Какой ток лучше переменный или постоянный: преимущества и недостатки ⋆ diodov.net

Содержание

преимущества и недостатки ⋆ diodov.net

Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями. Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции. Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

I1 = P/U1 = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.

I2 = P/U2 = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.

Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

Pпот1 = I12∙R = 1002∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

Pпот2 = I22∙R = 102∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором. А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

  1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
  2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
  3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока
  1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

  1. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока
  1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.
  2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Кроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

 

Также следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества. Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции. К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

Еще статьи по данной теме

Постоянный и переменный ток — Всё о электрике

Переменный и постоянный ток: в чем разница, история развития, применение

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток – трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин

«электричество».

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали – остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

  • в питании большинства бытовых приборов;
  • в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
  • для питания электроники автомобилей;
  • на кораблях и подводных лодках;
  • в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток – alternating current (AC). Постоянный ток – direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе – отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 – это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

  1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
  2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
  3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Постоянный и переменный ток: преимущества и недостатки

Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями. Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции. Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

I1 = P/U1 = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.

I2 = P/U2 = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.

Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

Pпот1 = I1 2 ∙R = 100 2 ∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

Pпот2 = I2 2 ∙R = 10 2 ∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором. А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

  1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
  2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
  3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока
  1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

  1. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока
  1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.
  2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Кроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

Также следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества. Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции. К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток – это движение электронов в проводнике, напряжение – это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, “течет” в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но – как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках – это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

  • при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
  • при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и – в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля. Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку “вверх ногами” и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше – до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц – 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них – сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это – удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции “заберет” 500 000 вольт при токе в 10 ампер и “отдаст” в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но – в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи блока питания, понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри корпуса компьютера.

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим “места обитания” постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

  1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
  2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
  3. генераторы постоянного тока
  4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
  5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше – 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

  1. генераторы
  2. различные преобразователи (трансформаторы)
  3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот в этой статье, а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками 🙂 А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше – больше! Сам родник “упаковали” в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали – святое место, значится!

И последний штрих – поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем “булькает”, а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда – “проистекает” 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата – ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему 🙂 Директор был “на коне”! Отпустил несколько “контрольных” фраз по поводу всех этих п. х технологий, таких же п. х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, “поднять” навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек – это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу 🙂

Так что помните: главное – качественное электропитание. Хороший серверный UPS (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное – приложится 🙂

На сегодня у нас – все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже – небольшое видео по теме статьи.

{SOURCE}

В чем разница между сваркой переменным и постоянным током? – Всё для сварки

Если вы уже работали со сваркой или хотя бы немного знакомы с ней, то, скорее всего, слышали термины “AC” и “DC”. AC и DC — это различные типы токов, которые используются в процессе сварки. Поскольку при сварке используется электрическая дуга, создающая тепло, необходимое для расплавления металла, ей необходим стабильный ток с различной полярностью, которая зависит от свариваемого материала.

Чтобы сделать качественный сварной шов, для начала нужно понять, что означают эти два тока на сварочном аппарате, а также на электродах.

Но сначала: в чем разница между сваркой переменным и постоянным током?

Сварка DC и AC относится к полярности тока, проходящего через электрод аппарата. AC означает переменный ток, а DC — постоянный. Прочность и качество сварного шва будут зависеть от полярности электрода.

Что такое полярность?

Скорее всего, вы знакомы с термином «полярность».

Электрические цепи имеют полюса — отрицательный и положительный. В цепи с постоянным током (DC) движение электронов идет в одном направлении от плюса к минусу. Применительно к сварке отрицательный полюс получает меньше тепловой нагрузки.

Переменный ток (AC), как следует из названия, меняется в направлении, в котором он идет. Половину времени он идет в одном направлении, а другую половину — в противоположном. Переменный ток меняет свою полярность примерно 120 раз в секунду при токе 60 Гц.

Прямая полярность при сварке постоянным током дает более глубокое проплавление металла. А обратная полярность отлично подходит для сварки тонколистовых заготовок за счет меньшего тепловложения.

Покрытые электроды иногда могут использовать любую полярность, в то время как некоторые будут работать только на одной.

Качественный сварной шов предполагает правильное проплавление и равномерное наплавление валика, а для этого необходимо использовать правильную полярность. При неправильной полярности вы не только получаете плохое проплавление и неравномерное образование валика, но и чрезмерное разбрызгивание и перегрев, а в некоторых случаях можно даже потерять контроль над дугой.

Электрод также может быстро сгореть.

Большинство сварочных аппаратов для дуговой сваркиимеют обозначенные клеммы или направления, чтобы сварщики точно знали, как настроить сварочный аппарат на переменный или постоянный ток. Некоторые сварочные аппараты также используют переключатели для изменения полярности, а некоторые требуют переподключение клемм кабеля.

Сварка различными токами

Различные типы сварных швов требуют разного вида токов из-за природы их возникновения и оказываемого ими воздействия.

Сварка переменным током

Сварка переменным током считается уступающей сварке постоянным током и поэтому используется редко. Сварочные аппараты переменного тока чаще всего используются только при отсутствии аппаратов постоянного тока.

Сварку переменным током чаще всего используют для соединения толстолистового металла, быстрой наплавки и TIG-сварки с высокой частотой, хотя иногда она также используется для устранения проблем, связанных со сварочной дугой. Проблемы с дугой возникают, когда она прерывает сварное соединение, которое должно свариваться при более высоких уровнях тока, что происходит в основном при работе с электродами, имеющими большой диаметр.

Сварка переменным током также может использоваться для намагниченных металлов, что невозможно при сварке постоянным током. Постоянное изменение направления тока при сварке переменным током означает, что намагниченный металл не будет влиять на электрическую дугу.

Переменный ток также лучше подходит при работе с высокими температурами. Так как он обеспечивает высокий уровень тока, что создает глубокий провар, и поэтому используется для сварки при строительстве кораблей.

Сварка переменным током хорошо подходит для ремонта оборудования, так как многие из них имеют намагниченные поля и участки, подвергшиеся ржавчине.

Однако, нестабильность направления при сварке переменным током также может быть недостатком в том, что процесс имеет меньшую производительность, чем при сварке постоянным током.

Сварка постоянным током

Сварка постоянным током, как и сварка переменным током, имеет свои преимущества, и используется в случаях, когда сварка переменным током не может обеспечить должного результата, например, вертикальная сварка, пайка одним припоем или TIG-сварка нержавеющей стали.

