Переменный ток обозначение

Какой ток в розетке — постоянный или переменный? Стандарты и характеристики розеток.

Несмотря на внешнюю странность, вопрос далеко не праздный, хотя мы и привыкли больше к тому, что в типовых розетках наших домов переменный ток . Именно поэтому на вопрос, какой ток в розетке постоянный или переменный не задумываясь, ответим – конечно, переменный! Ну а мы решили разобраться так ли это и заодно в стандартах розеток, обозначениях постоянного и переменного тока, и некоторых попутных вопросах.

Основные типы и характеристики розеток

На самом деле основные характеристики — это не то, какой в розетке постоянный или переменный ток, главным является уровень защиты и контактная группа, то есть форма вилки (штепселя), а также допустимые силы токов. Давайте, перечислим, что мы должны учитывать, выбирая розетку:

1. Место монтажа (скрытая установка, внешняя, внутри, снаружи на улице и т.д.).
2. Собственно форма розетки и вилки, а также защита от детей.
3. Параметры сети и нагрузки на линию там, где будет работать розетка.

Если Вы располагаете розетку скрытого монтажа в сухом помещении, но невысоко от пола, помните о том, что это риск попадания воды (при мытье полов и пр.). Поэтому такие розетки должны иметь повышенный уровень защиты.

Все эти свойства описывает маркировка, а понимание как её прочитать никогда не будет лишним. Но перед этим для справки приведём условное обозначение розеток и выключателей на чертежах и принципиальных схемах –

Давайте расшифруем, что написано на таких приборах на примере такой аббревиатуры.

По степени защиты розетки отличаются IP-кодом . За IP следуют две цифры. Первая (от 0 до 6) это защита устройства от проникновения внутрь. Пыль, пальцы, предметы и пр. Вторая (от 0 до защита от воды. То есть розетка с маркировкой IP68 защищена от всех воздействий, а IP00 – это фактически голый неизолированный контакт. По типу . розетки маркируются латинскими буквами. Внешний вид можно посмотреть на этом изображении —

В России применяются типы С, без заземления и F с заземлением . Некоторые типы приборов снабжены вилкой другого типа и могут быть использованы в наших сетях при помощи адаптера. Обратим особое внимание на диаметр штекера в вилке. Советские вилки не пролезут в евророзетку, поскольку штыри на вилке толще. Как правило, маркировка диаметра уже давно не наносится на розетках, просто стоит помнить, что это 4 мм, а советский штекер имеет диаметр 4,8 мм.

Обозначение постоянного и переменного тока. Про группу AC/DC многие слышали, и это как раз то самое – постоянный переменный ток. Красивое название. Обозначение постоянного тока встречает реже и стоит понимать, что означают символы:

(—) или DC (Direct Current в переводе постоянный ток). Это значит, что не стоит пытаться включить в такую розетку обычный прибор, требующий переменного тока. На схемах обозначаю стрелкой направления и символами «+» и «-», как полярность. Простейший пример – обычная батарейка.

Переменный ток будет обозначен таким образом: (

) или AC (Alternating Current, то есть переменный ток). Если обдумать, то обозначение постоянного и переменного тока в названии содержат важную информацию – ток постоянного направления, и ток, направление которого изменяется. Это хорошо иллюстрирует эта картинка.

Кроме этой информации на розетке можно обнаружить маркировку в герцах – допустимая частота тока. Это как раз значение, которое говорит сколько раз в секунду «направление» тока меняется. Стандарт это 50 Гц.

А теперь мы подошли к самой важной характеристике, о чем поговорим отдельно, поскольку это более важный вопрос, чем какой ток в розетке постоянный или переменный.

Силовые характеристики и применимость розеток для бытовых целей

Итак, на розетке будет написано, допустим: C (CEE 7/16) (Евророзетка без заземления) или F (CEE 7/4) (евророзетка с заземлением) IP44 (для ванной самое то), AC (

) 220В 50Гц. Например – «IP44 AC 230V CEE7/4 50 Hz». Или «IP44

230В CEE7/4 50 Гц».

На этой же розетке будут ещё два обозначения, точнее три. Одно из них это изображение на принципиальной схеме, которые мы разместили выше. Эта пиктограмма может и отсутствовать, она не обязательна для указания, какой ток в розетке, постоянный или переменный . и вообще для чего эта розетка, но многие производители (честь им и хвала за это) помогают простым покупателям принять решение.

Ещё на розетке может быть нанесена маркировка «неразъёмного соединения». Или «розетка, вынимаемая с удлинителем» или «съёмная». Не делайте круглые глаза – мы и сами были в шоке. Поясним по порядку – неразъёмное соединение это защита от детей. Особые способы так воткнуть вилку в розетку, что знающий секрет вынет, а дети не смогут. Съёмная розетка, как правило, напольного монтажа (фото в начале статьи), которая может быть закрыта при необходимости, а если нужно вынута из гнезда. Её место займет элемент типа «плинтус» и до следующего раза никто не догадается, что там можно установить розетку.

Розетка, «вынимаемая с удлинителем» — новая модная штучка. Вы втыкаете вилку прибора, поворачиваете гнездо розетки и вытаскиваете её, эдакий удлинитель, скрытый в стене. Неразъёмные розетки снабжены секретками от поворотного гнезда до конструктивных элементов штепселя. Мы не приводим пиктограмм, поскольку пока, собственно говоря, и стандарта нет на такую экзотику.

