Александр Цхай
январь 2019.
23419

Почему переменный ток в розетках имеет синусоидальную форму? Разве не удобнее было бы использовать квадратную волну, которую проще выпрямить, без стабилизатора и конденсатора?

Ответить
Ответить
Комментировать
3
Подписаться
2
9 ответов
Поделиться

На это почему есть сразу нескольо потому. Начать с того, что источник ЭДС здесь генератор переменного тока, в котором (турбогенератор ли это тепловой или атомной электростанции, генератор ли в ветряке, генератор приводимый потоком воды в ГЭС, ПЭС и т.д.) переменный магнитный поток через обмотки провода создаётся вращением магнитного поля. Магнитное поле относительно обмоток поворачивается, и поток то нарастает, то убывает. Из-за вращения ротора генератора изменение магнитного потока происходит по гармоническому закону. (Синус всегда обнаруживается, где есть вращение.) А прямоугольные импульсы строго говоря и взять-то неоткуда. Генераторы так не могут. При преобразовании механической энергии в электрическую резко изменить магнитный поток идущий через обмотку можно только в том случае, если скорость движения механических частей в генераторе могла бы быть в определённый момент сравнимой со скоростью света. Иначе никакого ступенчатого изменения ЭДС не получится.

Окей, допустим мы каким-то образом сгенерировали прямоугольный импульсы (это конечно же не является неразрешимой задачей, хотя такая электростанция выглядела бы странно, и скорее делала бы прямоугольник из всё того же синуса). Давайте теперь возьмём длинную-предлинную пару проводов и подключим к этому генератору, а с противоположной стороны подключим потребителя и посмотрим, что он увидит. Пара длинных проводов — это и конденсатор, и индуктивность, и сопротивление в одном лице; если на входе в линию передачи у нас прямоугольные импульсы, то на выходе они имеют форму уже изрядно скруглённую. Не синусоида, конечно, но и совершенно не прямоугольник. Больше того, форма импульса на выходе из линии передач будет зависеть от того, что мы подключим. При изменении сопротивления, ёмкости и индуктивности потребителя будем каждый раз видеть новую картину. Это конечно очень красиво, но, напомню, странную электростанцию мы городили совсем не для этого :)

Так что прямоугольные импульсы мы не можем ни нормально сгенерировать, ни передать на заметное расстояние до потребителя. Все эти проблемы и плюс еще некоторые другие мгноменно испаряются,  если мы решим не выпентдиваться, а получать передавать и потреблять ток  синусоидальной формы. Как говорил персонаж из «Брилиантовой руки», это «…дёшево, надёжно и практично. Бу-га-га-га».

86
-4

И про трансформаторы в случае прямоугольного сигнала можно забыть

+14
Ответить

Если отбросить сказанное выше - то да, можно забыть. Но на катушках фронты все равно будут сглаживаться и трансформатор будет прекрасно работать (электромагнитные развязки работающие от постоянного тока работают на этом принципе). Да и почему бы ему не работать даже если фронты сглаживаться не будут? Напряжение меняется? Меняется. Магнитный поток меняется? Меняется. ЭДС в другой катушке наводится? Наводится. Закон Фарадея соблюдается, никаких проблем тут не вижу.

+3
Ответить
Ещё 4 комментария

А вы попробуйте к такой сети подключить эл.двигадель, проработает он не долго, а почему подумайте. Вас бы так потрясти как вы хотите трясти обмотки этого двигателя.

+3
Ответить

Так бесколлекторные двигатели постоянного тока так и работают. Это синхронный двигатель, обмотки которого замыкает специальный драйвер работающий от постоянного напряжения. Ну и там не просто напряжение подается, а ШИМ.

0
Ответить

@Ярослав Каменев, Как много вы знаете! Но не всегда знание-правильное.

И еще больше- вы не знаете...)))

+1
Ответить

Не могли бы уточнить? А то у меня сейчас из-за моего неправильного знания что-нибудь сгорит на работе, был бы вам очень благодарен за мое спасение.

-1
Ответить

@Мёртвый Анархист, ну да. Это ещё Бакунин сказал.

0
Ответить

@Мёртвый Анархист, никак нет. трансы никуда не деваются, только они уже не из стали, а из феритовых магнитопроводов. Они по массо- габаритным показателям напрочь обходят стальные трансы. Они в разы меньше и легче. Это сплит-трансы. Хотя идеального крутого фронта и спада в природе существуют.

0
Ответить
Ещё 1 комментарий

@miraj711 Group, при той же частоте, никакие фериты вам не нужны и размер будет тот же.

Если частоту повышать, то потери в линиях повышаются так же значительно, плюс ещё излучение и помехи для окружающей среды.