Сварка на постоянном токе имеет более высокую скорость осаждения, она лучше всего подходит для сварщиков, которым требуются большие размеры наплавленного слоя. Несмотря на то, что сварка переменным током обеспечивает лучшее проплавление, она имеет более низкую скорость осаждения, что может быть непригодно.

При сварке постоянным током образуется также меньше брызг, чем при сварке переменным током, что делает сварочный шов более равномерным и гладким. Постоянный ток также является более надежным, и поэтому с ним легче работать, так как электрическая дуга остается стабильной.

Сварка постоянным током часто используется для сварки тонких металлов. Оборудование, работающее с этим типом тока, также дешевле, что помогает сократить расходы.

Однако, несмотря на то, что само оборудование имеет более низкую стоимость, процесс фактического использования постоянного тока немного дороже.

Это происходит из-за того, что необходимо специальное оборудование для преобразования переменного тока на постоянный, потому что это не предусмотрено электрической сетью. Однако, поскольку постоянный ток лучше подходит для большинства видов сварочных процессов, эти затраты считаются необходимыми.

Хотя сварка постоянным током лучше для многих металлов, она не рекомендуется при работе с алюминием, так как для этого требуется выделение тепла высокой интенсивности, что невозможно при использовании постоянного тока. Кроме того, если при работе с постоянным током будет создаваться магнитное поле, то возрастет риск дугового разряда, что может быть опасно.

Какой электрод использовать?

Так как вид используемого тока влияет на полярность на электроде, надо учитывать используемый электрод.

Для сварки методом TIG чаще применяют постоянный ток прямой полярности. Иногда также используют ток обратной полярности или переменный ток. В этих случаях применяют вольфрамовые электроды с легирующими добавками для улучшения стабильности дуги.

Например, используют:

  • WP — вольфрамовые электроды для сварки на переменном токе;
  • WL-20 и WL-15 — легированные вольфрамовые электроды для сварки на постоянном и переменном токах.

Для ММА сварки в основном использую покрытые плавящиеся электроды.

В настоящее время производители выпускают электроды с четырьмя видами обмазки:

  • Кислое (маркировка “А”). В его составе железо и марганец в довольно большом объеме. Можно сваривать неочищенный металл.
  • Основное (маркировка “Б”). Эти электроды можно использовать для работы на переменном токе, но из-за малого потенциала ионизации не рекомендуется этого делать.
  • Рутиловое (маркировка “Р”). Лучше всего подходит для работы на переменном токе. Небольшое разбрызгивание металла и хорошее качество шва.
  • Целлюлозное (маркировка “Ц/С”). Подходит для работы на переменном и постоянном токе, но выдает много брызг металла.

Существует несколько различных видов электродов для сварки переменным током, но многие из них могут использоваться как для сварки переменным током, так и для сварки постоянным током.

Выбор правильной полярности и тока, а также правильного электрода может иметь решающее значение для выполнения хорошего сварного шва.

Проектируем электрику вместе: Постоянный и переменный ток

Постоянный ток (DC).. Свободные электроны.. Направление электрического тока.. Переменный ток (AC).. Преимущества переменного тока.. Трансформатор напряжения (тока).. Постоянный ток

Электрическим током называется направленное движение носителей электрического заряда (в проводниках – это свободные электроны) под действием электрического поля.
Если полярность источника электрической энергии не меняется, то направление движения электронов в проводнике остается неизменным все время, когда цепь замкнута.

В такой цепи электроны выходят из отрицательного полюса (минус источника) и двигаются к положительному полюсу (плюс источника)  – одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются.


Такое, неизменное по направлению движение носителей электрического заряда под действием электрического поля называется постоянным током.
Общим обозначением для любого источника постоянного тока (напряжения) является символ батареи (рис. 1).

Рис. 1. Постоянный ток (Direct Current — DC)

Важно напомнить, что в физике за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов (от плюса источника к минусу), т. е. противоположное истинному направлению. Причины такого несоответствия были рассмотрены здесь.


Рис. 2. Постоянный ток не меняет своего направления во времени, хотя величина его может меняться.  

Этот тип электрического тока  используется в большинстве игрушек, в многочисленных электронных приборах (телефоны, смартфоны, плеера, ноутбуки и т. д.), в автомобильной электронике и других устройствах, использующих аккумуляторы и выпрямители переменного тока.
                             

  Переменный ток

Электрический ток может протекать  в электрической цепи двумя разными способами.
При наличии постоянного источника электрической энергии мы имеем в такой цепи постоянный ток.

Если полярность источника электрической энергии периодически меняется, то мы имеем в такой цепи переменный ток (рис. 3). В этом случае направление электрического поля в проводнике меняется с частотой сети, а свободные электроны совершают колебательные движения относительно некоторого положения равновесия. При этом свободные электроны не движутся ни в одну, ни в другую сторону, но под действием переменного электрического поля (изменяющегося по синусоидальному закону) они совершают колебания в полном соответствии с изменениями электрического поля.


Рис. 3. Переменный ток (Alternating Current — AC)  
          

                                                                       

Таким образом, переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью (50 или 60 раз в секунду — в зависимости от электрической системы, принятой в стране) меняет направление движения и величину (рис. 4).
У нас в России в бытовой сети используется стандарт переменного напряжения и тока  — 220 В, 50 Гц в отличие от США, где переменный ток в розетках меняет свое направление 60 раз в секунду (60 Гц). Под эти параметры сети рассчитаны все бытовые потребители (светильники, электродвигатели пылесосов и холодильников, стиральные машины и др.). Многие бытовые электроприборы работают на постоянном токе при напряжении в 5-12 вольт, однако из сети они получают переменный ток, а затем внутри электроприборов переменный ток с помощью выпрямительных устройств преобразуется в постоянный, если в этом есть необходимость.


Рис. 4. В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком.

В чем преимущества переменного тока?

Можно спросить, а зачем нужен такой ток, в чем его преимущество?
Действительно, в некоторых случаях переменный ток (AC) не имеет никакого практического преимущества по сравнению с постоянным током (DC).
В тех случаях, когда электроэнергия используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеет значения до тех пор, пока существует достаточное напряжение и ток в нагрузке для получения требуемого тепла (рассеиваемой мощности).

Вместе с тем, на переменном токе можно построить электрические генераторы и двигатели, которые будут более простыми и более надежными, чем на постоянном токе.
Но главное, переменный ток наилучшим образом подходит для передачи электроэнергии на дальние расстояния.
Это становится возможным при использовании такого устройства, как трансформатор (рис. 5).



Рис. 5. Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.

