Що варять на змінному струмі

0 Comments

Що таке змінний струм?

Зараз неможливо уявити собі людську цивілізацію без електрики. Телевізори, комп ‘ютери, холодильники, фени, пральні машини – вся побутова техніка працює на нім. Не кажучи вже про промисловості і великі корпорації. Основним джерелом енергії для електроприймачів є змінний струм. А що це таке? Які його параметри і характеристики? Чим відрізняються постійний і змінний струм? Мало хто з людей знає відповіді на ці запитання.

  • Змінний проти постійного
  • Недоліки винаходу Едісона
  • Змінний струм проти постійного
  • Винаходи Ніколи Тесли
  • Визначення змінного струму
  • Приклад найпростішого генератора
  • Синусоїдальність
  • Параметри та характеристики

Змінний проти постійного

В кінці дев ‘ятнадцятого століття, завдяки відкриттям в області електромагнетизму, виникла суперечка з приводу того, який же струм краще застосовувати, щоб задовольнити людські потреби. Як же все починалося? Томас Едісон у 1878 році заснував свою компанію, яка в майбутньому стала знаменитою General Electric. Компанія швидко розбагатіла і завоювала довіру інвесторів і простих громадян Сполучених Штатів Америки, оскільки було побудовано по всій країні кілька сотень електростанцій, що працюють на постійному струмі. Заслуга Едісона – у винаході трипровідної системи. Постійний струм чудово працював з першими електричними двигунами і лампами розжарювання. Це були фактично єдині приймачі енергії на той час. Лічильник, який також був винайдений Едісоном, працював виключно на постійному струмі. Однак на противагу компанії Едісона виступили конкурентні корпорації і винахідники, які хотіли протиставити постійному струму змінний.

Недоліки винаходу Едісона

Джордж Вестінгауз, інженер і бізнесмен, помітив у патенті Едісона слабку ланку – величезні втрати в провідниках. Однак йому не вдалося розробити конструкцію, яка могла б конкурувати з цим винаходом. У чому ж брак Едісонівського постійного струму? Основна проблема – передача електроенергії на відстані. А оскільки при його збільшенні зростає і опір провідників, то це означає, що будуть збільшуватися і втрати потужності. Для зниження цього рівня необхідно або підвищувати напругу, а це призведе до зниження сили самого струму, або утовщати дріт (тобто знижувати опір провідника). Способів ефективного підвищення напруги постійного струму в той час не було, тому електростанції Едісона тримали напругу, близьку до двох сотень вольт. На жаль, потоки потужності, що передаються таким чином, не могли забезпечити потреби промислових підприємств. Постійний струм не міг гарантувати генерацію електроенергії потужним споживачам, які перебували на значній відстані від електростанції. А підвищувати товщину дротів або будувати більше станцій було занадто дорого.

Змінний струм проти постійного

Завдяки розробленому в 1876 році інженером Павлом Яблучковим трансформатору, змінювати напругу у змінного струму було дуже просто, що давало приголомшливу можливість передавати його на сотні і тисячі кілометрів. Однак на той момент не існувало двигунів, які працювали б на змінному струмі. Відповідно, не було і генеруючих станцій, і мереж для передачі.

Винаходи Ніколи Тесли

Безсумнівна перевага постійного тривала недовго. Нікола Тесла, працюючи інженером у фірмі Едісона, зрозумів, що постійний струм не може забезпечити людство електроенергією. Уже 1887 року Тесла отримав відразу кілька патентів на апарати змінного струму. Почалася ціла боротьба за більш ефективні системи. Основними конкурентами Тесли були Томсон і Стенлі. А 1888 році однозначну перемогу отримав сербський інженер, який надав систему, здатну транспортувати електричну енергію на відстані в сотні миль. Молодого винахідника швидко взяв до себе Вестінгауз. Однак відразу ж почалося протистояння між компаніями Едісона і Вестінгауза. Вже в 1891 році була розроблена Теслою система трифазного змінного струму, що дозволило виграти тендер з будівництва величезної електричної станції. Відтоді однозначно позицію лідера зайняв змінний струм. Постійний же здавав свої позиції по всіх фронтах. Особливо коли з ‘явилися випрямлювачі, здатні перетворювати змінний струм на постійний, що стало зручно для всіх приймачів.