0
Ответить
Ещё 2 комментария

@Мёртвый Анархист, а как же импульсники?

0
Ответить

@Мёртвый Анархист, Почему же? Прямоугольный почти пульсирующий, на пульсирующем транс работает. Только вот на выходе получим почти синусоиду. От индуктивности транса уйти не удастся.

0
Ответить

Потому, что геометрия такая, а никакая другая. И, да, попробуйте получить простым путём не синусойду, а прямоугольные импульсы.

+1
Ответить

Трансформатор работать будет, но в его выходных (непервичных и электрически не связанных с ней) обмотках будет уже другая форма напряжения (ЭДС), приближённо равная первой производной. Так оно, собственно, и в случае с синусоидой на входе — на выходе уже не синусоида, а косинусоида, что, однако, практически то же самое, просто со сдвигом по времени (фазе). Но вот в случае с прямоугольной формой напряжения на первичной обмотке на вторичной будет уже совсем не то. Будет что-то вроде импульсов огромной величины, приходящихся на моменты изменения полярности входного напряжения. А вот такое «безобразие» выпрямить без конденсаторов уже никак не получится.

+3
Ответить
Ещё 7 комментариев

В провод синусоиду легче запихивать, чем прямоугольники.

+4
Ответить

@Владимир Трещалов, И по проводу синусоиде бежать проще углов нет, прямоугольные углами на поворотах за стенки цепляются.

+5
Ответить

ну трансам фиолетова че передавать синус или меандр лиш бы не было подмагничиввания и индукция в железе не заходила в область наса но потери в линиях вырастут и помехи на излучене тоже а знгачит сокам поплохет и тв...ну про радио на св и тк давно все забыли с появлением ИБП и ЭТ

ну и понятно что от генки такое не получить а вот если у васс солнечная или ветроэдектростанция ми мнгоступенчатая инверторная система питания с возвратом части энерги вссеть или автономка DCAC ACDCAC DCACDСАС то выгода от меандра будет солидной особено для частоты в пределах 0,4-25кгц менше размеры и вес трасоф и дроселеци емкостьи банок инвертороф...значит дешевле и менше по габаритам и весу узел...

напритмер в авто инвертор на 20кгц 2х ступенчатый меандр с размахом 600в прекрасно питает электронитку 230в не содержащих АД зато легче 50гц тойже маши в 30раз и дешевле в 5раз..

0
Ответить

@sergsuperhard, традиционный способ на много дешеле, дешевле всей альтернативи и зелёнки вместе взятой.

В вашем инферторе не чистая синусойда, а апроксимированная. Поэтому его размер и вес меньше.

Но он имеет сильные помехи в работе.

Вы просто не подключали трансформаторный усилитель или мощные импульсники с активным коректором коэффициента мощности.

В посоледнем случае удивились бы, на сколько снижается кпд и повышается нагрев.

0
Ответить
Ещё 1 комментарий

@Денис Дубровский, ну для гурманоф синуса можно поставить на входе питания чесный ФНЧ на железном дроселе и бумажно-масляных банках дорогой огромный и тяжелый (он займет не мене 1 кв метра!)

что для КПД и нагрева вопрос спорный

давно уже на производстве моторы рулятся через ЧАСЧТОТНИКИ которые дают 3ф апроксимировагнвый сигнал псевдосинуса регулируемой частоты(плавный разгон и остановка регулировка тяги насософ и оборотоф вентиляции скорости шпинделя станка) причем моша там в десятки сотни КВА! а не в жалкее пару сотен ват ка дома....

кстати вы глянте форму синуса в сети бытовой очень удивитесь ка она искажена часто минимум Кг=5-6% и это хорошо заметно уже даже на обычном осле а нередко вершина синуса ваше плоская (клипинг)изза обилия в сети тысяч мелких некоректированых ИБП в девайцсах которые потребляют на пике синуса... в негропах давно требования на ОБЯЗАТЕЛНЫЙ коректор начинаются с 26+вт у нас с полкило... иначе нет сертификата и штрафы... ранше и у нас были за низкий кос фи...сейчас вроде отменили

0
Ответить

Ток формы не имеет... то что подразумевается - это график изменения напряжения! Это отражение изменений в графической системе координат! Боже, когда же отменять ЕГЭ?

+1
Ответить

@Андрей Романцев, ну почему же, имеет. Но да, когда говорят о токе В РОЗЕТКЕ, то есть не на нагрузке, то, конечно, имеют в виду напряжение. Просто слово «ток» короче, вот его и суют везде, в том числе, и куда не надо.

0
Ответить
Прокомментировать
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Переменный ток в ЛЭП применяется в том числе и для снижения потерь. Прямоугольные импульсы (меандр) все равно превратится в синусоиду из-за индуктивности проводов. Разница между синусом и меандром уйдет в потери.