В простейшем случае трансформатор представляет собой две индуктивные катушки, расположенные на общем сердечнике.
Если мы активируем одну катушку переменным током, то за счет эффекта взаимной индукции в другой катушке также будет создаваться напряжение переменного тока. Если количество витков W2 > W1, то и напряжение U2 > U1. И наоборот.

Способность трансформатора легко увеличивать или уменьшать напряжение переменного тока простым изменением числа витков вторичной обмотки дает переменному току непревзойденное преимущество в области распределения электроэнергии (рис. 6).

Рис. 6

При помощи трансформатора низкое напряжение вначале преобразуется в высокое напряжение, после чего его можно передавать на любые расстояния (при меньших значениях тока, меньшем диаметре проводов, с меньшими тепловыми потерями энергии).
У потребителей происходит обратное преобразование тока высокого напряжения – в переменный ток низкого напряжения.

Похожие статьи: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                              2. Направление электрического тока
                              3. Что такое электрический ток?
                              4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                              5. О скорости распространения электрического тока
                              6. Электрический ток в жидкостях 
                              7. Проводимость в газах
                              8. Электрический ток в вакууме
                              9. О проводимости полупроводников
  

Постоянный ток и переменный ток отличия ᐉ читать на Elektro.in.UA

Солнечные панели вырабатывают напряжение постоянного тока в 12, 24, 48 вольт и выше. Так как большинство электрических устройств работают от напряжения переменного тока, то подключать питание от солнечных батарей необходимо через специальный инвертор. Рассмотрим, чем отличаются эти напряжения и как происходит их преобразование.

Переменное напряжение и его отличия от постоянного

Под переменным понимают электрический ток, имеющий возможность изменяться в зависимости от того, в каком направлении движутся частицы имеющие заряд. Самыми важными характеристиками переменного тока можно назвать напряжение с частотой. На объектах разного типа, в зависимости от технических требований, может применяться переменное напряжение с определенной частотой. Стандартные параметры, от которых работают все бытовые приборы, это напряжение 220 вольт при условии, что частота составляет 50 Гц. Стоит сказать, что под частотой понимают то, сколько раз в течение одной секунды менялось направление частиц, имеющих заряд. Следовательно, если частота напряжения составляет 50 Гц, то направление движения электронов за секунду меняется 50 раз. Отсюда сами собой напрашиваются выводы, что переменный ток отличается от постоянного изменчивостью движения его заряженных частиц.

Основная причина, почему по централизованным сетям подается переменный ток, объясняется более простой и дешевой схемой его транспортировки. Кроме того, величину переменного напряжения можно легко преобразовать до требуемых значений, выполняя подключение оборудования через трансформаторы, работа которых приводит к минимальным потерям электроэнергии. В конечном результате переменный ток выводится к потребителю через розетки электропитания.

Преобразование тока из постоянного в переменный

Как говорилось выше, вырабатываемый солнечными панелями постоянный ток мало для чего пригоден. Особенно, когда солнечная электростанция подключена к зеленому тарифу, получаемое электричество необходимо преобразовать в переменное, а также выпрямить до стандартных параметров. Для этой цели используются следующие типы инверторов:

  • автономные – предназначены для локальной электрической сети и зарядки аккумуляторных батарей;
  • сетевые инверторы – преобразовывают ток в переменный, чтобы транспортировать по общей сети;
  • гибридные – обладают двумя функциями, позволяя и аккумуляторы заряжать, и выпрямлять напряжение под параметры общей сети.

Преобразование тока в переменный из постоянного происходит за счет того, что инвертор следит за фазой сети и непрерывно поддерживает напряжение на выходе немного выше сетевого. Следит за процессом микропроцессор в конструкции инвертора. Он отслеживает текущую форму переменного напряжения в сети и выводит аналогичное напряжение преобразованного из постоянного тока. Чтобы исключить сбой в работе инвертора, необходимо периодически проверять выходное напряжение на соответствие сетевых параметров.

Чем отличаются лампы постоянного и переменного тока. Разница между постоянным и переменным напряжением

Любой грамотный инженер должен без запинки ответить какой ток в розетке — постоянный или переменный. Физике в технических ВУЗах уделяют особое внимание! А вот большинство обычных граждан может прожить всю жизнь и не знать этого. И абсолютно зря! В наше время есть необходимый минимум знаний, которым должен обладать любой современный образованный человек. Какой тип тока в розетке нужно знать так же, как таблицу умножения.

Виды электрического тока в быту

Для полного понимания картины приведу немного теории, которую будет очень полезно знать. Электрический ток — это направленное движение электрических зарядов. Он может возникать в замкнутой электрической цепи. Различают:

Постоянный ток или DC — Direct Current. Международное обозначение (-).
Постоянный ток течёт в одном направлении, а величина его слабо меняется со временем. Яркий пример, который Вы можете встретить у себя дома или в квартире — ток от электрических батареек или аккумуляторов.

Переменный ток . обозначение или AC — Alternating Current. Международное обозначение (~).
Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. Один период изменения в секунду — это Герц. Соответственно частота переменного тока — это количество периодов в секунду. В России и Европе используемая частота — 50 Гц, в США — 60 Гц. Переменный ток используется для работы различных электроприборов.

Какой ток в бытовых розетках

Разобравшись в теории — перейдём непосредственно к ответу на вопрос — какой ток в розетке — переменный или постоянный? Думаю Вы уже и сами догадались — конечно же переменный ток . Рабочее напряжение в сети — 220-240 Вольт. Сила переменного тока в обычных квартирах ограничивается величиной в 16 А (Ампер), но в некоторых случаях встречается и до 25 А. По мощности тока стандартное ограничение — 3,5 кВт.

Для более мощной электрической техники используют уже трехфазные сети с напряжением 380 Вольт с силой тока до 32А.

Переменный ток , в отличие от , непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простейшего .

Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи вращается в поле . Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь вместе с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Рисунок 1. Схема простейшего генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство действительно является источником переменной ЭДС.

Предположим, что магнит создает между своими полюсами , т. е. такое, в котором плотность магнитных силовых линий в любой части поля одинаковая. вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б .

Стороны же в и г рамки — нерабочие, так как при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, следовательно, не участвуют в создании ЭДС.

В любой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, противоположна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом нетрудно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки .

Для этого надо ладонь правой руки расположить так, чтобы она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в которой мы хотим определить направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке. При этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС изменяется в ней на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Действительно, в то время, когда рамка подходит к своему вертикальному положению и проходит его, скорость пересечения силовых линий сторонами рамки бывает наибольшей, и в рамке индуктируется наибольшая ЭДС. В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким образом, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, периодически изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для создания тока во внешней цепи.

