Почему используют переменный ток а не постоянный: «Зачем нужен переменный ток? Почему нельзя обойтись постоянным?» – Яндекс.Кью

Содержание

Почему для передачи и распределения электрической энергии используют преимущественно переменный ток, а не постоянный?

Почему для передачи и распределения электрической энергии используют преимущественно переменный ток, а не постоянный?. Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное]

ВикиЧтение

Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное]
Кондрашов Анатолий Павлович

Почему для передачи и распределения электрической энергии используют преимущественно переменный ток, а не постоянный?

На заре электроэнергетики, когда маломощные генераторы электрического тока располагались на небольших расстояниях от потребителей (нередко в пределах одного населенного пункта), для передачи электрической энергии успешно использовали постоянный электрический ток. Сторонником использования в этих целях постоянного электрического тока был, например, Томас Алва Эдисон. Со временем потребность в электроэнергии возрастала, ее стали вырабатывать на крупных электростанциях с мощными агрегатами (с ростом мощности снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии). В связи с этим возникла также необходимость передавать электроэнергию на большие расстояния. Однако потери электроэнергии при ее передаче тем ниже, чем выше напряжение электрического тока. Это и обусловило целесообразность применения в линиях электропередачи переменного тока, напряжение которого (в отличие от постоянного тока) легко можно трансформировать почти без потерь мощности.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Является ли бесплодие преимущественно женской проблемой?

Является ли бесплодие преимущественно женской проблемой? У молодой пары долго не было детей. Им посоветовали съездить в Рим и в соборе святого Петра зажечь свечу. Через несколько лет человек, который дал совет супругам, случайно попал в городок, где они жили, и решил

Является ли бесплодие преимущественно женской проблемой?

Является ли бесплодие преимущественно женской проблемой? У молодой пары долго не было детей. Им посоветовали съездить в Рим и в соборе святого Петра зажечь свечу. Через несколько лет человек, который дал совет супругам, случайно попал в городок, где они жили, и решил

Почему в США (в отличие от России) не используют название «никотиновая кислота»?

Почему в США (в отличие от России) не используют название «никотиновая кислота»? Ассоциацию американских врачей обеспокоил тот факт, что из-за схожести названий никотиновой кислоты и никотина общественность может решить, что табак является источником витаминов. Поэтому

7.2. Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль. Видовая и пространственная структура экосистемы. Цепи и сети питания, их звенья. Типы пищевых цепей. Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания). Правило экологической пирамиды. Структура и дина

7.2. Экосистема (биогеоценоз), ее компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль. Видовая и пространственная структура экосистемы. Цепи и сети питания, их звенья. Типы пищевых цепей. Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания). Правило экологической

Авиационные преобразователи электрической энергии

Авиационные преобразователи электрической энергии Авиационные преобразователи электрической энергии являются вторичными источниками электрического тока. Они преобразуют электрическую энергию с данными параметрами в электрическую же энергию, но с другими

Является ли бесплодие преимущественно женской проблемой?

Является ли бесплодие преимущественно женской проблемой? У молодой пары долго не было детей. Им посоветовали съездить в Рим и в соборе святого Петра зажечь свечу. Через несколько лет человек, который дал совет супругам, случайно попал в городок, где они жили, и решил

2.8. Определение потребности в электрической энергии и мощности районных и объединенных энергосистем

2.8. Определение потребности в электрической энергии и мощности районных и объединенных энергосистем Расчет потребности в электрической энергии и мощности выполняется для определения объема вводов и структуры генерирующих мощностей, выявления степени

В чем разница между постоянным и переменным током — T&P

Если вдоль всего Садового кольца встанут люди, возьмутся за руки, и одновременно будут шагать в одну сторону, то через каждый перекресток будет проходить много людей. Это постоянный ток. Если же они будут делать пару шагов вправо, потом влево, через каждый перекресток пройдет много людей, но это будут одни и те же люди. Это переменный ток.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает —  это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток / Хабр

Война токов

завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.

Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.

Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.

И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.


источник картинки: выключатель-автоматический.рф

Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.

Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.

Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.

Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.

Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.

Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.

Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.

Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.

Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.

Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.

При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.

Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает

коэффициент мощности

и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:

Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.

Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.

Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть

схемы различных ЭПРА

, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.


источник картинки: aliexpress.com

Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.

Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока.

Схемы светодиодных ламп

весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.

Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.


источник картинки: bigclive.com

Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.


источник картинки: powerelectronictips.com

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.

Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».

У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.

В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.

Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.

Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.

Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:

Раз
Два

Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.

Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.


В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.

Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.

Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.

Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.


По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.

Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.

Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.

После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).

К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Почему мы используем переменный ток для передачи на большие расстояния?

Первое, на что нужно обратить внимание: мы не всегда используем AC. Существует такая вещь, как высокое напряжение постоянного тока для передачи электроэнергии на большие расстояния. Однако его использование было редким до последних нескольких десятилетий, когда были разработаны относительно эффективные методы преобразования постоянного тока в переменный.

Второй момент заключается в том, чтобы опровергнуть распространенный ответ, который заключается в том, что «DC не пойдет на большие расстояния». Конечно, это будет. На самом деле постоянный ток иногда лучше для больших расстояний (потому что у вас нет емкостных или электромагнитных потерь).

Но, да, кондиционер использовался традиционно. «Почему» происходит из-за серии «a ведет к b ведет к c приводит к …»:

  1. Вы хотите потерять как можно меньше энергии в своих линиях передачи. И при прочих равных условиях, чем больше расстояние, тем больше энергии вы потеряете. Таким образом, чем больше расстояние, тем важнее сократить потери на линии до минимума.

  2. Основной способ, которым линии электропередач теряют мощность, — это резистивные потери. Они не являются идеальными проводниками (их сопротивление не равно нулю), поэтому небольшая часть энергии, которая проходит через них, теряется на тепло — так же, как в электронагревателе, только там, конечно, тепло — это то, что мы хотим! Теперь, чем больше энергии переносится, тем больше теряется. Для заданного количества передаваемой мощности резистивные потери в линии передачи пропорциональны квадрату тока! (Это потому, что мощность (в ваттах), рассеиваемая в сопротивлении, равна току в амперах, в квадрате, умноженном на сопротивление в Ом. Эти потери обычно называют потерями «I-квадрат-R», произносится как «квадрат-глаз» «,» I «- обычный символ тока в электротехнических работах.) Таким образом, вы хотите, чтобы ток был как можно ниже. Слабый ток имеет еще одно преимущество: вы можете использовать более тонкие провода.

  3. Таким образом, если вы сохраняете ток низким, то для того же количества поставленной мощности вам потребуется высокое напряжение (мощность в ваттах = ЭДС в вольтах, умноженная на ток в амперах). Например, чтобы уменьшить ток вдвое, вам нужно удвоить напряжение. Но это сократит ваши потери до одной четверти от того, что они были! Это победа. Теперь высокое напряжение имеет свои проблемы. Чем выше напряжение, тем труднее защитить его от случайного контакта, короткого замыкания и т. Д. Это означает, что более высокие опоры, больший интервал между проводниками и т. Д. Таким образом, вы не можете использовать максимально возможное напряжение везде; это не экономично. Но в целом, чем длиннее линия передачи, тем выше напряжение, которое имеет смысл.

  4. К сожалению, вы не можете подавать электроэнергию в конечную точку использования (настенные розетки и световые розетки) при высоких напряжениях, которые имеют смысл для линий электропередач на большие расстояния. (это может быть несколько сотен тысяч вольт!) Практические генераторы также не могут выдавать очень высокие напряжения (они будут ужасно гореть). Поэтому вам нужен простой способ преобразования одного напряжения в другое.

  5. И это легче всего сделать с помощью переменного тока и трансформаторов. Трансформаторы могут быть удивительно эффективными: силовые распределительные трансформаторы обычно имеют эффективность 98 или 99 процентов, что намного выше, чем у любой механической машины.