Визначення змінного струму

На відміну від постійного струму, змінний безперервно змінюється за напрямом і за величиною, причому ці коливання відбуваються відповідно до періодичних законів, тобто повторюються через абсолютно рівні інтервали часу. Щоб створити такий струм у ланцюгу, використовують джерела генерації змінного струму, які створює ЕДС. Такого роду джерело називають генератором змінного струму.

Приклад найпростішого генератора

Як найпростіше джерело використовують прямокутну рамку, виготовлену з міді, яка закріплена на осі і обертається в магнітному полі за допомогою ремінної передачі. Кінці цієї рамки припаяні контактними кільцями до мідних, які ковзають по щітках. Магніт створює рівномірно розподілене в просторі магнітне поле. Щільність силових магнітних ліній тут однакова в будь-якій частині. Обертова рамка перетинає ці лінії, і на її сторонах індукується змінна електродвижущая сила (ЕДС). З кожним поворотом напрямок сумарної ЕДС змінюється на зворотний, оскільки робочі сторони рамки за обіг проходять через різні полюси магніту. Оскільки змінюється швидкість перетину силових ліній, то стає іншою і величина електродвижущей сили. Тому якщо рівномірно обертати рамку, то індуктована електродвигуча сила періодично буде змінюватися як за напрямом, так і за величиною, її можна виміряти за допомогою зовнішніх приладів і, як наслідок, використовувати для того, щоб створювати змінний струм у зовнішніх ланцюгах.

Синусоїдальність

Що це таке? Змінний струм графіки характеризується хвилеподібною кривою – синусоїдою. Відповідно, ЕДС, струм і напруга, які змінюються за цим законом, називаються параметрами синусоїдальними. Криву так названо через зображення тригонометричної змінної величини – синуса. Саме синусоїдальний характер змінного струму – найбільш поширений у всій електротехніці.

Параметри та характеристики

Змінний струм – це явище, яке характеризується певними параметрами. До них відносять амплітуду, частоту і період. Останній (позначається літерою Т) – це проміжок часу, протягом якого напруга, струм або ЕДС здійснює цикл повної зміни. Чим швидше буде обертання ротора у генератора, тим період буде менше. Частотою (f) називають кількість повних періодів струму, напруги або ЕДС. Вона вимірюється в Гц (герцах) і позначає кількість періодів за одну секунду. Відповідно, чим більший період, тим менше частоти. Амплітудою такого явища, як змінний струм, називають найбільше його значення. Записується амплітуда напруги, струму або електродвигучої сили літерами з індексом “т” – Uт Іт, Ет відповідно. Часто до параметрів і характеристик змінного струму відносять чинне значення. Напруга, струм або ЕДС, яка діє в ланцюгу в кожен момент часу – миттєве значення (позначають рядковими літерами – і, u, e). Однак оцінювати змінний струм, здійснену ним роботу, створюване тепло складно за миттєвим значенням, оскільки воно постійно змінюється. Тому застосовують чинне, яке характеризує силу постійного струму, що виділяє за час проходження по провіднику стільки ж тепла, скільки це робить змінний.

Змінний струм: що це, особливості зварювання

Змінний струм – це електричний струм, що рівними періодами змінюється за напрямом та модулем. Також змінним вважається струм, що виникає в однофазних та трифазних мережах. Для існуючих пристроїв, що споживають постійний струм , перетворення змінного здійснюється за допомогою спеціальних випрямлячів.

Виникнення змінного струму

Для того, щоб в електричному ланцюзі виник струм, використовуються спеціальні джерела для його вироблення, які створюють змінну електрорушійну силу (ЕРС). Електрорушійна сила періодично змінюється за своєю величиною та напрямом. Джерела ЕРС – це власне генератори змінного струму.