Но на любой розетке обязательно будет обозначение – 10А. Или 6А, или 16А, или 32А. Это сила тока, допустимая для конечного прибора на этом участке Вашей энергосети. Обозначение постоянного и переменного тока в этом случае не имеет значения, важнее понимать итоговую суммарную мощность приборов, которые могут быть включены в эту розетку. Нам может быть возразит профессионал, что тут нет вопросов, но мы всё-таки повторим – не важно, какой в розетке ток переменный или постоянный, допустимая сила тока — одна из важнейших характеристик .

Какой должна быть суммарная мощность розетки

Оценить суммарную нагрузку в линии, где будет трудиться розетка, можно без знания высшей математики – сложите мощность всех приборов, которые пусть даже гипотетически могут быть включены одновременно. Допустим это 4 киловатта на линию. Не удивляйтесь, утюг и чайник на кухне, включённые одновременно с микроволновкой, это бытовые реалии наших квартир.

На Вашей кухне может быть и два раза по две розетки, но они могут «висеть» на одном автомате, а значит это одна линия. Особенно грешат этим новостройки, в которых проект квартирной сети делается непонятно кем.

Итак, мы берём суммарную мощность и делим её на обозначение постоянного тока. Шутка конечно, но в ней есть доля правды. Делим на вольтаж, получая силу тока. Подробнее про это мы говорили в нашей статье о мощности потребителей в квартире . рекомендуем почитать подробности там. Но мы о розетках, поэтому напомним, что сила тока даже при нормальных потребителях (чайник, СВЧ, утюг и пр.) может значительно меняться при включении прибора. Наиболее сложными для розеток являются СВЧ печи и духовые шкафы большой мощности, посудомоечные и стиральные машины . Мало того, что к таким приборам очень желательно провести отдельную линию, так и розетки должны иметь маркировку не менее 16А, разумеется, с обозначением постоянного или переменного тока и прочими деталями, и уж конечно от надёжного производителя. Отдельное место займёт электрическая плита . Тут потребуется не только отдельная линия, на которой не будет других потребителей, но и розетка с маркировкой не менее 25А, а лучше 32А. Для тех, кто вселяется в квартиру с электроплитой это не проблема, ГОСТ 30988.2.4-2003 не только подробно описывает все розетки бытового и не только назначения, но и предусматривает ответственность за недобросовестный монтаж как раз для токов свыше 16А. Кстати про эту цифру – 16А, стоит помнить всем доморощенным электрикам. А для токов свыше 32А розетки применяются по-настоящему не разборные.

Несколько слов о новых розетках с дополнительными функциями

Рассмотрев детали применения розеток, мы пришли к тому, что если на нашей розетке мы видим маркировку «IP44

230В CEE7/4 50 Гц 16А» . То знаем, эта розетка защищена от попадания посторонних предметов, может выдержать кратковременное поливание водой, европейского стандарта с заземлением, предназначена для сети не выше 230 вольт с частотой 50 герц и рассчитана на силу тока до 16 ампер. Пиктограмма (при наличии) поможет найти её на электрической схеме и понять дополнительные функции.

Как говорят в интернете – теперь Вы знаете всё. Ну, разве что мы не поговорили о розетках с функцией USB питания, встроенными таймерами отключения, переключениями тока (как раз для них обозначение постоянного и переменного тока наиболее актуально). Есть ещё розетки с индикацией нагрузки линии (индикатор, меняющий цвет от зеленого, если всё хорошо до красного, когда всё пропало). Естественной эволюцией таких розеток, стали розетки с встроенными УЗО. Дополнили эту линейку розетки с автоматической блокировкой. Это когда происходит отключение розетки при неверных параметрах токов без отключения автоматов защиты. А также розетки, управляемые через Интернет. Но эта экзотика отдельная история, мы к ней когда-нибудь вернёмся.

Переменный ток. Его характеристики

Электрическим током называют направленное движение заряженных частиц. Количественными характеристиками тока являются его сила тока (отношение заряда переносимого через поперечное сечение проводника в единицу времени) и его плотность, определяемая соотношением. Единицей измерения силы тока является ампер (1А — характерное значение тока, потребляемого бытовыми электронагревательными приборами). Необходимыми условиями существования тока являются наличие свободных носителей зарядов, замкнутой цепи и источника ЭДС (батареи), поддерживающего направленное движение. Электрический ток может существовать в различных средах: в металлах, вакууме, газах, в растворах и расплавах электролитов, в плазме, в полупроводниках, в тканях живых организмов. При протекании тока практически всегда происходит взаимодействие носителей зарядов с окружающей средой, сопровождающееся передачей энергии последней в виде тепла. Роль источника ЭДС как раз и состоит в компенсации тепловых потерь в цепях. Электрический ток в металлах обусловлен движением относительно свободных электронов через кристаллическую решетку. Причины существования свободных электронов в проводящих кристаллах может быть объяснена только на языке квантовой механики. Опыт показывает, что сила электрического тока, протекающего по проводнику, пропорциональна приложенной к его концам разности потенциалов (закон Ома). Постоянный для выбранного проводника коэффициент пропорциональности между током и напряжением называют электрическим сопротивлением. Сопротивление измеряют в омах (сопротивление человеческого тела составляет около 1000 Ом). Величина электрического сопротивления проводников слабо возрастает при увеличении их температуры. Это связано с тем, что при нагревании узлы кристаллической решетки усиливают хаотические тепловые колебания, что препятствует направленному движению электронов. Во многих задачах непосредственный учет колебаний решетки оказывается весьма трудоемким. Для упрощения взаимодействия электронов с колеблющимися узлами оказывается удобным заменить их столкновениями с частицами газа гипотетических частиц — фононов, свойства которых подбираются так, чтобы получить максимально приближенное к реальности описание и могут оказываться весьма экзотическими. Объекты такого типа весьма популярны в физике и называются квазичастицами. Помимо взаимодействий с колебаниями кристаллической решетки движению электронов в кристалле могут препятствовать дислокации — нарушения регулярности решетки. Взаимодействия с дислокациями играют определяющую роль при низких температурах, когда тепловые колебания практически отсутствуют. Некоторые материалы при низких температурах полностью утрачивают электрическое сопротивление, переходя в сверх проводящее состояние. Ток в таких средах может существовать без каких-либо ЭДС, поскольку потери энергии при столкновениях электронов с фононами и дислокациями отсутствуют. Создание материалов, сохраняющих сверхповодящее состояние при относительно высоких (комнатных) температурах и небольших токах является весьма важной задачей, решение которой произвело бы настоящий переворот в современной энергетике, т.к. позволило бы передавать электроэнергию на большие расстояния без тепловых потерь. В настоящее время электрический ток в металлах используется главным образом для превращения электрической энергии в тепловую (нагреватели, источники света) или в механическую (электродвигатели). В последнем случае электрический ток используется в качестве источника магнитных полей, взаимодействие с которыми других токов вызывает появление сил.