В отличие от этого, для преобразования напряжения постоянного тока необходимо преобразовать его в переменный ток, использовать трансформатор, а затем преобразовать обратно в постоянный ток. В частности, шаг постоянного тока в переменный будет иметь потери. Современные полупроводники сделали это намного лучше в последние годы, но, как правило, это не стоит делать, пока вы не говорите об очень длинных линиях передачи, где преимущества постоянного тока перевешивают потери преобразования.

Другая причина, по которой схема переменного тока Теслы преобладала над постоянным током Эдисона, заключалась в том, что система переменного тока Теслы масштабировалась лучше. Эдисон не просто хотел продавать лампочки; он хотел продавать системы освещения для бизнеса. Не было никакой распределительной сети, и он не хотел строить ее прежде, чем сможет продавать лампочки. Он предполагал, что каждое коммерческое здание, возможно, несколько крупных жилых домов, будет иметь свой собственный независимый генератор в подвале, как у вас сегодня обычно есть водонагреватели. Первоначально он был успешным, потому что он (в отличие от других разработчиков лампочек) продавал и устанавливал комплектные системы, генератор и распределительное устройство, проводку и все, а не только лампочки.

Это спасло бы большую часть путевых проводов в городах, но Тесла понял, что это не будет работать хорошо для малых предприятий или домов (что домовладелец или владелец магазина хочет беспокоиться о сохранении работы генератора?) И думал с точки зрения Центральная электростанция. Он спроектировал (для Westinghouse) целую систему распределения переменного тока, включающую трехфазные индукционные генераторы переменного тока, повышающие трансформаторы, чтобы повысить их мощность по мере необходимости на больших расстояниях, а затем преобразовать через серию понижений в то, что называется «распределительным напряжением» и, наконец, к линиям, которые связаны с домами и легкими коммерческими зданиями. Это была гораздо более масштабируемая система, чем система Эдисона. И, конечно же, переменный ток работает как для лампочек, так и для двигателей.

Говоря об этом … Еще одна причина предпочтения переменного тока заключается в том, что переменный ток, и в частности трехфазный переменный ток, который используется системой Тесла (везде, кроме последней капли, от трансформатора распределения полюсов до дома), был и остается гораздо лучшим для работы мощные моторы. Все практичные моторы в действительности являются двигателями переменного тока; «Двигатели постоянного тока» используют коммутаторы для переключения полярности катушек назад и вперед по мере необходимости, чтобы поддерживать вращение — по сути, они создают свой собственный переменный ток внутри. Но коммутаторы требуют щеток, которые изнашиваются и требуют обслуживания; они создают искры и т. д. В то время как асинхронный двигатель переменного тока не нуждается ни в коммутаторе, ни даже в контактных кольцах. Тесла разработал свою систему передачи энергии, чтобы начать с трехфазных генераторов переменного тока и поддерживать трехфазные вплоть до полюсного трансформатора. Таким образом, он может легко поставлять трехфазную сеть там, где это необходимо (средние и крупные коммерческие и промышленные), но полюсный трансформатор может отключать однофазную сеть для дома и небольшого коммерческого использования.

Трехфазное распределение имеет еще одно преимущество: не требуется выделенный «обратный» провод.

Во время «войны течений» Эдисон сделал большую опасность от переменного тока. Это правда, что данный уровень тока через определенный путь через тело более опасен при переменном токе, чем при постоянном токе. Это связано с тем, что переменный ток на частотах линии электропередачи будет вызывать непроизвольные сокращения мышц — паралич — и фибрилляцию сердца при гораздо более низком токе, чем постоянный ток (около десятой доли). (См. Allaboutcircuits.com). Однако разъемы для конечных пользователей были спроектированы таким образом, чтобы минимизировать риск контакта с токоведущими частями, и мы продолжаем улучшать их в этом отношении.

(Кроме того, я давно считал, что электрический трансформатор следует рассматривать как одну из основных машин, наряду с рычагом, наклонной плоскостью, блоком и захватом и т. Д. Они имеют одно и то же свойство обменивать одно на другое. В случае базовых механических машин это мощность, передаваемая на расстояние, для эквивалентного объема выполненной работы, в трансформаторе это напряжение для тока, при эквивалентной мощности. Пары «главный-подчиненный» гидравлического цилиндра также должны быть в списке «простых машин». .;))

определение, чем он лучше постоянного, зачем его используют в электрических сетях

Большинство современных бытовых и промышленных устройств работают от сети переменного тока. К ним можно отнести также все приборы на основе постоянного тока или питающиеся от аккумуляторов, поскольку они используют ту или иную форму DC, полученную из AC как с помощью преобразования сетевого напряжения, так и путём зарядки батарей. Но так было не всегда. Потребовалось немало времени, чтобы подобная система энергоснабжения зарекомендовала себя с лучшей стороны.

Эдисон и Тесла

Ипполит Пикси сумел создать первый генератор переменного тока в 1835 году. Это было устройство на постоянных магнитах, работающее при вращении рукоятки. Предприниматели того времени были заинтересованы в генерации DC и не совсем понимали, где может применяться изобретение и зачем нужно получать AC.

Настоящая конкуренция за стандарты электричества в линиях передач развернулась к концу 1880-х. годов, когда началась борьба между основными энергетическими компаниями за доминирование на рынке собственных запатентованных энергетических систем. Это было соперничество концепций электрификации двух великих изобретателей: Николы Теслы и Томаса Эдисона.

Эдисон изобрёл и усовершенствовал немало устройств, необходимых для первых систем генерации и транспортировки постоянного тока. В течение короткого времени его компания смогла открыть более 200 станций в Северной Америке. Предприятие росло, и изобретатель для выполнения работ по усовершенствованию оборудования нанял Николу Теслу — молодого инженера из Европы. Новый сотрудник предложил вниманию Эдисона революционные для того времени работы, основанные на технологиях переменного значения. Идеи Тесла были отвергнуты и пути изобретателей разошлись.

Джордж Вестингауз, наоборот, отнёсся к открытиям сербского инженера с большим интересом и выкупил все патенты Тесла. После предприятия Вестингауза пережило немало потрясений, в том числе и связанных с мощными пропагандистскими компаниями Эдисона. Финалом борьбы стал момент, когда система Теслы была выбрана для освещения выставки в Чикаго. Это событие познакомило мир с преимуществами многофазной генерации AC и его транспортировки. С тех пор большинство электрических устройств и сетей заказывались уже под новый стандарт. Основными датами войны токов были:

  • 1870 г. — создание Эдисоном первого генератора DC;
  • 1878 г. — основание Edison Electric Light Co в Нью-Йорке;
  • 1882 г. — открытие Эдисоном генерирующей станции Pearl Street на 5 тыс. огней;
  • 1883 г. — изобретение Теслой трансформатора;
  • 1884 г. — изобретение Теслой генератора AC;
  • 1888 г. — демонстрация Теслой многофазной электрической системы, Вестингауз выкупает его патенты;
  • 1888 г. — казнь с помощью электрического стула, изобретённого Эдисоном как средство для пропагандистской компании, демонстрирующей опасность технологий Теслы.
  • 1893 г. — триумф Westinghouse Electric Company на Чикагской ярмарке.

Определение и свойства

Гальваническая батарея выдаёт стабильную разницу потенциалов на полюсах в течение длительного времени до момента завершения в ней химической реакции. Ток от подобного источника называют постоянным. Простое определение переменного тока, понятное для чайников и приемлемое для специалистов, можно построить от обратного: AC есть поток зарядов в проводнике, периодически меняющий свою величину и направление. В сетях энергоснабжения он регулярно изменяет амплитуду и полярность.

Эти изменения представляют собой бесконечные повторения последовательности идентичных циклов, формирующих на экране осциллографа синусоиду, в отличие от DC, который визуализируется как прямая.

Графическая иллюстрация важна для понимания того, какой ток называют переменным синусоидальным.