Используя , можно получить переменную ЭДС и, следовательно, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и вырабатывается мощными генераторами, приводимыми во вращение паровыми или водяными турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

Графическое изображение постоянного и переменного токов

Графический метод дает возможность наглядно представить процесс изменения той или иной переменной величины в зависимости от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся с течением времени, начинают с построения двух взаимно перпендикулярных линий, называемых осями графика. Затем на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в некотором масштабе, — значения той величины, график которой собираются построить (ЭДС, напряжения или тока).

На рис. 2 графически изображены постоянный и переменный токи . В данном случае мы откладываем значения тока, причем вверх по вертикали от точки пересечения осей О откладываются значения тока одного направления, которое принято называть положительным, а вниз от этой точки — противоположного направления, которое принято называть отрицательным.

Рисунок 2. Графическое изображение постоянного и переменного тока

Сама точка О служит одновременно началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и вверх) и времени (по горизонтали вправо). Иначе говоря, этой точке соответствует нулевое значение тока и тот начальный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в дальнейшем будет изменяться ток.

Убедимся в правильности построенного на рис. 2, а графика постоянного тока величиной 50 мА.

Так как этот ток постоянный, т. е. не меняющий с течением времени своей величины и направления, то различным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е. 50 мА. Следовательно, в момент времени, равный нулю, т. е. в начальный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА. Отложив по вертикальной оси вверх отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы обязаны сделать и для следующего момента времени, соответствующего точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально вверх отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка определит нам вторую точку графика.

Проделав подобное построение для нескольких последующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением постоянного тока величиной 50 мА.

Перейдем теперь к изучению графика переменной ЭДС . На рис. 3 в верхней части показана рамка, вращающаяся в магнитном поле, а внизу дано графическое изображение возникающей переменной ЭДС.


Рисунок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем равномерно вращать рамку по часовой стрелке и проследим за ходом изменения в ней ЭДС, приняв за начальный момент горизонтальное положение рамки.

В этот начальный момент ЭДС будет равна нулю, так как стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответствующее моменту t = 0, изобразится точкой 1.

При дальнейшем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до тех пор, пока рамка не достигнет своего вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся вверх кривой, которая достигает своей вершины (точка 2).

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и упадет до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Следовательно, за время, соответствующее половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до наибольшей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При дальнейшем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет постепенно возрастать по величине, однако направление ее уже изменится на обратное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и располагается теперь ниже этой оси. ЭДС возрастает опять-таки до тех пор, пока рамка не займет вертикальное положение.

Затем начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка вернется в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот. На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в обратном направлении своей вершины (точка 4), встретится затем с осью времени (точка 5)

На этом заканчивается один цикл изменения ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается второй цикл, в точности повторяющий первый, за которым, в свою очередь, последует третий, а потом четвертый, и так до тех пор, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким образом, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл своего изменения.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Полученная нами волнообразная кривая называется синусоидой , а ток, ЭДС или напряжение, изменяющиеся по такому закону, называются синусоидальными .

Сама кривая названа синусоидой потому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, называемой синусом.

Синусоидальный характер изменения тока — самый распространенный в электротехнике, поэтому, говоря о переменном токе, в большинстве случаев имеют в виду синусоидальный ток.

Для сравнения различных переменных токов (ЭДС и напряжений) существуют величины, характеризующие тот или иной ток. Они называются параметрами переменного тока .

Период, амплитуда и частота — параметры переменного тока

Переменный ток характеризуется двумя параметрами — периодом и амплитудо й, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и построить график тока.



Рисунок 4. Кривая синусоидального тока

Промежуток времени, на протяжении которого совершается полный цикл изменения тока, называется периодом. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах.

Промежуток времени, на протяжении которого совершается половина полного цикла изменения тока, называется полупериодом. Следовательно, период изменения тока (ЭДС или напряжения) состоит из двух полупериодов. Совершенно очевидно, что все периоды одного и того же переменного тока равны между собой.

Как видно из графика, в течение одного периода своего изменения ток достигает дважды максимального значения.

Максимальное значение переменного тока (ЭДС или напряжения) называется его амплитудой или амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — общепринятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы прежде всего обратили внимание на , однако, как это видно из графика, существует бесчисленное множество промежуточных его значений, меньших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответствующее любому выбранному моменту времени, называется его мгновенным значением.

i, е и u — общепринятые обозначения мгновенных значений тока, ЭДС и напряжения.

Мгновенное значение тока, как и амплитудное его значение, легко определить с помощью графика. Для этого из любой точки на горизонтальной оси, соответствующей интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки пересечения с кривой тока; полученный отрезок вертикальной прямой определит значение тока в данный момент, т. е. мгновенное его значение.

Очевидно, что мгновенное значение тока по истечении времени Т/2 от начальной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени — T/4 его амплитудному значению. Ток также достигает своего амплитудного значения; но уже в обратном на правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график показывает, как с течением времени меняется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При этом значение тока в данный момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в любой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, называется частотой переменного тока и обозначается латинской буквой f.

Чтобы определить частоту переменного тока, т. е. узнать, сколько периодов своего изменения ток совершил в течение 1 секунды , необходимо 1 секунду разделить на время одного периода f = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно определить период: T = 1/f

Измеряется единицей, называемой герцем.

Если мы имеем переменный ток , частота изменения которого равна 1 герцу, то период такого тока будет равен 1 секунде. И, наоборот, если период изменения тока равен 1 секунде, то частота такого тока равна 1 герцу.

Итак, мы определили параметры переменного тока — период, амплитуду и частоту , — которые позволяют отличать друг от друга различные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это необходимо, их графики.

При определении сопротивления различных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так называемую угловую или круговую частоту .

Круговая частота обозначается связана с частотой f соотношением 2пиf

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы видели, что за время одного полного оборота рамки происходит полный цикл изменения ЭДС. Иначе говоря, для того чтобы рамке сделать один оборот, т. е. повернуться на 360°, необходимо время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота. Следовательно, 360°/T есть угол, на который поворачивается рамка в 1 секунду, и выражает собой скорость вращения рамки, которую принято называть угловой или круговой скоростью.

Но так как период Т связан с частотой f соотношением f=1/T, то и круговая скорость может быть выражена через частоту и будет равна 360°f.

Итак, мы пришли к выводу, что 360°f. Однако для удобства пользования круговой частотой при всевозможных расчетах угол 360°, соответствующий одному обороту, заменяют его радиальным выражением, равным 2пи радиан, где пи=3,14. Таким образом, окончательно получим 2пиf. Следовательно, чтобы определить круговую частоту переменного тока (), надо частоту в герцах умножить на посто янное число 6,28.