1. Переменный ток

Как известно, сила тока в любой момент времени пропорциональна ЭДС источника тока (закон Ома для полной цепи). Если ЭДС источника не изменяется со временем и остаются неизменными параметры цепи, то через некоторое время после замыкания цепи изменения силы тока прекращаются, в цепи течет постоянный ток.

Однако в современной технике широко применяются не только источники постоянного тока, но и различные генераторы электрического тока, в которых ЭДС периодически изменяется. При подключении в электрическую цепь генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания или переменный ток.

Переменный ток – это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой щ по синусоидальному или косинусоидальному закону:

где u – мгновенное значение напряжения, Um – амплитуда напряжения, щ – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой щ, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае

где – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.

2. Резистор в цепи переменного тока

Пусть цепь состоит из проводников с малой индуктивностью и большим сопротивлением R (из резисторов). Например, такой цепью может быть нить накаливания электрической лампы и подводящие провода. Величину R, которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением. В цепи переменного тока могут быть и другие сопротивления, зависящие от индуктивности цепи и ее емкости. Сопротивление R называется активным потому, что, только на нем выделяется энергия, т.е.

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

Итак, в цепи имеется резистор, активное сопротивление которого R, а катушка индуктивности и конденсатор отсутствуют (рис. 1).

Пусть напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону:

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому можно считать, что мгновенное значение силы тока определяется законом Ома:

Следовательно, в проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения (рис. 2), а амплитуда силы тока равна амплитуде напряжения, деленной на сопротивление:

При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного тока.

1.1 Катушка в цепи переменного тока

Индуктивность влияет на силу переменного тока в цепи. Это можно обнаружить с помощью простого опыта. Составим цепь из катушки большой индуктивности и лампы накаливания (рис. 3). С помощью переключателя можно присоединять эту цепь либо к источнику постоянного напряжения, либо к источнику переменного напряжения. При этом постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения должны быть одинаковы. Опыт показывает, что лампа светится ярче при постоянном напряжении. Следовательно, действующее значение силы тока в рассматриваемой цепи меньше силы постоянного тока.

Объясняется это самоиндукцией. При подключении катушки к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно. Возникающее при нарастании силы тока вихревое электрическое поле тормозит движение электронов. Лишь по прошествии некоторого времени сила тока достигает наибольшего (установившегося) значения, соответствующего данному постоянному напряжению. Если напряжение быстро меняется, то сила тока не будет успевать достигать тех установившихся значений, которые она приобрела бы с течением времени при постоянном напряжении, равном максимальному значению переменного напряжения. Следовательно, максимальное значение силы переменного тока (его амплитуда) ограничивается индуктивностью L цепи и будет тем меньше, чем больше индуктивность и чем больше частота приложенного напряжения.

Докажем это математически. Пусть в цепь переменного тока включена идеальная катушка с электрическим сопротивлением провода, равным нулю (рис. 4). При изменениях силы тока по гармоническому закону

в катушке возникает ЭДС самоиндукции:

где L – индуктивность катушки, щ – циклическая частота переменного тока.

Так как электрическое сопротивление катушки равно нулю, то ЭДС самоиндукции в ней в любой момент времени равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки, созданному внешним генератором:

Следовательно, колебания напряжения на катушке индуктивности опережают колебания силы тока на р/2, или, что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения на р/2.

В момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока равна нулю (рис. 5). В момент, когда напряжение становится равным нулю, сила тока максимальна по модулю.

Произведение I_m ⋅L⋅щ является амплитудой колебаний напряжения на катушке:

Отношение амплитуды колебаний напряжения на катушке к амплитуде колебаний силы тока в ней называется индуктивным сопротивлением (обозначается X_L ):

Связь амплитуды колебаний напряжения на концах катушки с амплитудой колебаний силы тока в ней совпадает по форме с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока:

В отличие от электрического сопротивления проводника в цепи постоянного тока, индуктивное сопротивление не является постоянной величиной, характеризующей данную катушку. Оно прямо пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда колебаний силы тока в катушке при постоянном значении амплитуды колебаний напряжения должна убывать обратно пропорционально частоте. Постоянный ток вообще «не замечает» индуктивности катушки. При щ = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (XL = 0).