Поскольку из определения переменного тока следует, что изменения параметров являются регулярными, переменное электричество обладает рядом свойств, связанных с качеством и формой его отражения на графике. Эти основные свойства можно представить следующим списком:

  • Частота. Одно из наиболее важных свойств любого регулярного сигнала. Определяет количество полных циклов за конкретный период. Измеряется в герцах (циклах в секунду). В Европе для сетей электроснабжения составляет 50 Гц, в США и Канаде — 60 Гц.
  • Период. Иногда важно знать количество времени, необходимое для завершения одного цикла электрического сигнала, а не числа циклов в секунду времени. Период — понятие логически обратное частоте, означающее длительность одного цикла в секунду.
  • Длина волны. Характеристика, похожая на период, но может быть измерена из любой части одного цикла к эквивалентной точке в следующем.
  • Амплитуда. В контексте электрического тока — это наибольшее значения АС относительно нейтрального. Математически амплитуда синусоиды есть значение этой синусоиды на пике. Однако если речь идёт о системах питания, то лучше обращаться к понятию эффективного тока. В качестве эквивалента используется количество работы, которую способен сделать постоянный ток при напряжении, равном амплитуде исследуемого переменного тока. Для синусоидальной волны эффективное напряжение составляет 0,707 от амплитуды.

В случае с АС наиболее важные свойства — частота и амплитуда, так как все виды оборудования разрабатываются с учётом соответствия этим параметрам в линии электропередачи. Период требует внимания при проектировании электронных источников питания.

А длина волны, как параметр, становится важен, когда речь идёт о токах со значительно более высокой частотой, чем в сетях энергоснабжения.

Сравнение AC и DC

Направление потока электрической энергии определяет постоянный и переменный ток. Разница в том, что в первом случае заряды перемещаются в одном направлении и непрерывно, а во втором — направление потока меняется через равные интервалы. Последнее сопровождается чередованием уровня напряжения и сменой полюсов на источнике с положительного на отрицательный и наоборот, что делает процессы в нагрузках более сложными, чем в случае с постоянным напряжением.

Ключевым преимуществом DC состоят в том, что его можно легко аккумулировать или создавать в портативных химических источниках. Но использование AC позволяет осуществлять передачу электрической энергии на большие расстояния намного экономичнее. Дело в том, что мощность W=I*V, передаваемая от станции, не в полном объёме доставляется до точки назначения. Часть её расходуется на нагрев линий электропередачи в размере W= I2*R.

Очевидный способ сокращения потерь — уменьшение сопротивления за счёт наращивания толщины проводов. Но для его реализации существует экономический предел: толстые проводники стоят дороже. Кроме того, массивные провода требуют дорогих несущих конструкций.

Задача имеет блестящее решение, если изменить напряжение и силу тока при сохранении мощности. Например, при увеличении V в тысячу раз и соответствующем уменьшении I, значение мощности сохраняется прежним, но потери уменьшаются в миллионы раз, поскольку они находятся в квадратичной зависимости от силы тока. Остаётся проблема преобразования напряжения до безопасных значений при распределении его к потребителям.

Это невозможно в случае с DC, но переменный ток позволяет изменять значения I и V при сохранении мощности с помощью трансформаторов. Энергетические компании используют это свойство для транспортировки электричества. Способность к трансформации и определяет главное, практически применимое отличие переменного тока от постоянного.

Другим важным преимуществом является необычайная простота его производства и возможность реализации в несложных конструкциях электродвигателей. Электрические приводы — наиболее значимый способом применения AC.

Генерация и трансформация

Принцип генерации электричества прост. Если магнитное поле вращается вдоль стационарного набора катушек из витков проводника или, наоборот, катушка вращается вокруг стационарного магнитного поля, то благодаря явлению электромагнитной индукции на концах обмоток возникает разность потенциалов. С каждым изменением угла поворота в результате описанного кругового движения выходное напряжение также будет меняться как по величине, так и по направлению.

Описанный условный генератор при постоянной угловой скорости вращения вала производит синусоидальный AC с формой волны, ничем не отличающейся от поставляемого в бытовой сети. Реальные генераторы устроены значительно сложнее, но работают на том же принципах электромагнитной индукции.

Эти же законы помогают не только в производстве AC, но и в его передаче и распределении. Преобразования напряжения энергетическим компаниями невозможно осуществить без электрических машин, называемых трансформаторами. Вот почему это изобретение Теслы было так важно для революции в транспортировке электричества.

Любой трансформатор состоит из следующих элементов:

  • первичной и вторичных обмоток;
  • сердечника.

Слово «первичная» применяется для обмотки, на которую подаётся электрическое напряжение, нуждающееся в трансформации. Индуцированное напряжение на вторичной катушке всегда равно приложенному на первичной, умноженному на соотношение витков вторичной к первичной. Трансформатор позволяет пошагово изменять напряжение.

Разность потенциалов, которая получается на выходе, есть расчётная величина, зависящая от соотношения витков обмоток.

Используемые виды

В большинстве случаев под тем, какой ток называется переменным, подразумевают электричество из бытовой сети. Для многих далёких от электрики и электроники людей было бы неожиданностью узнать, что под АС подразумевается значительно более широкое понятие, чем электричество из розетки.

Краткий перечень переменных токов, используемых в сетях питания:

  • Однофазный. Простой вид, переменный по направлению. Коммерческий его тип имеет синусоидальный вид на графике и передаётся по двум проводникам.
  • Трёхфазный. Электричество для промышленных нужд обычно поставляется в виде трёх отдельных синусоид с пиками амплитуды в трети цикла друг от друга. Для передачи энергии таким способом требуется три (иногда четыре) проводника.
  • Двухполупериодный выпрямленный однофазный. Полученный из переменного с помощью выпрямителя таким образом, чтобы обратная половина цикла сменила полярность. Его можно рассматривать как пульсирующий постоянный ток без интервала между импульсами.
  • Полностью выпрямленное трёхфазное напряжение. Однополярный ток с небольшой пульсацией. Это свойство выгодно отличает его от DC.
  • Полуволновой выпрямленный. Получается после выпрямления AC простейшим образом с обрезанием части с обратной полярностью. В результате получается пульсирующее напряжение с интервалами без разности потенциалов на клеммах.
  • Импульсное напряжение. Широко применяется в современной цифровой технике и электронике. Во многих случаях волна не синусоидальной, а прямоугольной формы.

В современных приборах используются самые разнообразные формы тока и нередко одновременно. Даже освещение в XXI веке изменилось неузнаваемо со времён Эдисона. Традиционная лампа накаливания работала непосредственно от сети AC, а её светодиодный аналог предварительно выпрямляет синусоидальное напряжение, преобразуя затем его до нужных параметров без помощи дополнительных устройств.

Однако война токов может иметь своё продолжение в совсем недалёком будущем. Растущее количество источников DC, таких как солнечные батареи и ветряки, стало стимулом для разработки технологий транспортировки постоянного тока на большие расстояния при потерях, сопоставимыми с передачей AC. В мире уже построено несколько таких действующих объектов и, вполне возможно, через некоторое время они продемонстрируют на практике свои преимущества перед классическими энергосистемами.

Передавая мощность на большие расстояния, что лучше переменного или постоянного тока?

Я фактически работал над схемами HVDC, еще в середине-конце 90-х годов. Ответ Олина Латропа отчасти прав, но не совсем. Я постараюсь не повторять слишком много его ответа, но я проясню несколько вещей.

Потери для переменного тока в основном сводятся к индуктивности кабеля. Это создает реактивное сопротивление для передачи энергии переменного тока. Распространенное заблуждение (повторяемое Олином) состоит в том, что это происходит из-за передачи власти окружающим. Это не так — виток провода на полпути между этим местом и Магеллановым Облаком будет иметь точно такое же реактивное сопротивление и вызывать точно такие же электрические эффекты, что и на вашем столе. По этой причине это называется самоиндуктивностью , и самоиндуктивность длинного кабеля передачи действительно значительна.

