля. Как и любой проводник, по которому течет ток, электрод и дуга окружены электромагнитным полем в виде цилиндра, отклоняющегося в зоне дуги в месте перехода к основному материалу.В результате силовые линии электромагнитного поля располагаются более плотно внутри и реже снаружи. Дуга изгибается в сторону более слабого электромагнитного поля. В результате она удлиняется и издает шипящий шум из-за возрастающего напряжения дуги. Таким образом, противоположный полюс обладает дугоотталкивающим эффектом. Изменение магнитной силы связано с тем, что электромагнитное поле лучше распространяется в ферромагнитном материале, чем в воздухе. Поэтому дуга притягивается к большим металлическим массам.Оно проявляется, в том числе, в еще и в том, что при сварке ферромагнитного материала дуга отклоняется внутрь на концах пластины. Отклонению дуги можно противодействовать, расположив электрод под правильным углом. Поскольку отклонение дуги при сварке постоянным током особенно велико, по возможности следует выполнять сварку переменным током, чтобы компенсировать или, по крайней мере, значительно уменьшить этот эффект. Прогиб дуги может быть особенно большим из-за воздействия соседних металлических масс при сварке корневых слоев.Здесь полезно, если переходу магнитного поля способствует выполнение плотных, не слишком коротких прихваточных швов.

Параметр сварки

Во время сварки ММА можно установить только силу тока. Напряжение дуги зависит от длины электрической дуги, поддерживаемой сварщиком. При установке тока учитывайте пропускную способность по току для диаметра используемого электрода. Правило состоит в том, что нижние предельные значения относятся к сварке корневых проходов или позиций PF, а верхние предельные значения относятся к остальным позициям, а также к присадочному или верхнему слою.Скорость наплавки и соответствующая скорость сварки уменьшаются с увеличением силы тока. Проникновение также увеличивается с увеличением тока. Указанные токи относятся только к нелегированным и низколегированным сталям. Для высоколегированных сталей и материалов на основе никеля следует устанавливать меньшие значения из-за более высокого электрического сопротивления сердечника стержня.

Сила тока в зависимости от диаметра электрода

При расчете отдельных ампер в A необходимо учитывать следующие правила:

20-40 х Ø 90 110

  • При диаметре 2,0 мм ток должен составлять от 40 до 80 А
  • При диаметре 2,5 мм ток должен составлять от 50 до 100 А

30-50 x Ø 90 110

  • При диаметре 3,2 мм сила тока должна составлять от 90 до 150 А
  • При диаметре 4,0 мм сила тока должна составлять от 120 до 200 А
  • При диаметре 5,0 мм сила тока должна составлять от 180 до 270 А

35-60 x Ø 90 110

  • При диаметре 6,0 мм сила тока должна составлять от 220 до 360 А
Для успешной сварки ММА требуется следующее оборудование:

Дополнительную информацию о сварке MMA можно найти в нашем Кодексе сварки.

.

Техника сварки MMA >> Справочник eSpawarka.pl

Техника сварки MMA

ICD.pl 1 Декабрь 2015 Сварка стержневыми электродами - MMA

Станция электросварки с покрытым электродом

Станция для сварки покрытым электродом0 включает 5:

  • Источник постоянного или переменного тока с системой управления. Популярные названия: сварочный аппарат, сварочный аппарат ММА, сварочный трансформатор, сварочный выпрямитель, сварочный инвертор.

  • кабель с электрододержателем для подачи сварочного тока на электрод,

  • кабель заземления с зажимом, соединяющий заготовку с источником питания.

Как сваривать методом ММА – основная информация

Перед началом сварки рекомендуется тщательно проверить состояние источника, кабелей, электрододержателя и зажима заземления. Если источник оснащен пультом управления или системой дистанционного управления, их работу также следует проверить.Кроме того, следует проверить правильность выбора марки и диаметра электрода для применения. Покрытие электрода не должно быть нарушено.

Сварка начинается ударом сварочного электрода по разделке под сварку. Затем электрод следует вывести, не вызывая чрезмерного удлинения дуги и перемещая ее медленно и равномерно, все время наблюдая за поверхностью образовавшейся сварочной ванны. Сварочный электрод следует перемещать с наклоном держателя вперед - в направлении, соответствующем направлению сварки.Слой шлака виден за сварочной ванной. Расстояние линии шлака от сварочной ванны можно регулировать сварочным током и углом наклона сварочной горелки.

При сварке основное внимание следует уделять длине дуги, которая должна быть как можно короче. Длина дуги во время сварки может легко увеличиваться по мере износа электрода. Поначалу контролировать движение электрода может быть несколько сложно, но с практикой становится легче.

После износа электрода удалить шлак из соединения и очистить его стальной щеткой.Зажигание дуги в следующем электроде следует начинать в месте, несколько опережая участок сварного шва, затем переносить его обратно на этот участок шва и продолжать процесс сварки.

Для завершения прокладки стыка электрод следует немного отвести вдоль стыка, а затем отвести уверенным движением.