Зависимость амплитуды колебаний силы тока в катушке от частоты приложенного напряжения можно наблюдать в опыте с генератором переменного напряжения, частоту которого можно изменять. Опыт показывает, что увеличение в два раза частоты переменного напряжения приводит к уменьшению в два раза амплитуды колебаний силы тока через катушку.

1.2 Конденсатор в цепи переменного тока

Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратковременный импульс тока, который зарядит конденсатор до напряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.

При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения.

Как и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора по проводам, соединенным с его выводами, течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока (рис. 6), кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити лампы.

Установим связь между амплитудой колебаний напряжения на обкладках конденсатора и амплитудой колебаний силы тока. При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону

заряд на его обкладках изменяется по закону:

Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора: i = q’. Поэтому колебания силы тока в цепи происходят по закону:

Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на р/2 или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на р/2 (рис. 7). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т.д.

Произведение U_m ⋅щ⋅C является амплитудой колебаний силы тока:

Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается Х_C ):

Связь между амплитудным значением силы тока и амплитудным значением напряжения по форме совпадает с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического сопротивления фигурирует емкостное сопротивление конденсатора:

Емкостное сопротивление конденсатора, как и индуктивное сопротивление катушки, не является постоянной величиной. Оно обратно пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда колебаний силы тока в цепи конденсатора при постоянной амплитуде колебаний напряжения на конденсаторе возрастает прямо пропорционально частоте.

1.3 Закон Ома для электрической цепи переменного тока

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки (рис. 8). Если к выводам этой электрической цепи приложить электрическое напряжение, изменяющееся по гармоническому закону с частотой щ и амплитудой Um, то в цепи возникнут вынужденные колебания силы тока с той же частотой и некоторой амплитудой Im. Установим связь между амплитудами колебаний силы тока и напряжения

В любой момент времени сумма мгновенных значений напряжений на последовательно включенных элементах цепи равна мгновенному значению приложенного напряжения:

Во всех последовательно включенных элементах цепи изменения силы тока происходят практически одновременно, так как электромагнитные взаимодействия распространяются со скоростью света. Поэтому можно считать, что колебания силы тока во всех элементах последовательной цепи происходят по закону:

Колебания напряжения на резисторе совпадают по фазе с колебаниями силы тока, колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе на р/2 от колебаний силы тока, а колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на р/2. Поэтому уравнение (1) можно записать так:

где U_Rm. U_Cm и U_Lm – амплитуды колебаний напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке.

Амплитуду колебаний напряжения в цепи переменного тока можно выразить через амплитудные значения напряжения на отдельных ее элементах, воспользовавшись методом векторных диаграмм.

При построении векторной диаграммы необходимо учитывать, что колебания напряжения на резисторе совпадают по фазе с колебаниями силы тока, поэтому вектор, изображающий амплитуду напряжения U_Rm, совпадает по направлению с вектором, изображающим амплитуду силы тока I_m Колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе на р/2 от колебаний силы тока, поэтому вектор

U_Cm отстает от вектора I_m на угол 90°. Колебания напряжения на катушке опережают колебания силы тока по фазе на р/2, поэтому вектор U_Lm опережает вектор I_m на угол 90° (рис. 9).

На векторной диаграмме мгновенные значения напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке определяются проекциями на горизонтальную ось векторов _{Rm, Cm, Lm} вращающихся с одинаковой угловой скоростью щ против часовой стрелки. Мгновенное значение напряжения во всей цепи равно сумме мгновенных напряжений u_R. u_{C, и} u_L на отдельных элементах цепи, т.е. сумме проекций векторов U_Rm. U_Cm и U_Lm на горизонтальную ось. Так как сумма проекций векторов на произвольную ось равна проекции суммы этих векторов на ту же ось, то амплитуду полного напряжения можно найти как модуль суммы векторов:

Из рисунка 9 видно, что амплитуда напряжений на всей цепи равна:

Введя обозначение для полного сопротивления цепи переменного тока:

выразим связь между амплитудными значениями силы тока и напряжения в цепи переменного тока следующим образом:

Это выражение называют законом Ома для цепи переменного тока.

Из векторной диаграммы, приведенной на рисунке 9, видно, что фаза колебаний полного напряжения равна щ∙t + ц. Поэтому мгновенное значение полного напряжения определяется формулой:

Начальную фазу ц можно найти из векторной диаграммы:

Величина cos ц играет важную роль при вычислении мощности в электрической цепи переменного тока.

1.4 Мощность в цепи переменного тока

Мощность в цепи постоянного тока определяется произведением напряжения на силу тока:

Физический смысл этой формулы прост: так как напряжение U численно равно работе электрического поля по перемещению единичного заряда, то произведение U∙I характеризует работу по перемещению заряда за единицу времени, протекающего через поперечное сечение проводника, т.е. является мощностью. Мощность электрического тока на данном участке цепи положительна, если энергия поступает к этому участку из остальной сети, и отрицательна, если энергия с этого участка возвращается в сеть. На протяжении очень малого интервала времени переменный ток можно считать неизменным. Поэтому мгновенная мощность в цепи переменного тока определяется такой же формулой:

Пусть напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону:

При этом мощность меняется со временем как по модулю, так и по знаку. В течение одной части периода энергия поступает к данному участку цепи (р > 0), но в течение другой части периода некоторая доля энергии вновь возвращается в сеть (р < 0). Как правило, во всех случаях нам надо знать среднюю мощность на участке цепи за достаточно большой промежуток времени, включающий много периодов. Для этого достаточно определить среднюю мощность за один период.

Чтобы найти среднюю мощность за период, преобразуем полученную формулу таким образом, чтобы выделить в ней член, не зависящий от времени. С этой целью воспользуемся известной формулой для произведения двух косинусов:

Выражение для мгновенное мощности состоит из двух слагаемых. Первое не зависит от времени, а второе дважды за каждый период изменения напряжения изменяет знак: в течение какой-то части периода энергия поступает в цепь от источника переменного напряжения, а в течении другой части возвращается обратно. Поэтому среднее значение второго слагаемого за период равно нулю. Следовательно, средняя мощность Р за период равна первому члену, не зависящему от времени:

При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения (для активного сопротивления R) среднее значение мощности равно:

Для того чтобы формула для расчета мощности переменного тока совпадала по форме с аналогичной формулой для постоянного тока (Р = I∙U = I 2 ∙R), вводятся понятия действующих значений силы тока и напряжения. Из равенства мощностей получим:

Действующим значением силы тока называют величину, в √2 раз меньшую ее амплитудного значения:

Действующее значение силы тока равно силе такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока.

Аналогично можно доказать, что действующее значение переменного напряжения в √2 раз меньше его амплитудного значения:

Заметим, что обычно электрическая аппаратура в цепях переменного тока показывает действующие значения измеряемых величин. Переходя к действующим значениям силы тока и напряжения, уравнение (10) можно переписать:

Таким образом, мощность переменного тока на участке цепи определяется именно действующими значениями силы тока и напряжения. Она зависит также от сдвига фаз цc между напряжением и током. Множитель cos цc в формуле называется коэффициентом мощности.

В случае, когда цc = ± р/2, энергия, поступающая к участку цепи за период, равна нулю, хотя в цепи и существует ток. Так будет, в частности, если цепь содержит только катушку индуктивности или только конденсатор. Как же средняя мощность может оказаться равной нулю при наличии тока в цепи? Это поясняют приведенные на рисунке 10 графики изменения со временем мгновенных значений напряжения, силы тока и мощности при цc = – р/2 (чисто индуктивное сопротивление участка цепи). График зависимости мгновенной мощности от времени можно получить, перемножая значения силы тока и напряжения в каждый момент времени. Из этого графика видно, что в течение одной четверти периода мощность положительна и энергия поступает к данному участку цепи; но в течение следующей четверти периода мощность отрицательна, и данный участок отдает без потерь обратно в сеть полученную ранее энергию. Поступающая в течение четверти периода энергия запасается в магнитном поле тока, а затем без потерь возвращается в сеть.

Лишь при наличии проводника с активным сопротивлением в цепи, не содержащей движущихся проводников, электромагнитная энергия превращается во внутреннюю энергию проводника, который нагревается. Обратного превращения внутренней энергии в электромагнитную на участке с активным сопротивлением уже не происходит.

При проектировании цепей переменного тока нужно добиваться, чтобы cos цc не был мал. Иначе значительная часть энергии будет циркулировать по проводам от генератора к потребителям и обратно. Так как провода обладают активным сопротивлением, то при этом энергия расходуется на нагревание проводов.

Неблагоприятные условия для потребления энергии возникают при включении в сеть электродвигателей, так как их обмотка имеет малое активное сопротивление и большую индуктивность. Для увеличения cos цc в сетях питания предприятий с большим числом электродвигателей включают специальные компенсирующие конденсаторы. Нужно также следить, чтобы электродвигатели не работали вхолостую или с недогрузкой. Это уменьшает коэффициент мощности всей цепи. Повышение cos цc является важной народнохозяйственной задачей, так как позволяет с максимальной отдачей использовать генераторы электростанций и снизить потери энергии. Это достигается правильным проектированием электрических цепей. Запрещается использовать устройства с cos цc < 0,85.

Переменный ток. Его характеристики.

Как пользоваться мультиметром

В данной статье будет предложена инструкция по использованию мультиметра. В качестве примера будет представлено цифровое устройство, так как оно намного проще своих аналогов и обеспечивает довольно неплохое качество замеров.

Мультиметр или «мультитестер» — это измерительный прибор, предназначенный для снятия широкого спектра показателей:

• измерение переменного напряжения;
• измерение постоянного напряжения;
• измерение сопротивления тока;
• измерение силы тока;
• проверка целостности диодов и определение их полярности.

Многие современные мультитестеры также могут рассчитывать коэффициент усиления транзисторов, проводить прозванивание цепи на короткое замыкание.

Более дорогие модели этого измерительного устройства имеют ряд дополнительных функций:

• замер температуры с помощью температурного щупа;
• замер емкости конденсаторов;
• замер индуктивности катушки.

Инструкция по использованию мультиметра будет представлена на примере китайского устройства «XL830L», которое относится к бюджетной ценовой группе и стоит около 15 долларов.

• до 3 процентов от номинального значение постоянного тока;
• до 5 процентов от максимального значение переменного тока;
• до 10 процентов от величины сопротивления.

Технические характеристики цифрового мультитестера «XL830L»:

• тип дисплея: LCD;
• автоматическая индикация полярности;
• относительная влажность рабочей среды – не более 70 процентов;
• масса – 0,242 килограмма;
• размеры: длина – 14 сантиметров, ширина – 7 сантиметров, толщина – 3,5 сантиметров;
• резиновый чехол.