Кабель не теряет значительную мощность от индуктивной связи с другими металлоконструкциями — это другая половина этого распространенного заблуждения. Эффективность индуктивной связи зависит от частоты переменного тока и расстояния между кабелями. Для передачи переменного тока на частоте 50/60 Гц частота настолько мала, что индуктивная связь на любом расстоянии абсолютно неэффективна; и если вы не хотите получить удар током, эти расстояния должны быть на расстоянии нескольких метров. Это просто не происходит в какой-либо измеримой степени.

(Отредактировано, чтобы добавить одну вещь, которую я забыл) Для кабелей, идущих под водой, также имеются очень высокие емкости кабелей из-за их конструкции. Это другой источник реактивных потерь, но он также важен. Это может быть основной причиной потерь в подводных кабелях.

Скин-эффект вызывает более высокое сопротивление для передачи энергии переменного тока, как говорит Олин. На практике, однако, потребность в гибких кабелях делает это менее важной проблемой. Один кабель, достаточно толстый для передачи значительной мощности, как правило, был бы слишком негибким и громоздким, чтобы висеть на пилоне, поэтому передающие кабели собираются из пучка проводов, разделенных прокладками. В любом случае, нам нужно было бы это сделать, независимо от того, использовали мы постоянный или переменный ток. Результатом этого является размещение проводов в зоне скин-эффекта для пучка. Понятно, что в этом задействовано инженерное дело, и все равно будут некоторые потери, но благодаря этому счастливому стечению обстоятельств мы можем быть уверены, что они намного ниже.

Подводные и подводные кабели, конечно, представляют собой один толстый кабель, поэтому, в принципе, они могут быть укушены скин-эффектом. В конструкции кабеля для тяжелых условий эксплуатации, как правило, используется прочный центральный сердечник, который обеспечивает структурную целостность кабеля, а другие соединители намотаны на этот сердечник. Опять же, мы можем использовать это в наших интересах, чтобы уменьшить влияние скин-эффекта в переменном токе, и даже кабели HVDC будут построены таким же образом.

Большая победа в передаче электроэнергии, однако, устраняет реактивные потери.

Как говорит Олин, существует также проблема объединения двух электрических сетей, потому что они никогда не будут иметь одинаковую частоту и фазу. Грамотное использование фильтров в середине 20-го века позволило подключить сетки, но проектирование их было таким же искусством, как и наукой, и они были по своей сути неэффективными. После того как вы получили мощность, передаваемую в постоянном токе, вы можете восстановить переменный ток с той же частотой и фазой, что и в сети назначения, и избежать этой проблемы.

Более того, гораздо эффективнее преобразовать переменный ток в постоянный и обратно в переменный, вместо того, чтобы пытаться использовать фильтры для компенсации фазы и частоты. Сетки в наши дни, как правило, объединяются с помощью последовательных схем . По сути, это две половины линии HVDC, расположенной рядом друг с другом, с огромной шиной между двумя, а не километрами кабеля передачи.

Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов.

Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.

Постоянный ток используется:

  • Для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500 кВ). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП.
  • В контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000 В.
  • В сетях до 1000 В для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги и прочее.
  • Для электросетей до 500 В, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов.
  • В качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.


Поток электронов идет строго по прямой линии, никак не колеблясь и не изменяясь. У такого тока нет частоты, потому что нет колебаний. Поток электронов (каждый электрон) двигается строго в одном направлении от «минуса» к «плюсу». Поэтому в батарейках так важно соблюдать полярность. Если подключите два «минуса» или два «плюса», ток просто не потечет.

Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – то есть если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели электротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.

Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12 В; для строительной техники, например, экскаваторов, бульдозеров используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24 В. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7 В.

Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой (-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). 

На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.

Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.

Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц) означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50 Гц, то есть меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном.

В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.

Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».

Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза». Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220 В.

Переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.

Особенностями переменного однофазного тока являются:

  • Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
  • Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
  • Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.


Поток электронов постоянно колеблется с определенной частой (в 50 герц), образуя синусоиду (волнистую линию).
Поток электронов двигается как угодно, отдельные электроны в потоке тоже движутся хаотично. Для переменного тока не требуется соблюдать полярность.

 

Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.

Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства –трансформатора.

Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.

Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000 В городских сетей до 220 В домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.

 

Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока

Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов, Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, например, в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду — 60 в U.S. — и может быть сравнительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока. Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка, также известная как Всемирная колумбийская выставка, проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести в действие не только Буффало, но и весь восток Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 года Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно переменным током, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе.И теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Получается, что Война течений еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И все это было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание. Этот пост был первоначально опубликован в рамках серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

Электричество В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

| Обновлено 27.04.2021Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

Электроэнергия бывает двух видов — переменного тока (AC) и постоянного тока (DC).Оба они необходимы для функционирования нашей электроники, но знаете ли вы разницу между ними и то, к чему они относятся?

Связанные компании

И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянном токе (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Напротив, электрический заряд переменного тока периодически меняет направление.

(Источник: Unsplash)

Что такое переменный ток?

Мощность переменного тока (AC) — это стандартное электричество, которое выходит из электрических розеток и определяется как поток заряда, который демонстрирует периодическое изменение направления.

Поток переменного тока изменяется с положительного на отрицательный из-за электронов — электрические токи исходят от потока этих электронов, который может двигаться в положительном (вверх) или отрицательном (вниз) направлении. Это известно как синусоидальная волна переменного тока, и эта волна возникает, когда генераторы переменного тока на электростанциях создают мощность переменного тока.

Основной доклад на PCIM Digital Days 2021

Не пропустите ключевой доклад «HVDC Grid Challenges Locks and Opportunities» от Седдика Бача, научного директора программы, SuperGrid Institute, на PCIM Digital Days с 3 по 7 мая 2021 года.

Откройте для себя всю программу!

Генераторы переменного тока вырабатывают переменный ток путем вращения проволочной петли внутри магнитного поля. Волны переменного тока образуются, когда провод движется в области с разной магнитной полярностью — например, ток меняет направление, когда провод вращается от одного полюса магнитного поля к другому. Это волнообразное движение означает, что мощность переменного тока может распространяться дальше, чем мощность постоянного тока, что является огромным преимуществом, когда речь идет о доставке энергии потребителям через розетки.

Что такое мощность постоянного тока?

Электропитание постоянного тока (DC), как можно понять из названия, представляет собой линейный электрический ток — он движется по прямой линии.

Постоянный ток может поступать из нескольких источников, включая батареи, солнечные элементы, топливные элементы и некоторые модифицированные генераторы переменного тока. Электропитание постоянного тока также может быть «получено» из переменного тока с помощью выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.

Питание

постоянного тока гораздо более стабильно с точки зрения подачи напряжения, а это означает, что большая часть электроники полагается на него и использует источники питания постоянного тока, такие как батареи.Электронные устройства также могут преобразовывать мощность переменного тока из розеток в мощность постоянного тока с помощью выпрямителя, часто встроенного в источник питания устройства. Трансформатор также будет использоваться для повышения или понижения напряжения до уровня, подходящего для рассматриваемого устройства.

Однако не все электрические устройства используют питание постоянного тока. Многие устройства, особенно бытовые приборы, такие как лампы, стиральные машины и холодильники, используют переменный ток, который подается непосредственно из электросети через розетки.

Зачем нужны два разных типа питания?

Хотя многие современные электронные и электрические устройства предпочитают питание постоянного тока из-за его плавного потока и равномерного напряжения, мы не смогли бы обойтись без переменного тока.Оба типа власти важны; одно не «лучше» другого.

Фактически, AC доминирует на рынке электроэнергии; все электрические розетки подают питание в здания в виде переменного тока, даже если может потребоваться немедленное преобразование тока в мощность постоянного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не способен преодолевать такие же большие расстояния от электростанций до зданий, как переменный ток. Также намного проще генерировать переменный ток, чем постоянный, из-за того, как работают генераторы, и система в целом дешевле в эксплуатации — с переменным током мощность может легко передаваться по национальным сетям через мили и мили проводов и опор.