Очень давно, учеными был изобретен электрический ток. Первым изобретением был постоянный. Но в последующем, проводя в своей лаборатории опыты, Никола Тесла изобрел переменный ток. Между ними было и есть много различий, согласно которым один из них используется в слаботочной аппаратуре, а другой имеет возможность преодолевать различные расстояния с небольшими потерями. Но многое зависит от величин токов.

Ток переменный и постоянный: разница и особенности

Отличие переменного тока от постоянного, можно понять исходя из определений. Для того чтобы лучше разобраться в принципе работы и особенностях, необходимо знать следующие факторы.

Основные отличия:

  • Движение заряженных частиц;
  • Способ производства.

Переменным, называют такой ток, в котором заряженные частицы, способны изменять направление движения и величину в определенное время. К главным параметрам переменного тока относят его напряжение и частоту.

В настоящее время, общественные электрические сети и различные объекты, используют переменный ток, с определенным напряжением и частотой. Данные параметры определяются оборудованием и устройствами.

Обратите внимание! В бытовых электросетях, используется ток величиной 220 Вольт и тактовой частотой 50 Гц.

Направление движения и частота заряженных частиц в постоянном токе неизменны. Данный ток для питания используют различные бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры.

В связи с тем, что переменный ток, проще и экономичнее по способу производства и передачи на различные расстояния, он стал основой электрификации объектов. Производят переменный ток на различных электростанциях, с которых посредством проводников, то поступает к потребителю.

Постоянный ток, получают при преобразовании переменного тока или путем химических реакций (например, щелочная батарейка). Для преобразования, используют трансформаторы тока.

Какой уровень напряжения является допустимым для человека: особенности

Для того чтобы знать, какие значения электрического тока являются допустимыми для человека, составлены соответствующие таблицы, в которых указаны величины переменного и постоянного тока и время.

Параметры воздействия электрического тока:

  • Сила;
  • Частота;
  • Время;
  • Относительная влажность.

Допустимое напряжение прикосновения и ток, которые протекают через человеческое тело в различных режимах электроустановок, не превышают следующих значений.

Переменный ток 50 Гц, должен быть не более 2,0 Вольт и силой тока 0,3 мА. Ток с частотой 400 Гц напряжением 3,0 Вольт и сила тока 0,4 мА. Постоянный ток напряжением 8 и силой тока 1 мА. Безопасное воздействие тока с такими показателями, до 10 минут.


Обратите внимание! Если электромонтажные работы производятся при повышенных температурах и высокой относительной влажности, данные значения уменьшаются в три раза.

В электроустановках с напряжением до 100 Вольт, которые глухо заземлены, или изолирована нейтраль, безопасные токи прикосновения следующие.

Переменный ток 50 Гц с разбросом напряжения от 550 до 20 Вольт и силой тока от 650 до 6 мА, переменный ток 400Гц с напряжением от 650 до 36 Вольт, и постоянный ток от 650 до 40 Вольт, не должен воздействовать на тело человека в пределах от 0,01 до 1 секунды.

Опасный переменный ток для человека

Считается, что для жизни человека, переменный электрический ток наиболее опасен. Но это при условии, если не вдаваться в подробности. Многое зависит от различных величин и факторов.

Факторы, влияющие на опасное воздействие:

  • Продолжительность контакта;
  • Путь прохождения электрического тока;
  • Сила тока и напряжение;
  • Какое сопротивление тела.

Согласно правилам ПУЭ, самый опасный ток для человека, это переменный с частотой, которая варьируется в пределах от 50 до 500 Гц.

Стоит отметить, что при условии, сила тока не превышает 9 мА, то любой, может сам освободиться от токоведущей части электроустановки.

Если данное значение превышено, то для того чтобы освободиться от воздействия электрического тока, человеку нужно стронная помощь. Связано это с тем, что ток переменный, намного сильнее способен возбуждать нервные окончания, и вызывать непроизвольные судороги мышц.

Например, при касании токоведущей части устройства внутренней частью ладони, мышечная судорога будет сильнее сжимать кулак, с течением времени.

Почему еще переменный ток опаснее? При одинаковых значениях силы тока, переменный в несколько раз сильнее воздействует на организм.


Так как, переменный ток воздействует на нервные окончания и мышцы, то стоит понимать, что этим, том влияет и на работу сердечной мышцы. Из чего следует, что при контакте с переменным током, возрастает риск летального исхода.

Важным показателем, является сопротивление тела человека. Но при ударе переменным током с высокими частотами, сопротивление тела значительно снижается.

Какой величины опасен для человека постоянный ток

Опасным для человека, может быть и постоянный ток. Конечно переменный, в десятки раз опаснее. Но если рассматривать токи в различных величинах, то постоянный может быть намного опаснее переменного.

Воздействие постоянного тока на человека разделяют:

  • 1 порог;
  • 2 порог;
  • 3 порог.

При воздействии постоянного тока перового порога (ток ощутимый), начинают немного дрожать руки, и появляется легкое покалывание.

Второй порог (ток не отпускающий), в пределах от 5 до 7 мА, является наименьшим значением, при котором человек, не может освободиться от проводника самостоятельно.

Данный ток считается не опасным, так как сопротивление тела человека выше, чем его значения.

Третий порог (фибрилляционный), при значениях от 100 мА и выше, ток сильно воздействует на организм и на внутренние органы. При этом ток при данных значениях, способен вызвать хаотичное сокращение сердечной мышцы и привести к его остановке.

На силу воздействия, влияют и другие факторы. Например сухая кожа человека, обладает сопротивлением от 10 до 100 кОм. Но если касание произошло мокрой поверхностью кожи, то сопротивление значительно снижается.

В чём разница переменного и постоянного тока

Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, ионов) в некотором направлении. А его величину охарактеризовать числом заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.

Если величина заряженных частиц в 1 кулон проходит через определенное сечение проводника за время в 1 секунду, тогда можно говорить о силе тока в 1 ампер протекающего через проводник. Таким образом определяется количество ампер или сила тока. Это общее понятие тока. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.

Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлением и не меняет его со временем. Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и величину со временем. Если графически постоянный ток отображается как прямая линия, то переменный ток течет по проводнику по закону синуса и графически отображается как синусоида.

Так как переменный ток меняется по закону синусоиды, то он имеет такие параметры как период полного цикла, время которого обозначается буквой Т. Частота переменного тока обратна периоду полного цикла. Частота переменного тока выражается числом полных периодов в определенный промежуток времени (1 сек).

Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1/Т, где период для 50 Гц равен 0,02 сек. F =1/0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный ток английскими буквами AC и знаком «~». Постоянный ток имеет обозначение DC и значок «-». Кроме того переменный ток может быть однофазным или многофазным. В основном используется трехфазная сеть.

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения — это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали — Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

В данной расскажем что такое переменный электрический ток и трехфазный переменный переменный ток.

Понятие переменного электрического тока даётся в учебнике физики общеобразовательного учебного заведения — школы. — ток имеющий форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота, с течением времени изменяется по направлению и величине.

Частота – это количество полных изменений полярности переменного электрического тока за одну секунду. Это означает, что ток, в обычной бытовой розетке частотой 50 Герц за одну секунду меняет своё направление с положительного значения на отрицательное и обратно ровно пятьдесят раз. Одно полное изменение направления (полярности) электрического тока с положительного значения на отрицательное и снова на положительное называют — периодом колебания электрического тока . В течение периода Т переменный электрический ток меняет своё направление дважды.

Для визуального наблюдения синусоидальной формы переменного тока обычно используют . Для исключения поражения электрическим током и защиты осциллографа от сетевого напряжения по входу, используют разделительные трансформаторы. Для измерения периода нет разницы, по каким равнозначным (равноамплитудным) точкам его измерять. Можно по максимальным положительным, или отрицательным вершинам, а можно и по нулевому значению. Это поясняется на рисунке.

Из учебника физики мы знаем, что переменный электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.

Представим себе прямоугольную проволочную рамку с несколькими витками, равномерно вращающуюся в однородном магнитном поле. Возникающая в этой рамке э.д.с. индукции меняется по синусоидальному закону. Период колебания Т переменного электрического тока – это один полный оборот магнитной рамки вокруг своей оси.

магнитная рамка

Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.

Максимальное значение напряжения электрического тока Umax — это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды.

Среднее значение напряжения электрического тока Uср — это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:

U ср = 2 * U max / π = 0,636 U max

Синусоиду максимального напряжения можно проконтролировать на экране осциллографа. Понять, что такое среднее значение переменного электрического напряжения можно проведя эксперимент по рисунку и описанию ниже.

Используя осциллограф, подключите к его входу синусоидальное напряжение. Ручкой вертикального смещения развёртки переместите «ноль» развёртки на самую нижнюю линию шкалы экрана осциллографа. Растяните и сместите горизонтальную развёртку так, чтобы одна полуволна синусоидального напряжения поместилась в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Ручкой вертикальной развёртки (усилением) растяните развёртку так, чтобы максимальная амплитуда полуволны поместилась ровно в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Определите амплитуду синусоиды на десяти участках. Суммируйте все десять значений и поделите на десять – найдите его «средний балл». В результате Вы получите значение напряжения, приблизительно равное 6,36 от его максимального значения — 10.

Измерительные приборы – вольтметры, цешки, мультиметры для измерения переменного напряжения имеют в своей схеме выпрямитель и сглаживающий конденсатор. Эта цепочка «округляет» множитель разницы максимального и измеряемого напряжения до числа 0,7. Поэтому, если Вы будете наблюдать на экране осциллографа синусоиду напряжения амплитудой 10 вольт, то вольтметр (цешка, мультиметр) покажет не 10, а около 7 вольт. Вы думаете что в Вашей домашней розетке – 220 вольт? Так и есть, но не совсем так! 220 вольт – это среднее значение напряжения бытовой розетки, усреднённое измерительным прибором — вольтметром. Максимальное же напряжение следует из формулы:

U max = U изм / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 вольт

Именно поэтому, когда Вас «бъёт» током от электрической розетки 220 вольт, знайте, что это Ваша иллюзия. На самом деле, Вас трясёт напряжение около 315 вольт.

Трехфазный ток

Наряду с простым синусоидальным переменным током в технике широко используется так называемый трехфазный переменный ток . Мало того, трёхфазный электрический ток — это основной вид энергии используемый во всём мире. Трёхфазный ток приобрёл популярность по причине менее затратной передачи энергии на большие расстояния. Если для обычного (однофазного) электрического тока требуется два провода, то для трёхфазного тока, у которого энергия в три раза больше, требуется всего три провода. Физический смысл Вы узнаете в этой статье позже.

Представьте, если вокруг общей оси вращается не одна, а три одинаковые рамки, плоскости которых повернуты друг относительно друга на 120 градусов. Тогда возникающие в них синусоидальные э.д.с. также будут сдвинуты по фазе на 120 градусов (см. на рис).

Такие три согласованных переменных тока называют трехфазным током. Упрощённое расположение проволочных обмоток в генераторе трёхфазного тока иллюстрируется на рисунке.


Подключение обмоток генератора по трём независимым линиям показано на рисунке ниже.

Такое подключение шестью проводами довольно громоздко. Так как для явлений в электрических цепях важны только разности потенциалов, то один проводник может использоваться сразу для двух фаз, без снижения нагрузочной способности по каждой из фаз. Другими словами, в случае подключения обмоток генератора по схеме «звезда» с использованием «нуля», передача энергии от трёх источников производится по четырём проводам (см. рис.), в которых один является общим – нулевым проводом.

По трём проводам может передаваться энергия сразу от трёх (фактически независимых) источников электрического тока соединённых «треугольником».

В промышленных генераторах и преобразующих трансформаторах «треугольником» обычно подключается межфазное напряжение 220 вольт. При этом «нулевой» провод отсутствует.

«Звезда» применяется для передачи напряжения сети с использованием «нуля». При этом на фазе относительно «нуля» действует напряжение 220 вольт. Межфазное напряжение при этом равно 380 вольт.

Частым явлением во времена «нагло ворующей демократии» было сгорание бытовой аппаратуры в квартирах добропорядочных граждан, когда из-за слабой проводки сгорал общий «ноль», тогда в зависимости от того, какое количество бытовых приборов включено в квартирах, горели телевизоры и холодильники у того, кто их меньше всего включал. Вызвано это явлением «перекоса фаз», которое возникало при обрыве нуля. В розетку добропорядочных граждан вместо 220 вольт устремлялось межфазное напряжение 380 вольт. До настоящего времени во многих коммуналках и сооружениях напоминающих жильё наших российских городов и весей это явление до конца не искоренилось.

Как определить переменное или постоянное напряжение. Переменный ток и постоянный ток: отличие

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.

Представить жилище современного человека без электрических розеток невозможно. И поэтому многие хотят знать больше о силе, несущей цивилизации тепло и свет, заставляющей работать все наши электроприборы. И начинают с вопроса: какой ток в нашей розетке, постоянный или переменный? И какой из них лучше? Чтобы ответить на вопрос, какой ток в розетке и чем обусловлен этот выбор, выясним, чем они отличаются.