На фотографии ниже, в качестве примера представлен, стрелочный мультиметр.Главный элемент такого прибора – это электромеханическая головка, на которую через резисторы подается электроток. Он протекает по рамке из витого провода,находящегося в магнитном поле. Рамка висит на тонких пружинах, которые в зависимости от силы тока отклоняются на определенный угол, показывающий величину на дуговой шкале.

От истории переходим к нашему тестеру. Для начала остановимся на его технических характеристиках. Цифровое устройство поставляется с набором обычных щупов (черный и красный провода на фотографии), при помощи которых, собственно, и производятся замеры. При необходимости их можно заменить более удобными и качественными аналогами.

Важно: места входа проводов в пластиковые держатели нужно зафиксировать изоляционной лентой или скотчем. Дело в том, что проводники не имеют жесткой фиксации и при изгибах или поворотах «щупа», они с легкостью могут оторваться у основания наконечника, в виду довольно слабого припоя.

Перед началом использования мультиметра, нужно внимательно изучить его устройство:

В верхней части цифрового тестера находится табло на семь сегментов, которое вмещает четыре цифры, то есть 9999 – это максимальное значение. При зарядке устройства на этом экране появляется надпись «Bat»

Под табло расположены две кнопки:

• левая кнопка называется «Hold» — она возвращает на экран последнее значение, чтобы не приходилось держать его в памяти;
• правая кнопка называется «Back Light» — она активирует синюю подсветку экрана, что важно при плохом освещении.
• Сзади прибора находится встроенная откидная ножка, позволяющая поставить тестер на ровную поверхность.
• В качестве источника энергии применяется батарейка типа «Крон» на 9 вольт. Чтобы до нее добраться, нужно снять защитный чехол из резины и открыть заднюю крышку мультитестера.
• 
• Внизу корпуса красным цветом обведен элемент питания, а вверху вставлен плавкий предохранитель, который предназначен для защиты устройства в случае перегрузки.
• Перед тем, как начать пользовать устройством, к нему нужно подсоединить измерительные «щупы».
• Общий принцип здесь такой:

Черный провод – это минус или, по иному, масса. Он подсоединяется к гнезду на корпусе мультиметра с надписью «COM». Красный провод соединяется со вторым гнездом, расположенным справа– это плюс.

Гнездо, расположенное слева от массы, предназначено для измерения постоянного тока с максимальным значением – 19 ампер и без предохранителя. Над ним имеется предупреждающая надпись «unfused».

Также следует обратить внимание на красный треугольник с надписью Max 600V – максимально допустимый предел напряжения для данного устройства.

Важно! Если измеряемые параметры силы тока и напряжения неизвестны, то переключатель нужно устанавливать на максимально возможный предел. Если же показания окажутся слишком малыми или неточными, то только тогда прибор можно переключить на предел по ниже.

Работа с устройством заключается в подборе нужного режима с помощью кругового переключателя, на котором размещена указывающая стрелка. В обычном состоянии стрелка должна быть выставлена в положение «OFF». Переключатель можно вращать в любом направлении, выбирая тем самым подходящий предел измерения. Стоит отметить, что цифровой мультиметр позволяет измерять показания, как постоянного тока, так и переменного. Сейчас в промышленности и быту в основном используется переменный ток – он попадает в наши дома от генераторов электрических станций по высоковольтным линиям.

Переменный ток, в отличие от постоянного, значительно легче преобразовывать в другое напряжение – для этого его пропускают через трансформаторы. Допустим, по линии электропередач идет ток, напряжением 10 тысяч Вольт, что для бытовых нужд очень много. Тогда он пропускается через трансформаторную будку и превращается в привычные 220 Вольт, которыми питается большинство домашней техники.

Второй отличительной особенность переменного тока является простота его производства в промышленных масштабах и возможность передачи с минимальными потерями на значительные расстояния.

Переходим дальше. Системный блок компьютера питается постоянным током низкого напряжения, который преобразуется блоком питания из переменного.
При использовании тестера нужно учитывать выше сказанное и запомнить 4 важных сокращений:

• ACA–обозначается сила тока переменного напряжения;
• ACV – обозначается переменное напряжение;
• DCA–обозначается сила тока переменного напряжения;
• DCV– обозначается постоянное напряжение.

От теории переходим к практике. Если присмотреться к циферблату измерительного прибора, то можно заметить, что он разделен на две части:

• одна часть – отвечает за измерение постоянного напряжения;
• вторая часть – отвечает за измерение переменного напряжения.

В левом нижнем углу на фотографии можно увидеть две буквы «DC» — они обозначают, что слева от положения «OFF», мультиметр измеряет постоянные значения силы и напряжения тока, а справа, соответственно, переменные показатели.
Для закрепления полученных знаний, рассмотрим пример использования мультитестера для замера емкости батареи для Биоса номиналом 3,3 Вольта.

Сначала вспоминаем теорию, что выставляемый предел на тестере должен быть выше, чем измеряемое значение. Батарея пропускает постоянный ток, а ее напряжение составляет 3,3 Вольта. Следовательно, вращаем круговой переключатель в зону постоянного тока и останавливаемся на значение 20 Вольт. Пример можно посмотреть на фотографии ниже.

Теперь берем исследуемый гальванический элемент, то есть батарейку для Биос, и прикладываем к ней измерительные «щупы». Пример можно посмотреть на фотографии ниже.