14
-1

Потому что преобразование механической или тепловой энергии производится на основе колебательного процесса, т.е. на выходе с генератора уже синусоида. Кроме того проще преобразовать низкое напряжение в высокое(для исключения потерь в ЛЭП) и наоборот. Ну и огромное количество электроустановок работает на переменном токе, например все асинхронные двигатели.

+1
Ответить

а почему бы инет??? кувалду тебе в руки и квадрать синусойду

0
Ответить
Прокомментировать

От электростанции до розетки находятся несколько трансформаторов(т.к.передавать лучше высокие напряжения, а пользоваться низкими). Магн. поток в сердечнике трансформатора пропорционален току в первичной обмотке, а ток во вторичной пропорционален скорости! изменения магнитного потока, т.е. производной от тока в первичной. Производная от sin равна cos. Т.е. вторичная обмотка выдает опять-таки синусоиду, но сдвинутую по фазе. Соответственно: при подаче на первичку меандра, с вторички будем снимать короткие! импульсы разных знаков, а с первички будем снимать море тепла.:-) . 

Выпрямление при низких напряжениях для любых форм сигнала-задача не сложная, что не скажешь о высоких напряжениях (посмотрите, например, про локомотивы переменного тока).

Историческая конкуренция электросетей постоянного и переменного напряжения закончилась победой последних.

5
-2

<<при подаче на первичку меандра, с вторички будем снимать короткие! импульсы разных знаков, а с первички будем снимать море тепла.:-) >> Игорь, Вы знаете как работает эл.механический вибропреобразователь для переносных радиостанций? Там нет синусоиды... Высокое напряжение для анодов ламп радиостанции, формируется из прямоугольных импульсов. Как, впрочем и в современных импульсных блоках питания :)

-1
Ответить

Чтобы получить на выходе постоянное напряжение, ещё одна группа контактов, связанная с якорем электромагнита, синхронно переключает вторичную обмотку трансформатора так, чтобы направление тока в нагрузке оставалось постоянным (синхронный преобразователь), либо переменный ток со вторичной обмотки подается на внешний диодный (асинхронный) преобразователь.

.. Недостатки вибропреобразователей — высокий уровень создаваемых им импульсных электрических помех, акустический шум, низкая надежность контактов и дребезг последних. Вибропреобразователь требовал тщательного экранирования, эффективной фильтрации выходного напряжения, герметизации механической части прибора — вибратора и контактов. Ресурс вибропреобразователя обычно не превышал 1000 часов непрерывной работы из-за износа контактов. Поэтому вибропреобразователи практически не применялись для питания ответственных электронных приборов, например, военных или авиационных, в этих применениях предпочитали электромашинные преобразователи - умформеры.

0
Ответить
Прокомментировать

Этот ответ написан и доступен на

Этот ответ написан и доступен на Яндекс Кью

Синусоидальная форма тока обусловлена тем, что для генерации в основном используются генераторы с обмоткой возбуждения установленной на роторе. Подобная конструкция позволяет избежать протекания больших токов через скользящий контакт или же если требуется высокая выходная мощность использовать жидкометаллический контакт. На выходе такого генератора получается трёхфазный синусоидальный ток, который очень удобен для промышленных потребителей. Меандр будет относительно хорош для бытового применения ибо тогда конструкцию импульсных источников вторичного питания можно будет сделать проще. Однако сложности с получением, трансформацией и доставкой на большие расстояния делают использование тока прямоугольной формы нецелесообразным.

4
-1
Прокомментировать

Этот ответ написан и доступен на

Этот ответ написан и доступен на Яндекс Кью

Прямоугольник прост для восприятия человеку, но для природы самое простое колебание - синусойда, оно же гармоническое колебание. Именно синусойда, творение природы, имеет одну составляющую в спектре, а поэтому генерировать, преобразовывать и передавать энергию проще всего именно в виде синусойды.
Прямоугольник же состоит из суммы синусойд нечетных гармоник: 1*f, 3*f, 5*f....
и так далее. Поэтому передать несколько частот всегда сложнее, нежели одну. Это справедливо и для радиочастотного спектра при передаче радиосигналов.

4
-3

Неграмотно пишете, синусоида а не "синусойда". Если уж взялись комментировать сложные технические вопросы, то термины хотя бы не каверкайте.

-1
Ответить

Да, ошибся, но и вы бы могли тактично на это указать, а не играть в надменного учителя... К сути претензий нет? Нет. Тогда пасть сомкни и стой в сторонке, если по делу сказать нечего.

-3
Ответить
Прокомментировать
Читать ещё 4 ответа
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью