Что это - переменный ток?

О разновидностях электрического тока всем рассказывают еще на уроках физики в школе. Для некоторых эти знания остаются лишь теоретическими, расширяющими понимание мироустройства, другие же выбирают специальность, непосредственно связанную с энергетикой. Независимо от этого, каждый человек знает, что существует постоянный и переменный ток. В электротехнике широко применяется вторая его разновидность, так как легче поддается преобразованиям, а электродвигатели на ее основе более просты и надежны.

Переменный ток - это движение по проводнику заряженных частиц, которое через определенные промежутки времени (периоды) изменяется по направлению и величине. Знаменитая синусоида как раз и иллюстрирует его поведение. Чтобы понять, откуда берется переменный ток, рассмотрим принцип работы простейшего генерирующего устройства. В его основе лежит явление электромагнитной индукции, заключающееся в появлении тока в замкнутом проводящем контуре, который пересекает магнитные силовые линии.

На оси, между двумя полюсами магнита (северным и южным), размещается рамка из проводящего материала (медная проволока). Ее концы посредством скользящих контактов щеточного механизма подключены к цепи с нагрузкой или прибором измерения напряжения. Рамка может вращаться вокруг оси, на которой размещена. Между полюсами магнита существуют невидимые магнитные линии напряженности поля. Когда рамку вращают, две ее стороны пересекают эти линии, в результате чего возникает переменный ток. Причина его возникновения вызвана «выбиванием» магнитным полем электронов из отдаленных от ядра орбит. Хотя направления ЭДС (электродвижущей силы) в двух пересекающих участках рамки всегда противоположны, если посмотреть на цепь в целом, то становится понятно, что они однонаправленные. ЭДС достигает максимума в момент вертикального пересечения силовых линий и проходит через ноль при горизонтальном расположении участков рамки (вспоминаем синусоиду, она тоже периодически пересекает нулевое значение). Вот так все просто.

Разумеется, реальные генераторы, создающие переменный ток, выглядят сложнее, чем рамка из проволоки, но принцип их работы тот же самый. Якорь с обмотками (фактически – множество рамок из примера) вращает в магнитном поле статора внешняя сила: это может быть энергия падающей воды; движение пара, созданного теплом ядерного реактора; давление ветра и пр. В результате на выводах обмоток появляется напряжение. Остается подключить нагрузку и переменный ток не заставит себя долго ждать. Обычно генерируется не одна, а сразу три фазы.

Как уже указывалось, кроме переменного, существует и постоянный ток. Его название говорит само за себя: никаких изменений в направлении движения не происходит. Такой ток всегда направлен от плюса к минусу. Вторичные источники энергии, например батареи, посредством химических реакций накапливают в себе именно такой ток, отсюда и обозначения «+» и «-». По сравнению с переменным, он обладает рядом особенностей. Хочется сказать «достоинства и недостатки», но это не так – именно «особенности». Например, электродвигатель постоянного тока дает возможность плавно регулировать скорость вращения якоря, а не ступенчато и, тем более, без необходимости применять сложные частотные преобразователи. Причем, практически все электронные схемы рассчитаны для работы именно с этим видом тока, так как им проще управлять. Получить постоянный ток из переменного очень просто – его необходимо «выпрямить» специальными полупроводниковыми элементами (диодами и диодными мостами). Происходит срез пиков синусоиды сразу в двух полупериодах. Оставшуюся пульсирующую природу получившегося тока также можно сгладить.