Как видим, на батарейке красным цветом отмечен плюс – к нему прикладываем красный измерительный «щуп», а к обратной стороне, соответственно, черный. Если перепутать полярность, то ничего катастрофического не произойдет – на экране появится результат со знаком минус.

Итак, замер произведен и что же на экране – значение 1,42. Это значит, что в батарейке сейчас только 1,42 Вольта, а заявлено, как мы знаем, 3. Следовательно, данный гальванический элемент можно смело отправлять в мусорное ведро. Если использовать далее такое питание, то после каждого выключения компьютера настройки Биоса будут автоматически сбрасываться.

Для каких еще целей можно применять этот прибор. К примеру, Вам нужно выяснить, как правильно подключить внешний разъем USB к материнской плате. У нас есть USB-разъем с 4 коннекторами:

• на одном коннекторе имеется надпись «+5», он используется для питания устройства;
• второй коннектор выступает в роли «земли»;
• остальные два коннектора применяются для передачи информации из флешки на компьютер и обратно.

На материнской плате имеется специальное место с контактами для подключения разъема USB. Находим его и видим, что там у нас аж восемь штырьков.

Каждая линия контактов соответствует одному выходу USB-разъема, то есть всего можно подключить два разъема. Чтобы USBуспешно работал и не сгорел, необходимо узнать, какие штырьки находятся под напряжением. Конечно, все можно сделать стандартным методом «научного тыка», но есть один нюанс, если перепутать штырек с напряжениям 5 Вольт и подсоединить к нему коннектор отвечающий за передачу информации, то придется попрощаться с подключаемой флешкой – она попросту сгорит.

Решить эту проблему нам поможет измерительный тестер. Включаем компьютер, если он был отключен, и запускаем мультиметр. Черный измерительный «щуп», отвечающий за «массу», прикладываем к металлическому корпусу системного блока. Далее с помощью «щупа» красного цвета последовательно касаемся всех ножек разъема материнской платы для USB.

Важно! При работе с измерительным «щупом» нужно быть предельно аккуратным, чтобы не закоротить два штырька, иначе можно сжечь USB-контроллер.

Проанализировав показатели всех штырьков, выяснилось, что два крайних имеют по 5 Вольт. Выключаем компьютер и заполняем разъем. Первыми одеваем контакты с маркировкой +5 Вольт, затем два кабеля для передачи данных и последними коннектор «земля». После визуального осмотра нужно включить системный блок. Чтобы проверить правильность действий, вставляем флеш-накопитель в один из только что подключенных к плате портов. Светодиод на флешке загорелся и пошла загрузка операционной системы, значит разъемы в порядке.

Чтобы правильно, а главное эффективно пользоваться мультиметров, нужно знать, как с ним работать и буквально вызубрить следующие обозначения, которые встречаются на всех аналогичных измерителях, независимо от «навороченности» моделей.

Более дорогие и мощные цифровые мультиметры могут показывать емкость элементов и их индуктивность.

Емкость – это характеристика проводника, показывающая его способность накапливать электрический заряд. Измеряется в Фарадах.

Индуктивность – это зависимость между протекаемым по замкнутому контуру током и магнитным потоком, проходящим через его поверхность. Измеряется в Генри.

Рассмотрим основные функции и указатели дискового переключателя. Для визуально восприятия откройте картинку в новой вкладке и по мере прочтения материала, сверяйтесь с положениями переключателя.

Движение начнем от отметки «ОFF» слева-направо. Положение «OFF» мы уже встречали выше – оно означает, что устройство сейчас выключено.

Переходим на шкалу переменного тока. Первая позиция после положения «OFF» — это 600 Вольт. Она чаще всего используется для замеров в бытовой электрической сети (стандартные показатели домашней сети – переменный ток и напряжения 220 Вольт).

Переходим к практическим занятиям. Важно при этом придерживаться техники безопасности – напряжение 220 и 600 Вольт представляют опасность для жизни.

При замере напряжения через розетку, порядок размещения измерительных «щупов» не имеет принципиального значения.

Движемся дальше. Следующая позиция кругового переключателя – это 200 Вольт. В этом положении совать «щупы» в розетку не стоит, в лучшем случае сработает предохранитель, в худшем – сгорит мультиметр.

Правее от значения 200 Вольт находится та же цифра 200, но уже с приставкой «µ». Эта буква означает микроампер. Данные значения используются в различных электрических схемах.

Следующая позиция по шкале – это 2mили два миллиампера. Чаще всего этот показатель используется при замерах силы тока в транзисторах. За ним идет значение 200m, что аналогично предыдущему показателю, но отсчет стартует с двухсот миллиампер.

За миллиамперами следуют уже целые значения – 10 Ампер. Так сказать начинается территория высоких токов, поэтому измерительный «щуп» необходимо переключить в другое гнездо. Оно отмечено маркировкой «10ADC».

Мультитестер можно применять и для замеров значений «hFE» транзисторов с различной степенью проходимости. Рассмотрим на примере один из них.

Три ножки транзистора вставляем в соответствующие гнезда устройства. Нужно запомнить, что:

Переходим к значку акустической волны, то есть прозвонки линии по короткому замыканию. Для чего это нужно? Рассмотрим один пример.

На следующей фотографии приведен последний этап заключительной части прокладки СКС

Витая пара, состоящая из 100 кабелей, закрепленный в пространстве подвесного потолка.

Представьте ситуацию, что часть кабелей не была подписана. В итоге получается, что на другом конце здания нельзя определить, какому кабелю принадлежит данное окончание. Вот такая незадача.