DC в первую очередь вступает в игру, когда устройству необходимо сохранять энергию в батареях для будущего использования. Смартфоны, ноутбуки, портативные генераторы, фонарики, системы наружных камер видеонаблюдения… вы называете это, все, что работает от батарей, требует хранения постоянного тока. Когда батареи заряжаются от сети, переменный ток преобразуется в постоянный ток выпрямителем и сохраняется в батарее.

Однако это не единственный используемый метод зарядки. Если вы когда-либо заряжали свой телефон с помощью блока питания, например, вы используете источник питания постоянного тока, а не переменного тока.В этих ситуациях источникам питания постоянного и постоянного тока может потребоваться изменить выходное напряжение (в данном случае, блок питания) для использования устройства (в данном случае телефона).

Следуйте за нами в LinkedIn

Вам понравилось читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних событий в отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

Следуйте за нами здесь!

(ID: 46408650)

Электричество переменного тока (AC), Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (от 13 февраля 2016 г.)

Электроэнергия переменного тока (AC) — это тип электричества, обычно используемый в домах и на предприятиях по всему миру.

В то время как электричество постоянного тока (DC) течет в одном направлении по проводу, электричество переменного тока меняет свое направление в возвратно-поступательном движении. Направление меняется от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от электросистемы страны.

Электричество переменного тока создается генератором переменного тока, который определяет частоту.

Особенностью электричества переменного тока является то, что напряжение можно легко изменить, что делает его более подходящим для передачи на большие расстояния, чем электричество постоянного тока.Но также переменный ток может использовать конденсаторы и катушки индуктивности в электронных схемах, что позволяет использовать их в широком диапазоне.

Примечание : Обычно мы говорим AC , электричество , а не просто AC, поскольку это также аббревиатура для кондиционирования воздуха. Чтобы избежать недоразумений, нужно быть точным в науке.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • В чем разница между электричеством переменного и постоянного тока?
  • Почему мы используем переменный ток вместо постоянного?
  • Каковы преимущества электроэнергии переменного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



Разница между электричеством постоянного и переменного тока

Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд. Поскольку противоположные заряды притягиваются, они будут двигаться к области, состоящей из положительных (+) зарядов. Это движение облегчается в электрическом проводнике, таком как металлический провод.

Электроны движутся прямо с электричеством постоянного тока

При использовании электричества постоянного тока подключение провода от отрицательной (-) клеммы батареи к положительной (+) клемме заставит отрицательно заряженные электроны устремиться через провод к положительно заряженной стороне.То же самое происходит с генератором постоянного тока, где движение спирального провода через магнитное поле выталкивает электроны из одного вывода и притягивает электроны к другому выводу.

Переменные направления электронов в переменном токе

С генератором переменного тока немного другая конфигурация чередует двухтактные и двухтактные клеммы генератора. Таким образом, электричество в проводе ненадолго движется в одном направлении, а затем меняет свое направление на противоположное, когда якорь генератора находится в другом положении.

Эта иллюстрация дает представление о том, как электроны движутся по проводу в электричестве переменного тока. Конечно, оба конца провода идут к генератору переменного тока или источнику питания.

К сожалению, для использования этой Flash-анимации у вас должен быть активирован JavaScript.

Переменное движение электронов в проводе

Заряд на концах провода чередуется с отрицательного (-) и положительного (+). Если заряд отрицательный (-), это отталкивает отрицательно заряженные электроны от этого вывода.Если заряд положительный (+), электроны притягиваются в этом направлении.

Скорость изменения

Электроэнергия переменного тока попеременно меняет направление 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы страны. Это называется частотой и обозначается как 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).

(Дополнительную информацию см. В разделе «Напряжения и частоты переменного тока по всему миру».)

Лампочки

Многие электрические устройства, такие как лампочки, требуют только движения электронов.Их не волнует, текут ли электроны по проводу или просто движутся туда-сюда. Таким образом, лампочка может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

AC периодический ход

Регулярное возвратно-поступательное движение электронов в проводе при питании от электричества переменного тока представляет собой периодическое движение, подобное движению маятника.

(Для получения дополнительной информации см. Периодическое движение и Маятник.)

Из-за этого периодического движения электронов напряжение и ток имеют синусоидальную форму, чередующуюся между положительным (+) и отрицательным (-), при измерении с помощью вольтметра или мультиметра.

Форма волны изменяется от положительной до отрицательной во времени

Скорость прохождения пиков напряжения или тока через заданную точку — это частота переменного тока.

Преимущества переменного тока

Есть явные преимущества переменного тока перед электричеством постоянного тока. Способность легко преобразовывать напряжения — основная причина, по которой мы используем в наших домах переменный ток вместо постоянного.

Трансформирующие напряжения

Основное преимущество переменного тока перед электричеством постоянного тока состоит в том, что напряжения переменного тока могут быть легко преобразованы в более высокие или более низкие уровни напряжения, в то время как это трудно сделать с напряжениями постоянного тока.

Поскольку высокие напряжения более эффективны для передачи электричества на большие расстояния, электричество переменного тока имеет преимущество перед постоянным током. Это связано с тем, что высокое напряжение от электростанции можно легко снизить до более безопасного напряжения для использования в доме.

Изменение напряжения осуществляется с помощью трансформатора . Это устройство использует свойства электромагнитов переменного тока для изменения напряжений.

(Дополнительную информацию см. В разделе «Трансформаторы переменного тока».)

Схема настройки

Электроэнергия переменного тока

также позволяет использовать конденсатор и индуктор в электрической или электронной схеме.Эти устройства могут влиять на то, как переменный ток проходит через цепь. Они эффективны только с электричеством переменного тока.

Комбинация конденсатора, катушки индуктивности и резистора используется в качестве тюнера в радиоприемниках и телевизорах. Без этих устройств настройка на разные станции была бы очень сложной.

Сводка

Обычно мы используем электричество переменного тока для питания наших телевизоров, светильников и компьютеров. В электричестве переменного тока ток меняется по направлению. Было доказано, что электричество переменного тока лучше для снабжения электроэнергией, чем постоянный ток, в первую очередь потому, что напряжения можно преобразовывать.AC также позволяет использовать другие устройства, открывая широкий спектр приложений.


Электрифицировать общество, применяя свои знания в области науки


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Elements of AC Electricity — Учебный сайт по основам электроники

Переменный ток — Обзор AC

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги по основам электричества с самым высоким рейтингом

Книги по электричеству переменного тока с самым высоким рейтингом

SciLinks

Этот урок выбран программой SciLinks, службой Национальной ассоциации преподавателей естественных наук.


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/ac.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Физические темы

Электричество переменного тока (AC)

Почему постоянный ток не используется в домах: все недостатки

— Реклама —

Ответ на вопрос, почему постоянный ток не используется в домах, восходит к внутренним характеристикам постоянного тока и их слабости по сравнению с переменным током (AC) .Фактически, переменные токи могут легко передаваться на большие расстояния без больших потерь. Они также более безопасны при прямом контакте при равном напряжении. В этой статье мы пытаемся разобраться в этом вопросе.

Характеристики постоянного и переменного тока

Электричество определяется как ток электронов в проводнике, таком как провод. Поток электроэнергии устанавливается двумя способами, включая переменный и постоянный ток. Принципиальная разница между переменным и постоянным токами заключается в направлении движения электронов.

DC означает постоянный ток. Постоянный ток определяется как однонаправленный ток электричества. В постоянном токе электроны перемещаются из зоны отрицательного заряда в зону положительного заряда без какого-либо изменения направления. Это состояние несмотря на переменные токи, при которых ток может двигаться в обоих направлениях. Постоянный ток может проходить как через проводящие, так и через полупроводниковые материалы.

В постоянном токе сила тока изменяется со временем, но направление тока остается неизменным. Согласно определению, постоянный ток — это ток, полярность которого никогда не меняется.

