Що таке змінний струм?

Про різновиди електричного струму всім розповідають ще на уроках фізики в школі. Для деяких ці знання залишаються лише теоретичними, що розширюють розуміння світоустрою, інші ж обирають спеціальність, безпосередньо пов`язану з енергетикою. Незалежно від цього, кожна людина знає, що існує постійний і змінний струм. В електротехніці широко застосовується друга його різновид, так як легше піддається перетворенням, а електродвигуни на її основі більш прості і надійні.

Змінний струм - це рух по провіднику заряджених частинок, яке через певні проміжки часу (періоди) змінюється за напрямком і величиною. Знаменита синусоїда якраз і ілюструє його поведінку. Щоб зрозуміти, звідки береться змінний струм, розглянемо принцип роботи найпростішого генеруючого пристрою. У його основі лежить явище електромагнітної індукції, що полягає в появі струму в замкнутому провідному контурі, який перетинає магнітні силові лінії.

На осі, між двома полюсами магніту (північним і південним), розміщується рамка з провідного матеріалу (мідний дріт). Її кінці допомогою ковзних контактів щіткового механізму підключені до ланцюга з навантаженням або приладом вимірювання напруги. Рамка може обертатися навколо осі, на якій розміщена. Між полюсами магніту існують невидимі магнітні лінії напруженості поля. Коли рамку обертають, дві її боку перетинають ці лінії, в результаті чого виникає змінний струм. Причина його виникнення викликана «вибиванням» магнітним полем електронів з віддалених від ядра орбіт. Хоча напрямки ЕРС (електрорушійної сили) в двох перетинають ділянках рамки завжди протилежні, якщо подивитися на ланцюг в цілому, то стає зрозуміло, що вони односпрямовані. ЕРС досягає максимуму в момент вертикального перетину силових ліній і проходить через нуль при горизонтальному розташуванні ділянок рамки (згадуємо синусоїду, вона теж періодично перетинає нульове значення). Ось так все просто.

Зрозуміло, реальні генератори, що створюють змінний струм, виглядають складніше, ніж рамка з дроту, але принцип їх роботи той же самий. Якір з обмотками (фактично - безліч рамок з прикладу) обертає в магнітному полі статора зовнішня сила: це може бути енергія падаючої води-рух пара, створеного теплом ядерного реактора- тиск вітру тощо. В результаті на висновках обмоток з`являється напруга. Залишається підключити навантаження і змінний струм не змусить себе довго чекати. Зазвичай генерується не одна, а відразу три фази.

Як уже зазначалося, крім змінного, існує і постійний струм. Його назва говорить сама за себе: ніяких змін у напрямку руху не відбувається. Такий струм завжди спрямований від плюса до мінуса. Вторинні джерела енергії, наприклад батареї, за допомогою хімічних реакцій накопичують в собі саме такий струм, звідси і позначення «+» і «-». У порівнянні з перемінним, він володіє рядом особливостей. Хочеться сказати «достоїнства і недоліки», але це не так - саме «особливості». Наприклад, електродвигун постійного струму дає можливість плавно регулювати швидкість обертання якоря, а не східчасто і, тим більше, без необхідності застосовувати складні частотні перетворювачі. Причому, практично всі електронні схеми розраховані для роботи саме з цим видом струму, так як їм простіше управляти. Отримати постійний струм із змінного дуже просто - його необхідно «випрямити» спеціальними напівпровідниковими елементами (діодами і діодними мостами). Відбувається зріз піків синусоїди відразу в двох напівперіодах. Залишилася пульсуючу природу отриманого струму також можна згладити.