ПРИЧИНЫ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В электроэнергетике широчайшее распространение получил именно переменный ток благодаря возможности легко преобразовывать напряжение, при котором передаётся электрическая энергия по линиям передач переменного тока. Это происходит в трансформаторах, отличающихся простотой, надёжностью и высоким коэффициентом полезного действия.

На рис. 3 схематически изображён изобретённый Яблочковым в 1876г. трансформатор.

Рис. 2-3. Схема трансформатора

Он состоит их двух обмоток w₁ и w₂, намотанных на общий для них магнитопровод из электротехнической стали, по которому замыкается магнитный поток Ф.

Изменяющийся поток наводит в каждой из обмоток ЭДС, которая согласно закону электромагнитной индукции равна:

(2-5)

Отношение этих ЭДС равно отношению чисел витков обмоток

. (2-6)

Напряжение на зажимах трансформатора практически равно наводимой ЭДС, так как мощность, теряемая в трансформаторе очень мала. Поэтому для нормально работающего трансформатора произведение тока и напряжения на входе равно такому же произведению на выходе:

. (2-7)

Другими словами, если напряжение на выходе трансформатора повышается, скажем, в 100 раз, то во столько же раз уменьшится ток. А как мы знаем потери пропорциональны квадрату тока согласно закону Джоуля-Ленца, поэтому отсюда ясно, почему электроэнергию на дальние расстояния передают с помощью линий высокого напряжения 110 кВ, 220 кВ и даже 500 кВ и более.

Простота устройства трансформаторов и малость теряемой в них энергии позволяют в процессе передачи энергии несколько раз изменять напряжение. Так, например, типичной можно считать такую систему

(рис. 2-4).

Рис. 2-4 . Типичная схема передачи энергии

Генератор Г вырабатывает электроэнергию при напряжении, скажем 11 кВ. Далее оно повышается первым трансформатором Тр 1, например, до 110 кВ. При этом высоком напряжении энергия передается на большое расстояние по линии электропередачи (ЛЭП) и поступает во второй трансформатор Тр 2, который понижает напряжение до 6,6 кВ, при котором энергия распределяется по городской кабельной сети и поступает к крупным потребителям энергии: фабрикам, заводам, городским районам. У этих крупных потребителей стоит третий трансформатор Тр 3, который снижает напряжение, например, до 220 В. При этом напряжении энергия поступает к потребителю.

Однако не только соображения энергетики определили развитие и распространение техники переменных токов.

Так большой толчок дало открытие Белом телефона в 1876 г. При разговоре по телефону под действием звукового давления в цепи микрофона возникают гармонические токи, спектральный состав которых подобен спектральному составу звука. Значение телефонной связи и её широкое распространение очевидны, по мере её развития возникало множество вопросов по теории переменных токов, ставились совершенно новые электротехнические задачи.

Радиотехнические цепи часто бывают очень сложные и содержат много линейных и нелинейных элементов, их анализ и расчёт проводится методами теории цепей.