Вот этом случае, специальный режим прозвона на короткое замыкание и пригодится. Все что нужно – это организовать то самое замыкание. В слаботочных сетях, к которым относятся и компьютерные, это не представляет опасности.

С обеих сторон на концах кабелей необходимо снять защитное покрытие, затем выбирается конкретный кабель и скручивается в пару с другими аналогичными проводниками.

Теперь переходим к «лапше», свисающей с потолка, и переключаем мультиметр в нужно положение.

Затем начинаем прозванить каждый неподписанный кабель. Естественно – выбираем пары цвета, аналогичного скрученнным на другом конце. Один из тестируемых проводников отзовется на усилия особым «писком», сигнализируя, таким образом, о замыкании линии. Граница срабатывания мультитестера – 70 Ом. Если сопротивление между щупальцами меньше, то тестер издает специфический звуковой сигнал.

Порядок прикладывания измерительных «щупов» в данном случае не особо важен. Конечно, правильней использовать в данном методе резистор и измерять его сопротивление через линию, но в сложившейся ситуации, приведенный метод, и проще, и быстрее.

Рассмотрим данную процедуру на трех типах кабеля:

• обжатый сетевой кабель;
• кабель типа VGA;
• силовой кабель компьютера.
  

Начнем с обжатого сетевого кабеля. Берем один «щуп» и прикладываем его к первой жиле коннектора, а второй, соответственно, ко второй жиле. Не забываем перевести прибор в режим «прозвона».

Примечание: измерительные «щупы» тестера должны быть довольно тонкими, чтобы добраться до пластинок коннектора.

Если обрыва нет, то после замыкания, мультиметр издаст звуковой сигнал. Аналогичным способом проверяются остальные пары.
Теперь проверим VGAкабель, который применяется для передачи сигнала с видеокарты на монитор. Для этого один щуп тестера прикладывается к штырьку в первом разъеме, а второй – к штырьку во втором.

Важно! Щуп должен касаться только самого штырька. Если его приложить ко внутренней стороне разъема, то звуковой сигнал будет раздаваться независимо от того, какой штырек закорачивается.

Переходим к силовому кабелю компьютера. Любой щуп измерительного устройства вставляется в разъем на одном его конце, а второй прикладывается к одному из выходов вилки кабеля.

Как и в остальных примерах, при одной из комбинаций должен раздаться звуковой сигнал. Естественно, если кабель исправен.
Примечание: все тесты можно проводит в режиме замера сопротивления, но как уже упоминалось выше – этот способ самый простой и быстрый.
Мультиметр можно использовать и для определения сопротивления электрических элементов. Для этого переключатель переводится в зону сопротивления. Первое значение – 200 Ом. Его можно использовать для замера сопротивления резистора.
Пользоваться мультиметром можно и для определения значений сопротивления электрических компонентов. Входим в зону измерения сопротивления (англ. «resistance», оно обозначается вот таким значком и измеряется в Омах). Первое значение на переключателе — «200 Ом». Можно, к примеру, измерить сопротивление резистора.

Рассмотрим на примере.

Возьмем резистор на 110 ОМ и измерим его сопротивление.

КАРТИНКА 24 Возвращаемся к ознакомлению со шкалой переключателя. После значения 200ОМ идет функция, позволяющая прозвонить диоды без выпаивания из печатной платы. Принцип вычисления в данном случае основан на расчете сопротивления при падении напряжении.

• Следующая градация шкалы:
• 20к – 20 килоом или 20 тысяч Ом;
• 200к – 200 килоом;
• 2М – 2 мегаома или 2 миллиона Ом.

Далее на переключателе начинаются пороги напряжения для постоянного тока:

• 200m – 200 милливольт;
• 2 В;
• 20 В;
• 200 В;
• 600 В.
  Если использовать мультиметр только для ремонта компьютеров, то самым востребованным положением переключателя будет 20 Вольт по шкале постоянного тока. Максимальное напряжение, которое подается на все комплектующие – всего 12 Вольт.

С принципами работами мультиметра разобрались, теперь рассмотрим ситуацию, когда прибор перестал работать. В первую очередь не нужно паниковать, возможно, не все такплохо и проблема легко устранима:

• убедитесь, что на мультитестер установлены заряженные батареи питания;
• некоторые устройства имеют функцию экономии энергии и отключаются при определенном времени неактивности;
• проверьте правильность подключения «щупов» (описывалось выше);
• проверьте правильность установки режима переключателя.

Если тестер все еще не работает, то следует проверить состояние плавкого предохранителя. В исправном состоянии трубка предохранителя чистая и в виден проводник.

При замене предохранителя нужно следить, чтобы новый был аналогичного номинала, который указывается на металлическом колпачке.

В конце еще раз бы хотелось сосредоточить внимание не безопасности.Измерительный прибор должен быть исправным. При замерах нельзя касаться тестируемого провода и «щупа». При измерении постоянного напряжения выше 60 Вольт и переменного напряжения выше 30 Вольт, нужно держать мультиметр только за защитные приспособления. Это же касается и работы с измерительными «щупами». Чтобы не повредить мультиметр, его не рекомендуется подключать к источнику напряжения параллельно

Смотрите также:

Источники: http://obelektrike.ru/posts/kakoj-tok-v-rozetke-postojannyj-ili-peremennyj/, http://studopedia.ru/10_133318_peremenniy-tok-ego-harakteristiki.html, http://electrikagid.ru/instrument/multimetr.html