Основные параметры процесса сварки покрытым электродом

  • Вид и полярность сварочного тока - процесс сварки ММА может быть постоянным или переменным током с частотой сети 50Гц.Тип тока выбирается в зависимости от типа используемого электрода. На упаковке электрода производители указывают тип и полярность тока, который следует подбирать для данного типа электрода.
    При сварке постоянным током количество тепла в положительном полюсе составляет примерно 70% всего тепла, выделяющегося в дуге. Таким образом, полярность влияет на скорость плавления электрода и глубину плавления.
    При сварке переменным током количество тепла распределяется равномерно, но дуга менее стабильна.

  • Сварочный ток - это параметр, который настраивается непосредственно в сварочном аппарате.Величину сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, его типа и положения сварки. Ориентировочно значение сварочного тока в амперах можно подобрать по формуле I sp = (30÷40)×d , где d – диаметр электрода в миллиметрах. Меньшие значения выбирают при выполнении первого стежка и при сварке в вынужденных положениях: потолочное, настенное.
    Слишком низкая сила тока вызывает нестабильность дуги, а слишком высокая сила тока вызывает чрезмерное разбрызгивание, чрезмерный нагрев и повреждение покрытия электрода.

  • Тип и диаметр электрода - Диаметр покрытого электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого элемента или шва, положения сварки, а также типа электрода от типа свариваемого материала.
    На практике электроды с покрытием имеют диаметр сердечника от 1,6 мм до 6,0 мм. Диаметр электрода должен быть меньше толщины свариваемого материала. Примеры толщины свариваемого материала электродами разного диаметра:
    - Ø1,6мм - 1,5 ÷ 2,5мм
    - Ø2,0мм - 2,5 ÷ 3,5мм
    - Ø2,5мм - 3,0 ÷ 5,5мм
    - Ø3,2мм - 4,0 ÷ 6,5 мм
    - Ø4,0 мм - 6,0 ÷ 9,0 мм
    - Ø5,0 мм - 7,5 ÷ 10 мм
    - Ø6,0 мм - 9,0 ÷ 12 мм

    в том, что диаметр электрода с покрытием определяет m.в плотность сварочного тока. Это оказывает непосредственное влияние на форму сварного шва и глубину его проплавления. Это также влияет на возможность сварки в вынужденных положениях. Увеличение диаметра электрода при постоянной силе тока вызывает уменьшение глубины провара при одновременном увеличении ширины шва. Правильный подбор диаметров электродов требует определенного опыта.

    См. типы стержневых электродов.

  • Скорость сварки - Скорость сварки – это скорость, с которой движется конец электрода с раскаленной дугой.Скорость зависит от многих факторов и правильный ее выбор зависит от мастерства сварщика. Слишком высокая скорость создает узкий и неровный сварной шов. Слишком низкая скорость приводит к образованию слишком высокого и широкого шва, который даже прожигает стык.
  • Траектория движения электрода - в основе лежит прямолинейное движение конца электрода, но при сварке элементов большей толщины, где необходимо проложить много слоев шва, целесообразно направлять электрод, так называемойс переплетениями, чтобы получить полное проникновение, а затем должным образом заполнить шов.
  • Наклон электрода - наклон электрода по отношению к направлению сварки влияет на глубину проплавления, а также на ширину и форму сварного шва.
    Уклон в сторону сварки дает большую глубину проплавления при меньшей ширине и высоте забоя. К тому же такое расположение хорошо защищает зону сварки от влияния атмосферы.
    Наклон в сторону, противоположную направлению сварки, дает меньшую глубину проплавления при большей ширине и высоте торца, что позволяет сваривать материалы меньшей толщины.

Технологические советы

Ручная сварка покрытым электродом позволяет выполнять различные виды соединений: стыковые, тавровые, угловые, крестовые, внахлестку, внахлестку и в отверстие. Соединители могут возникать в разных положениях. Нормальные толщины свариваемых элементов составляют порядка 1÷2 мм при однопроходной сварке и 3,0÷10,0 мм при многопроходной сварке. В зависимости от толщины соединяемых элементов их кромки должны быть надлежащим образом подготовлены перед сваркой.Только такая подготовка обеспечит правильное соединение и высокую производительность сварки. Глубина проплавления покрытых электродов при номинальном сварочном токе обычно составляет около 3,0 мм, а толщина шва может быть сварена без снятия фаски. Листы большей толщины должны быть скошены с обеих сторон или с одной стороны. Края материала могут быть скошены в следующих формах: V, X, U, Y и 2U. Перед сваркой кромки соединяемых элементов всегда должны быть тщательно очищены от любых загрязнений. В противном случае качество соединения может ухудшиться.Загрязнение остатками смазки, краски и лака особенно опасно в этом отношении. Кромки соединяемых элементов могут быть скошены кислородной, плазменной или механической обработкой. Сохранение постоянной геометрии соединения и расстояния между соединяемыми объектами во время сварки обеспечит фиксацию элементов в сварочных зажимах или выполнение прихваточных швов. Их длина должна быть 15-30 мм с шагом около 30 толщин соединяемых предметов. Толщина прихваточных швов не должна превышать 1/3 поперечного сечения шва.При выполнении соединения прихваточные швы должны быть тщательно проплавлены.

Посмотрите видео о сварке ММА

.

Смотрите также