символов переменного и постоянного тока (Ссылка: quora.com )

Переменный ток — это поток заряда, который периодически меняет свое направление. Следовательно, уровень напряжения меняется вместе с током. Переменный ток — это тип тока, который используется для передачи энергии в места, где люди живут или путешествуют, например, дома, промышленные предприятия или другие здания.

Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток. В магнитном поле индуцированный ток течет по петле из прядильной проволоки.Вращение проволоки осуществляется разными способами, например, от любых турбин (ветряных, водяных, паровых и т. Д.).

Из-за того, что провод закручивается и периодически проникает в различные магнитные поля, напряжение и ток внутри провода чередуются. Следовательно, ток может иметь разные формы, такие как синусоидальная, квадратная, треугольная или другие формы волны. Наиболее распространенной формой тока является синусоида.

Синусоидальная форма переменного напряжения выражается следующим уравнением.

В \ left (t \ right) = V_p {\ mathrm {sin} \ left (2 \ pi ft + \ mathrm {\ Phi} \ right) \}

В (t) — это напряжение, которое является функцией времени, а V p — амплитудой. Переменная f — частота волны. Кроме того, независимой переменной является t . Наконец, Φ — это фаза синусоидальной волны.

Например, аккумулятор использует постоянный ток для передачи тока в электрическую цепь, в которой он присутствует.В аккумуляторной системе электрическая энергия вырабатывается из химической энергии, хранящейся в батарее. При подключении аккумулятора к электрической цепи обеспечивается постоянный ток заряда от отрицательного полюса аккумулятора к положительному.

На следующем рисунке показана разница между формами сигналов постоянного и переменного тока.

осциллограмм переменного и постоянного тока (Ссылка: elprocus.com )

постоянного и переменного тока можно преобразовать друг в друга. Инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный, а выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный.

Объяснение причины, почему ток постоянного тока C равен N ot U sed in H omes

Как правило, первичный источник постоянного тока генерируется электрохимические или фотоэлектрические элементы. Однако наиболее предпочтительным в мире является AC. В соответствии с этим сценарием переменный ток преобразуется в постоянный.

Переменный ток обычно применяется в системах распределения электроэнергии по разным причинам.Самая значимая причина — готовность перейти с одного напряжения на другое. Сделать это с помощью DC значительно сложнее и дороже. Таким образом, чтобы преобразовать постоянный ток, переменный ток генерируется электронными схемами, а затем преобразовывается с помощью трансформатора и выпрямителя в постоянный ток. 2

Для уменьшения потерь энергии важно поддерживать на низком уровне как сопротивление, так и электрический ток.Более низкий ток значительно важнее сопротивления из-за экспоненциального влияния на потери.

Мощность рассчитывается путем умножения вольт на амперы.

P = VI

Таким образом, для удельной мощности напряжение должно быть высоким, когда ток остается низким. В следующем уравнении числитель дроби постоянный, но знаменатель становится больше, поэтому произведение дроби уменьшается.

V = \ frac {P} {I}

Огромные трансформаторы используются в линиях электропередачи для управления высокими значениями напряжения с целью минимизации потерь.

Однако высокое напряжение небезопасно, особенно для жизни человека, поэтому вводить ток высокого напряжения в дом — недопустимое действие.

Затем мощность переменного тока быстро и эффективно преобразуется в почти безопасное напряжение на местных трансформаторах по месту жительства. Сделать это с DC не так просто и дешево.

Генератор энергосистемы в домах (Ссылка: windows2universe.org )

Итак, здесь мы можем обобщить все причины, по которым постоянный ток не используется в домах.

  • Функционально напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, если оно не начинает терять энергию.
  • Переменный ток надежно передается на большие расстояния в городах и генерирует больше энергии.
  • Постоянный ток более вреден, чем переменный, для того же напряжения, поскольку его проблематично высвободить при прикосновении, поскольку напряжение не превышает нуля. Мышцы сокращаются с постоянной силой в случае постоянного тока.
  • Электролитическая коррозия более вероятна при постоянном токе, чем при переменном токе.
  • Дуги постоянного тока гаснут не так быстро, потому что напряжение не проходит через ноль.
  • Асинхронные двигатели переменного тока несложно создать и сохранить. Двигатели постоянного тока нуждаются в коммутаторе и щетках или сложной электронной системе переключения.
  • С помощью трансформатора переменный ток можно легко преобразовать из высокого напряжения в низкое и наоборот. Таким образом, замечательным преимуществом переменного напряжения перед постоянным является повышение и понижение напряжения в зависимости от требований.
  • Производство переменного тока и связь могут выполняться с использованием меньшего количества подстанций, чем постоянного тока.
  • Если человеческое тело поражено переменным током, переменный ток входит в человеческое тело и выходит из него через определенные промежутки времени. Однако постоянный ток постоянно доставляет неудобства человеческому организму.
  • Место, окруженное переменным током, больше постоянного.
Передача электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния (Ссылка: peoi.org )

Сравнение приложений переменного и постоянного тока

Переменный ток в основном используется в отрасли производства и транспортировки электроэнергии.AC обеспечивает электричеством почти каждое домашнее хозяйство по всему миру. ДК в основном не применяется для этих целей по ряду причин. Например, выделение тепла из-за больших потерь мощности по сравнению с переменным током, более значительной опасности возникновения пожара, больших затрат и проблем, связанных с преобразованием высокого напряжения и низкого тока в низкое напряжение и высокий ток с помощью трансформаторов.

Переменный ток — более популярный ток в электродвигателях, машинах, преобразующих электрическую энергию в механическую.Постоянный ток часто встречается в устройствах, содержащих батареи, которые заряжаются путем подключения адаптера переменного тока к постоянному току в розетку или с помощью кабеля USB для зарядки. Примеры включают мобильные телефоны, фонарики, современные телевизоры и гибридные автомобили.

В Китае был реализован проект, согласно которому по линиям электропередачи постоянного тока подается энергия в дома с меньшими потерями энергии, чем по линиям переменного тока. Это показывает, что использование постоянного тока в домашних условиях становится все более популярным. Кроме того, компания Siemens установила линию постоянного тока высокого напряжения (HVDC) протяженностью 65 миль.Такие проекты могут беспрецедентно использовать возобновляемые источники энергии.

Тем не менее, хотя более высокие напряжения постоянного тока обычно вызывают более опасную передачу энергии и мониторинг сетей постоянного тока может быть сложной задачей, большие напряжения переменного тока могут быть снижены до более надежных уровней, когда они передаются от электростанции.

Заключение

С учетом всех вышеперечисленных описаний эксперты тестируют и представляют самый простой способ передачи энергии. Передача энергии переменным током зарекомендовала себя неоднократно.Кроме того, напряжение постоянного тока достигает точки, которая больше не считается неэффективным методом. Однако переменное напряжение по-прежнему остается самым надежным способом подачи энергии.

— Объявление —

Переменный и постоянный ток | Электричество переменного и постоянного тока

Переменный ток, переменный ток и постоянный ток, постоянный ток — это две формы электрического тока, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор переменного или постоянного тока зависит от применения и свойств переменного и постоянного тока.


Учебное пособие по электрическому току Включает:
Что такое электрический ток Единица измерения тока — Ампер ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК


Одно из основных различий в типе тока, протекающего в цепи, заключается в том, является ли ток переменным, переменным или постоянным, постоянным.

Электричество переменного и постоянного тока широко используются в электрических и электронных схемах, каждая из которых используется для разных целей.

И переменный, и постоянный ток имеют свои особенности и дают разные преимущества, которые можно использовать в разных ситуациях.

Что такое постоянный ток, DC

Поскольку название подразумевает постоянный ток, постоянный ток — это форма электричества, которое течет в одном направлении — оно прямое, и это дало ему название.

Постоянный ток в базовой схеме

Характеристика постоянного тока, DC может быть отображена на графике.Здесь видно, что ток может быть либо положительным, либо отрицательным.