Источники постоянного напряжения

Все эксперименты, проводимые учеными с электрическим током, начинались именно с него. Первые, еще примитивные, источники электроэнергии, подобные современным батарейкам, способны были выдавать именно постоянный ток.

Его основная особенность – неизменность величины тока в любой момент времени. Источниками, кроме гальванических элементов, являются специальные генераторы, аккумуляторы. Мощным источником постоянного напряжения является атмосферное электричество – разряды молний.

Источники переменного напряжения

В отличие от постоянного, величина переменного напряжения изменяется во времени по синусоидальному закону. Для него существует понятие периода – времени, за которое происходит одно полное колебание, и частоты – величины, обратной периоду.

В электрических сетях России принята частота переменного тока, равная 50 Гц. Но в некоторых странах эта величина равна 60 Гц. Это нужно учитывать при приобретении бытовых электроприборов и промышленного оборудования, хотя большая его часть прекрасно работает в обоих случаях. Но лучше в этом убедиться, прочитав инструкцию по эксплуатации.

Преимущества переменного тока

В наших розетках протекает переменный ток. Но почему именно он, чем он лучше постоянного?

Дело в том, что только величину переменного напряжения можно изменять с помощью преобразовательных устройств – трансформаторов. А делать это приходится многократно.

Теплоэлектростанции, гидроэлектростанции и атомные электростанции находятся далеко от потребителей. Возникает необходимость передачи больших мощностей на расстояния, исчисляемые сотнями и тысячами километров. Провода линий электропередач имеют малое сопротивление, но все же оно присутствует. Поэтому ток, проходя по ним, нагревает проводники. Более того, за счет разности потенциалов в начале и конце линии, к потребителю приходит меньшее напряжение, чем было на электростанции.

Бороться с этим явлением можно, либо уменьшив сопротивление проводов, либо снизив значение тока. Уменьшение сопротивления возможно только с увеличением сечением проводов, а это дорого, а порой – невозможно технически.

А вот уменьшить ток можно, увеличив значение напряжения линии. Тогда при передаче одной и той же мощности ток по проводам пойдет меньший. Уменьшаться потери на нагрев проводов.

Технически это выглядит так. От генераторов переменного тока электростанции напряжение подается на повышающий трансформатор. Например, 6/110 кВ. Далее по линии электропередач напряжением 110 кВ (сокращенно – ЛЭП-110 кВ) электрическая энергия отправляется до следующей распределительной подстанции.

Если эта подстанция предназначена для питания группы деревень в районе, то напряжение понижается до 10 кВ. Если при этом нужно отправить весомую часть принятой мощности энергоемкому потребителю (например, комбинату или заводу), могут использоваться линии напряжением 35 кВ. На узловых подстанциях для разделения напряжения между потребителями, находящихся на разном удалении и потребляющими разные мощности, используются трехобмоточные трансформаторы. В нашем примере это – 110/35/6 кВ.

Теперь напряжение, полученное на сельской подстанции, претерпевает новое преобразование. Его величина должна стать приемлемой для потребителя. Для этого мощность проходит через трансформатор 10/0,4 кВ. Напряжение между фазой и нулем линии, идущей к потребителю, становится равным 220 В. Оно и доходит до наших розеток.

Думаете, что это все? Нет. Для полупроводниковой техники, являющейся начинкой наших телевизоров, компьютеров, музыкальных центров эта величина не подойдет. Внутри них 220 В понижаются до еще меньшего значения. И преобразуется в постоянный ток.

Вот такая метаморфоза: передавать на большие расстояния лучше переменный ток, а нужен нам, в основном – постоянный.

Еще одно достоинство переменного тока: проще погасить электрическую дугу, неизбежно возникающую между размыкающимися контактами коммутационных аппаратов. Напряжение питания изменяется и периодически переходит через нулевое положение. В этот момент дуга гаснет самостоятельно при соблюдении определенных условий. Для постоянного напряжения потребуется более серьезная защита от подгорания контактов. Но при коротких замыканиях на постоянном токе повреждения электрооборудования от действия электрической дуги серьезнее и разрушительнее, чем на переменном.

Преимущества постоянного тока

Энергию от источников переменного напряжения нельзя хранить. Его можно использовать для зарядки аккумуляторной батареи, но выдавать она будет только постоянный ток. А что будет, если в силу каких-то причин остановится генератор на электростанции или оборвется линия питания села? Его жителям придется пользоваться фонариками на батарейках, чтобы не остаться в темноте.

Но и на электростанциях тоже есть источники постоянного напряжения – мощные аккумуляторные батареи. Ведь для того, чтобы запустить остановившееся из-за аварии оборудование, необходимо электричество. У механизмов, без которых запуск оборудования электростанции невозможен, электродвигатели питаются от источников постоянного напряжения. А также – все устройства защиты, автоматики и управления.

Также на постоянном напряжении работает электрифицированный транспорт: трамваи, троллейбусы, метро. Электродвигатели постоянного тока имеют больший вращающий момент на низких скоростях вращения, что необходимо электропоезду для успешного трогания с места. Да и сама регулировка оборотов двигателя, а, следовательно, и скорости движения состава, проще реализуется на постоянном токе.

И . Прежде чем подробно разбирать эти термины следует вспомнить, что понятие электрического тока заключается в упорядоченном движении частиц, имеющих электрические заряды. Если электроны постоянно осуществляют движение в одном направлении, то ток носит название постоянного. Но, когда электроны в один момент времени двигаются в одном направлении, а в другой момент осуществляется движение в другом направлении, то это является упорядоченным движением заряженных частиц, двигающихся без остановки. этот ток называют переменным. Существенным различием между ними считают то, что у постоянного значения «+» и «-» постоянно находятся на одном определенном месте.

Что такое постоянное напряжение

В качестве примера постоянного напряжения служит обычная батарейка. На корпусе любой батарейки есть обозначения «+» и «-». Это говорит о том, что при постоянном токе эти значения имеют постоянное местоположение. У переменного наоборот, значения «+» и «-» изменяются через определенные короткие промежутки времени. Поэтому обозначение постоянного тока применяется в виде одной прямой линии, а обозначение переменного — в виде одной волнистой линии.

Отличие постоянного тока от переменного

Большинство устройств, использующих постоянный ток, не позволяют при подключении источника питания путать контакты, поскольку в таком случае прибор может просто выйти из строя. При переменном этого не произойдет. Если вставить вилку в розетку любой стороной, то прибор все равно будет работать. Кроме того, существует такое понятие, как частота переменного тока. Она показывает, сколько раз в течение секунду меняются местами «минус» с «плюсом». Например, частота в 50 герц означает, изменение полярности напряжения за секунду 50 раз.