Найпростіша схема виробітку змінного струму показана на малюнку:

Цей пристрій складається із двох основних частин. Нерухлива частина – магніт, що утворює між своїми полюсами магнітне поле. Щільність магнітних силових ліній однакова, тому магнітне поле рівномірне. Рухлива частина пристрою – рамка, що має прямокутну форму. Вона виготовлена ​​з мідного дроту, закріплена на поздовжній осі та за допомогою зовнішньої рушійної сили обертається в магнітному полі. Вихідні кінці з’єднані з мідними контактними кільцями. Кільця обертаються одночасно з рамкою та ковзають по щітках.

Щоб переконатися, що цей пристрій дійсно утворює змінну електрорушійну силу, застосуємо широко відоме «правило правої руки». Права рука розташовується таким чином, що долоня дивиться у напрямку «північ» нашого магніту. При цьому великий палець відігнутий у бік руху тієї сторони мідної рамки, де має визначитися напрямок ЕРС. Напрямок витягнутих пальців руки покаже нам і напрямок ЕРС. При визначенні ЕРС у різних сторонах, значення, зрештою, буде загальним. Крім того, при кожному обороті напрямок ЕРС змінюється. Це відбувається через те, що робочі сторони рамки під час одного обороту проходять під різними полюсами магніту.

Виникнення електрорушійної сили

Розмір електрорушійної сили, що індукується в рамці, змінюється зі швидкістю перетину силових ліній магнітного поля. У вертикальному розташуванні – швидкість перетину максимальна. ЕРС у рамці – також максимальна. При проходженні рамкою горизонтального положення сторони не перетинають магнітні силові лінії, індукція ЕРС не провадиться. З усього цього випливає, що рівномірне обертання рамки забезпечує індукцію ЕРС, яка рівномірно змінюється за величиною та напрямом. Електрорушійна сила, що виникає в рамці створює, зрештою, змінний струм у зовнішньому ланцюзі.

Ми розглянули класичну схему отримання змінного струму. Насправді його виробляють за допомогою генератора змінного струму. Тут електромагніт, навпаки, обертається та має два і більше полюсів. Його називають ротором. Роль рамки відіграє обмотка статора (нерухома частина), з якої і знімається змінна напруга. Для промислового виробництва вироблення проводиться за допомогою генераторів різної потужності, встановлених на електростанціях (ГЕС, ГРЕС, АЕС).

Що являє собою зварювання змінним струмом?

Зварювальні роботи – це особливий вид робіт із металом, який призначений для скріплення металевих конструкцій. В даний час за родом струму зварювання буває із застосуванням постійного та змінного електричного струму. Розглянемо детальніше зварювання за допомогою подачі змінного електричного струму.

Першою і, мабуть, основною перевагою зварювання змінним струмом є отримання якісного зварного шва. Від якості зварного шва залежить міцність усієї конструкції, ну а сам ефект міцності досягається завдяки тому, що дуга не має жодних відхилень від початкової осі, а це, у свою чергу, є запорукою надякісного та наднадійного зварного шва.

Другою ж перевагою є те, що можна використовувати менш дороге обладнання. Про апарати, що виробляють змінний електричний струм, йтиметься трохи нижче.

Устаткування, що видає змінний електричний струм

Все обладнання, призначене для зварювання змінним струмом, можна поділити на наступні категорії:

  • Устаткування призначене для напівавтоматичного зварювання. Цей процес здійснюється за допомогою особливого електродного дроту, в середовищах захисного (MAG) та інертного (MIG) газів.
  • Устаткування, призначене реалізації РДС електричним змінним струмом. Здійснюється за допомогою спеціальних штучних електродів, з спеціальним покриттям.
  • Устаткування, за допомогою якого можна здійснювати ручне аргонове зварювання. Даний метод здійснюється за допомогою електродів, що не плавляться, виготовлених з вольфраму.

Крім того, необхідно додати, що ці апарати мають свої власні абревіатури і дозволяють виконувати зварювання постійним або змінним струмом. Дугове зварювання штучними електродами позначається як ММА, а аргонова зварка електродами, що не плавляться – TIG.

Крім того, методи зварювання поділяються на такі види:

  • MMA-AC/MMA-DC (РДС штучними електродами);
  • TIG-AC/TIG-DC (неплавлячими електродами).

Розглянемо основні плюси та мінуси, які притаманні TIG. Незалежно від типу подачі струму, цей вид зварювання має такі переваги:

  • найвища якість зварного шва;
  • можливість «варити» металеві об’єкти, що мають велику площу перерізу;
  • відсутність бризок.

Цілком природно те, що там, де є переваги, є недоліки. А недоліки вищезгаданого методу такі:

  • Зварювальнику потрібно мати високу кваліфікацію, а також мати особливий професіоналізм.
  • Постійно треба із собою тягати балон із газом.
  • Дуже низька швидкість виконання зварювальних робіт.

Тепер слід сказати кілька слів про метод MMA. Його перевагами є:

  • більш економічне використання;
  • відсутність потреби у наявності балона з газом.

Ну, а недоліками методу можна вважати:

  • дуже низька продуктивність роботи;
  • необхідність знімати шлак із готового виробу.

Застосовувані електроди

Електроди, призначені для зварювання змінним струмом, застосовуються в цій галузі вже досить давно, коли зварювання постійним струмом була дуже дорога. Тому доводилося шукати компромісні варіанти, хай і зменшуючи якість кінцевого результату.

Така ситуація виникла більшою мірою через те, що випрямляючі елементи, які були розраховані на великі зварювальні струми, донедавна були громіздкими, дорогими і неефективними агрегатами. Ситуація змінилася на краще відносно недавно. Це стало можливим завдяки тому, що з’явилися малогабаритні високоефективні напівпровідникові випрямлячі останнього покоління. Після того, як були винайдені інвертори, РДС стала доступна широкому колу користувачів. Нижче будуть наведені основні марки електродів, які дозволяють виробляти інверторне зварювання.

Найбільш популярними електродами, якими варять на змінному електричному струмі є такі, як AHO, O3C і MP.

Дані види відрізняються не тільки за видом покриття, але і за хімічним складом. Наприклад, електроди, що мають маркування МР-3 та АНО-6, мають особливе рутилове покриття, воно є основним та ільменітовим відповідно. Ну а всі інші, марок МР-3С, ОЗС-12, ОЗС-6, ОЗС-4, АНО-6, АНО-4, АНО-21, мають звичайне покриття рутила. Ці електроди застосовуються для зварювання вуглецевих, маловуглецевих і низьколегованих сталей. Однією з головних особливостей даних електродів є те, що вони чудово підходять і для зварювання за допомогою постійного подачі електричного струму.

Галузь застосування

Область застосування способу зварювання змінним електричним струмом досить широка: це можуть бути і будь-які побутові роботи, і виробничі. Наприклад, при виробництві металевих каркасів із труб використовується саме такий вид. Це обумовлюється тим, що міцніший зварний шов забезпечує велетенську міцність усієї конструкції, що дійсно важливо.

Підбиваючи підсумки всього вищесказаного, варто визнати, що вид зварювання змінним струмом універсальніший і практичніший, оскільки досягається цілком прийнятний результат роботи. Крім того, цей вид дешевше, що не може тішити користувача, ну а з розвитком технології інвертора з’явилося дуже багато видів побутових зварювальних апаратів, які працюють зі змінним струмом.

Вартість даних зварювальних апаратів може змінюватись, починаючи від кількох тисяч гривень і закінчуючи кількома десятками тисяч гривень. Загалом ці апарати поєднує простота у використанні, практичність і універсальність.

В цілому ж даний метод зварювання досить ергономічний, внаслідок чого набирає все більшої популярності з кожним днем.

Залишити відповідь Скасувати коментар

Щоб відправити коментар вам необхідно авторизуватись.