График, показывающий атрибуты постоянного тока

Применения постоянный ток, постоянный ток

Постоянный ток, DC используется во многих областях:

  • Батареи: Батареи, как неперезаряжаемые, так и перезаряжаемые, могут питать только постоянный ток. Аккумуляторы также нуждаются в подзарядке постоянным током.
  • Электронное оборудование: Все оборудование, такое как компьютеры, радио, мобильные телефоны, и фактически все электронное оборудование использует постоянный ток для питания электронных схем.Биполярные транзисторы, полевые транзисторы и интегральные схемы, в которых используются эти компоненты, нуждаются в постоянном токе для питания их и будут повреждены при обратной полярности. Хотя многие из этих элементов питаются от сети переменного тока, внутри устройства есть блок, называемый источником питания, который преобразует входящий переменный ток в постоянный ток с правильным напряжением (-ями) внутри электронного элемента.
  • Некоторое электрическое оборудование: Хотя во многих электрооборудовании используется переменный ток, в некоторых используется постоянный ток.
  • Солнечные панели: Солнечные панели, используемые для выработки электроэнергии, вырабатывают постоянный ток непосредственно от самих солнечных батарей. При использовании с сетью переменного тока для подачи в сеть или подачи местного питания переменного тока для источников переменного тока требуется блок, известный как инвертор, для обеспечения постоянного тока, постоянного тока от солнечных панелей для преобразования в переменный ток.

Что такое переменный ток, АС

Переменный ток, переменный ток отличается от постоянного тока.Как следует из названия, он течет сначала в одном направлении, а затем в другом.

График, поясняющий переменный ток

На приведенном выше графике показана форма волны тока, изменяющаяся как синусоида, при этом ток сначала движется в одном направлении, а затем в другом.

Чаще всего наблюдаются колебания напряжения. Опять же, для переменного сигнала напряжение будет изменяться в положительную и отрицательную сторону.

Как для тока, так и для напряжения видно, что форма волны меняется, становясь в этом примере сначала положительной, а затем отрицательной.

Напряжение для синусоидального сигнала переменного тока

Синусоидальный сигнал легко представить и понять, но большое количество других сигналов также может представлять собой переменный сигнал с переменным током.

Есть несколько важных моментов в отношении чередующихся сигналов. Первый — это период времени для сигнала. Это время от точки в одном цикле формы волны до идентичной пинты в следующем цикле. Часто пик легче всего увидеть, как показано, но можно взять любую точку — например, когда определенное напряжение достигается в заданном направлении — это может быть точка срабатывания напряжения и т. Д.Нулевые переходы — еще одна возможность, которую легко идентифицировать.

Еще одна особенность переменного сигнала — его частота. Это количество раз, когда заданная точка формы сигнала видна в течение секунды, и измеряется в герцах, Гц, где 1 Гц — это один цикл в секунду. Показанный пример имеет частоту 3 Гц, так как в течение секунды наблюдаются три цикла.

В качестве других примеров частота электросети составляет 50 или 60 Гц в зависимости от страны. Европа и многие другие страны используют 50 Гц, тогда как Северная Америка, Карибский бассейн и некоторые страны Южной Америки используют 60 Гц.

Приложения переменного тока

Переменный ток обычно используется для распределения энергии. Его преимущество состоит в том, что его можно легко преобразовать в другие напряжения с помощью простого трансформатора — трансформаторы не работают с постоянным током.

Если мощность распределяется при высоком напряжении, потери намного ниже. Возьмем, к примеру, источник питания 250 В с током 4 А и сопротивлением провода 1 Ом. В качестве мощности, Вт = вольт x ампер, передаваемая мощность составляет 1000 Вт.Потери мощности составляют I 2 x R = 16 Вт.

При передаче электроэнергии высокого напряжения используется переменный ток

Если линия напряжения передает 4 А, но имеет напряжение 250 000 вольт, т. Е. 250 кВ, и линия передает 4 А, тогда потери мощности остаются такими же, но в целом Система передачи несет 1 МВт, а 16 Вт — это почти незначительные потери.

Именно по этой причине для передачи электроэнергии используются высокие напряжения, которые затем снижаются до относительно безопасного уровня для использования в жилых и коммерческих помещениях.

Ввиду того, что в системе питания используется переменный ток, он также используется в двигателях, для отопления и во многих других изделиях без необходимости его преобразования в постоянный ток.

переменного тока и постоянного тока

Во многих областях может быть принято решение о выборе переменного или постоянного тока, а также о том, какая форма питания лучше всего подходит для данного приложения.

Переменный ток, переменный ток и постоянный ток, постоянный ток имеют свои преимущества и недостатки, но это означает, что есть возможность выбрать лучший вариант для любого конкретного использования или применения.Переменный ток, переменный ток, как правило, используется для распределения электроэнергии, поэтому сетевые розетки в наших домах и на работе обеспечивают переменный ток для питания всего необходимого, но постоянный ток более широко используется для самих плат электроники и для многих другие приложения.

Источники как переменного, так и постоянного тока широко используются в электротехнической и электронной промышленности, причем каждый в своей области.

И переменный, и постоянный ток могут обеспечивать передачу электроэнергии, но с немного разными преимуществами.

Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .

AC и DC: переменный или постоянный ток

Ток (электрический заряд) течет только в одном направлении в случае DC (постоянный ток) .Но в AC (переменный ток) электрический заряд периодически меняет направление. Из-за изменения тока меняется не только ток, но и напряжение.

Дебаты между переменным током и постоянным током олицетворяют Войну Curre nts, как ее называют сегодня, в которой два гиганта электроэнергии были вовлечены в конце 1890-х годов. Томас Эдисон, владелец компании Direct Current, был настолько напуган изобретением Теслы, что прибег к ложному обману американцев, чтобы дискредитировать переменный ток.

Но это не помешало Tesla осуществить свою мечту о снабжении США дешевой и высокоэффективной энергией. По сей день мы видим длинные и толстые провода, натянутые между высокими электрическими столбами, как струны гитары. AC занял трон и правил в течение столетия, доминируя в домах, офисах и зданиях до сих пор, когда DC, кажется, постепенно возвращается. Почему AC так хорошо себя чувствовал? И почему DC может вернуться?

Давайте перефразируем эти вопросы.

Почему переменный ток лучше, чем постоянный ток?

Переменный ток — это ток, при котором электроны периодически меняют направление вперед и назад. Он основан на принципах, которые Майкл Фарадей изобрел в 1832 году, когда иллюстрировал свой динамо-генератор.

DC, несмотря на свою известность, имел серьезную проблему — его передача на большие расстояния была затруднена, провода теряли мощность, и его приходилось сужать дополнительными цепями. Более того, повышение или понижение напряжения постоянного тока также требовало сложных схем.

Переменный ток можно было не только легко передавать на большие расстояния, но его также можно было легко преобразовать в более высокие или более низкие значения с помощью трансформаторов.

Трансформатор — это, по сути, намотанный вверх провод, который «увеличивает» или «понижает» величину переменного напряжения. Возможность преобразовывать напряжение таким образом означала, что стало возможно передавать электроэнергию гораздо более эффективно не только между городами, но и по всей стране. Мечта Теслы постепенно воплощалась в реальность.

(Изображение предоставлено Pixabay)

Основным преимуществом переменного тока перед постоянным током была способность транспортировать электричество на большие расстояния, поскольку в 19 веке дома и здания отсекали постоянный ток. В 1893 году General Electric была выбрана для поставки электроэнергии постоянного тока на Всемирную выставку в Чикаго, что обошлось в непомерные 554 000 долларов.

Однако вмешался Джордж Вестингауз и пообещал запустить ярмарку всего за 399 000 долларов с помощью переменного тока Tesla. Три года спустя Niagara Falls Power Company, очарованная удобствами AC, предоставила Westinghouse право вырабатывать электроэнергию из Ниагарского водопада и освещать весь Буффало, штат Нью-Йорк.Переменный ток уничтожил постоянный ток раз и навсегда. Затем, несколько десятилетий спустя, родился транзистор .

Почему постоянный ток лучше переменного тока?

В отличие от переменного тока, постоянный ток переключению не подлежит. Нет периодов, и ток течет в одном направлении при постоянном напряжении. Как уже упоминалось, постоянный ток имеет тенденцию терять электричество в виде тепла — свойство, которым Эдисон воспользовался, чтобы зажечь первую лампочку.

Несмотря на недостатки, возраст полупроводников заставил вернуться к постоянному току.Постоянный ток в основном используется для питания электронных устройств, а именно небольших устройств, которые могут работать только в двух состояниях: включенном и выключенном. К ним относятся батареи, светодиоды, транзисторы, нейроны компьютерных технологий и любые другие полупроводниковые устройства.

Электроэнергия постоянного тока вернулась, потому что наше общество полагается на компьютеры, планшеты и портативные устройства, которые постоянно подключены к «облакам». Облака — это в основном компьютеры, формально известные как серверы, которые хранятся в удаленных зданиях для хранения ваших ценных данных.

Сегодня такие компании, как Facebook и Google, опустошают целые здания, чтобы разместить серверы, на которых хранятся данные для их постоянно растущего числа пользователей.Управление переменным током, как и постоянным, на таких устройствах довольно сложно, поскольку требует сложных схем. Однако, что наиболее важно, переменный ток теряет свою энергию, хотя и на бесконечно малое время, чего постоянно прожорливые серверы не могут выдержать.

Серверные комнаты обычно оборудованы кондиционерами и предназначены для непрерывной работы компьютерных серверов. (Источник изображения: Flickr)

Кроме того, каждый инженер-электрик знает, что потери, накопленные при передаче переменного тока, могут превышать потери, понесенные постоянным током из-за скин-эффекта и емкостной связи, явлений, при которых, поскольку энергия течет по поверхности провода, она поглощается объектами под ним.

Из-за этих сопротивлений передача замедляется, что снижает ее эффективность. Фактически, потери, рассредоточенные в его окрестностях, формируют структуру механизмов беспроводной передачи энергии. Переменный ток излучает часть своей энергии, которую можно удобно сконцентрировать в определенной области, соответствующим образом намотав провод.

Еще одна причина, по которой — и это кажется наиболее важной — DC может вернуться, — это его совместимость с экологически чистыми электронными устройствами. Поскольку все солнечные элементы основаны на полупроводниковых подложках, все они генерируют или работают с постоянным током.DC, возможно, придется вернуться в пользу возобновляемых источников энергии.

Конечно, мы также можем использовать переменный ток, но для этого потребуются утомительные преобразования из постоянного в переменный с помощью инвертора, а затем снова в постоянный, где 5-20% энергии теряется в виде тепла. Фактически, центры обработки данных, занимающие целые акры, действительно используют эти преобразователи. Тем не менее, они потребляют огромное количество энергии и дополнительные расходы на системы охлаждения для вырабатываемого тепла, что усугубляет их финансовое положение.

Так что лучше, переменный или постоянный ток?

Хотя теперь у нас есть технология для передачи постоянного тока на большие расстояния по сетям, мы по-прежнему используем переменный ток.Переменный ток повышается до более высокого напряжения, чтобы преодолеть сопротивление, и когда мощность достигает пользователя, она понижается и выпрямляется для питания, например, компьютера. Однако эти технологии, как и технологии возобновляемых источников, не только стоят целое состояние, но и их эффективность может быть сомнительной. Да, постоянный ток обеспечивает стабильные выходы, но более высокая эффективность достигается после , устраняя потери.

Хотя потери могут быть меньше, чем у переменного тока, в игру вступает фактор повышения / понижения.Простота, с которой можно модулировать и передавать напряжение переменного тока, все еще недостижима, поэтому напряжение переменного тока все еще может быть предпочтительным.

Оба источника энергии по-своему превосходны, поэтому решение о том, кто победит, будет зависеть от спорного критерия — игрового поля. Суждение существенно зависит от приложения силы.

Статьи по теме

Статьи по теме

В настоящее время оба работают в тандеме. Переменный ток течет над нами по проводам.Затем переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя , такого как адаптер, который есть в вашем зарядном устройстве, для питания бытовых приборов, таких как лампочки, лампы и другие приборы.

The War of Currents , возможно, не так драматичен, как когда-то, но он все еще существует.

Почему мы используем электричество переменного тока?

Опубликовано 30 марта 2018 г. Oozle Media

Когда вы думаете об электричестве, которое вы используете в своем доме, вы, вероятно, не задумываетесь о том, какого оно типа, откуда оно берется и даже как работает.Мы это понимаем. Электричество — не самая захватывающая из тем, как бы мы лично ни говорили об этом…

При этом существует разница в типах существующего электричества, и если вы когда-нибудь слышали, чтобы кто-нибудь говорил, что в вашем доме используется электричество переменного тока, то для этого есть довольно веская причина. Так что, если вы здесь, потому что вам интересно, в чем разница между электричеством переменного и постоянного тока (DC), или вы просто хотите узнать, какой вообще ток переменного тока, мы можем вам помочь.

Начало электричества

Прежде чем мы сможем что-либо сделать, мы должны предоставить вам краткую историю электричества. Мы знаем, что урок истории никому не нравится, но чтобы понять, где мы находимся сегодня, нужно знать, с чего мы начали. Итак, давайте начнем с краткого обзора:

Вы все слышали об открытии электричества Томасом Эдисоном через весь эксперимент с молниями и воздушным змеем, верно? Вот небольшое напоминание на тот случай, если вы забыли подробности.

После этого Эдисон изобрел множество различных электрических машин, таких как фонограф и лампочка. После открытия Эдисона и продолжающегося изучения электричества ситуация довольно быстро ускорилась. Люди начали использовать электричество по-разному, но основным из них было освещение домов в конце 1800-х — начале 1900-х годов.

Использование электроэнергии постоянного тока

После открытия Эдисоном и изобретения электричества в целом вскоре стало очевидно, что компании, производящие электроэнергию, могут получать прибыль от домовладельцев, использующих ее.Cue постоянного тока электричество. Постоянный ток использовался около 20 лет, прежде чем Никола Тесла, большой сторонник электричества переменного тока, изобрел машину, которая могла преобразовывать постоянный ток в переменный. Он боролся несколько лет, прежде чем люди поняли, что кондиционер более эффективен. В 1896 году переменный ток был официально назван типом электричества, который будет использоваться в домах и на предприятиях.

Но почему?

Разница между переменным и постоянным током

Как уже говорилось, переменный ток означает «переменный ток», что означает, что электричество движется вперед и назад, а не только в одном направлении, как постоянный ток.Основным фактором, который повлиял на выбор переменного вместо постоянного тока, было то, что переменный ток более эффективен. Его способность путешествовать вперед и назад дала ему возможность путешествовать на большие расстояния. Таким образом, он может питать больше домов. Кроме того, с ним было намного проще и менее опасно работать, что было огромным преимуществом, когда его собирались использовать в домах населения.

«генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто. При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии.Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов ». — Sparkfun

Сегодня, в 2018 году, мы все еще используем электричество переменного тока для большинства наших домов и предприятий.

Q: Используем ли мы когда-нибудь электричество постоянного тока?

A: Да, но редко. Электроэнергия постоянного тока вырабатывается всеми современными солнечными панелями, хотя затем эта мощность меняется на переменный ток с помощью трансформатора, чтобы дома и предприятия могли ее использовать.Электропитание постоянного тока используется в автомобильных аккумуляторах, портативных солнечных системах и любых слаботочных устройствах.

Надеюсь, это ответило на все ваши вопросы об электричестве переменного и постоянного тока. Нам повезло, что у нас есть такой управляемый способ питания наших домов и устройств. Однако это не означает, что это безопасно или что каждый может выполнять электромонтажные работы! Вот почему так важно, чтобы профессионал делал какие-либо изменения или обслуживал ваши электрические системы в вашем доме или на работе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.