На представленных графиках видно изменение напряжения в различные временные моменты. На графике слева, для примера показано напряжение на контактах лампочки карманного фонарика. На отрезке времени с «0» до точки «а» напряжение вообще отсутствует, так как фонарик выключен. В точке времени «а» возникает напряжение U1, которое не меняется в промежутке времени «а» — «б», когда фонарик включен. При выключении фонарика в момент времени «б» напряжение снова становится равным нулю.

На графике переменного напряжения можно наглядно увидеть, что напряжение в различных точках, то поднимается до максимума, то становится равным нулю, то падает до минимума. Это движение происходит равномерно, через одинаковые промежутки времени и повторяется до тех пор, пока не отключат свет.

В чём разница переменного и постоянного тока

Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, ионов) в некотором направлении. А его величину охарактеризовать числом заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.

Если величина заряженных частиц в 1 кулон проходит через определенное сечение проводника за время в 1 секунду, тогда можно говорить о силе тока в 1 ампер протекающего через проводник. Таким образом определяется количество ампер или сила тока. Это общее понятие тока. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.

Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлением и не меняет его со временем. Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и величину со временем. Если графически постоянный ток отображается как прямая линия, то переменный ток течет по проводнику по закону синуса и графически отображается как синусоида.

Так как переменный ток меняется по закону синусоиды, то он имеет такие параметры как период полного цикла, время которого обозначается буквой Т. Частота переменного тока обратна периоду полного цикла. Частота переменного тока выражается числом полных периодов в определенный промежуток времени (1 сек).

Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1/Т, где период для 50 Гц равен 0,02 сек. F =1/0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный ток английскими буквами AC и знаком «~». Постоянный ток имеет обозначение DC и значок «-». Кроме того переменный ток может быть однофазным или многофазным. В основном используется трехфазная сеть.

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения — это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали — Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

Несмотря на то, что электрический ток является незаменимой частью современной жизни, многие пользователи не знают о нем даже основополагающих сведений. В данной статье, опустив курс базовой физики, рассмотрим, чем отличается постоянный ток от переменного, а также какое он находит применение в современных бытовых и промышленных условиях.

Вконтакте

Различие типов тока

Что такое ток, рассматривать здесь не будем, а сразу перейдем к основной теме статьи. Переменный ток отличается от постоянного тем, что он непрерывно изменяется по направлению движения и своей величине .

Изменения эти осуществляются периодами через равные временные отрезки. Для создания подобного тока применяют специальные источники или генераторы, выдающие переменную ЭДС (электродвижущую силу), которая регулярно изменяется.

Основополагающая схема упомянутого устройства для генерации переменного тока довольно проста. Это рамка в виде прямоугольника, изготавливаемая из медных проволок, которая закрепляется на ось, а затем при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Кончики этой рамки припаиваются к медным контактным колечкам, скользящим по непосредственно контактным пластинкам, вращаясь синхронно с рамкой.

При условии равномерного ритма вращения начинает индуцироваться ЭДС, которая периодически изменяется. Измерить ЭДС, возникшую в рамке, возможно специальным прибором. Благодаря появлению реально определить переменную ЭДС и вместе с ней переменный ток.

В графическом исполнении эти величины характерно изображаются в виде волнообразной синусоиды . Понятие синусоидального тока зачастую относится к переменному току, поскольку подобный характер изменения тока является наиболее распространенным.

Переменный ток – алгебраическая величина, а его значение в конкретный временной момент именуется мгновенным значением. Знак непосредственно самого переменного тока определяется по направлению, в котором в данный временной момент проходит ток. Следовательно, знак бывает положительным и отрицательным.

Характеристики тока

Для сравнительной оценки всевозможных переменных токов применяют критерии, именуемые параметрами переменного тока , среди которых:

  • период;
  • амплитуда;
  • частота;
  • круговая частота.

Период – отрезок времен, когда производится законченный цикл изменения тока. Амплитудой называют максимальное значение. Частотой переменного тока назвали количество законченных периодов за 1 сек.

Перечисленные выше параметры дают возможность отличать различные виды переменных токов, напряжений и ЭДС.

При расчете сопротивления разных цепей воздействию переменного тока допустимо подключить еще один характерный параметр, именуемый угловой либо круговой частотой . Этот параметр определяется скоростью вращения вышеупомянутой рамки под определенным углом в одну секунду.

Важно! Следует понимать, чем отличается ток от напряжения. Принципиальная разница известна: ток является количеством энергии, а напряжением называется мера .

Переменный ток получил свое название, потому что направление движения у электронов безостановочно изменяется, как и заряд. У него встречается различная частота и электрическое напряжение.

Это и является отличительной чертой от постоянного тока, где направление движения электронов неизменно . Если сопротивление, напряжение и сила тока неизменны, а ток течет только в одну сторону, то такой ток является постоянным.

Для прохождения постоянного тока в металлах потребуется, чтобы источник постоянного напряжения оказался замкнут на себя при помощи проводника, которым и является металл. В отдельных ситуациях для выработки постоянного тока применяют химический источник энергии, который называется гальваническим элементом.

Передача тока

Источники переменного тока – обычные розетки. Они располагаются на объектах разнообразного назначения и в жилых помещениях. К ним подключаются различные электрические приборы, которые получают необходимое для их работы напряжение.

Использование переменного тока в электрических сетях является экономически обоснованным, поскольку величина его напряжения может преобразовываться к уровню необходимых значений. Совершается это при помощи трансформаторного оборудования с допускаемыми незначительными потерями. Транспортировка от источников электроснабжения к конечным потребителям является более дешевой и простой.

Передача тока к потребителям начинается непосредственно с электростанции, где используется разновидность чрезвычайно мощных электрических генераторов. Из них получают электрический ток, который по кабелям направляется к трансформаторным подстанциям. Зачастую подстанции располагают неподалеку от промышленных либо жилых объектов электрического потребления. Полученный подстанциями ток преобразуется в трехфазное переменное напряжение.

В батарейках и аккумуляторах содержится постоянный ток , который отличается устойчивостью свойств, т.е. они не изменяются со течением времени. Он используется в любых современных электрических изделиях, а еще в автомобилях.

Преобразование тока

Рассмотрим отдельно процесс преобразования переменного тока в постоянный. Данный процесс производится при помощи специализированных выпрямителей и включает три шага:

  1. Первым шагом подключается четырехдиодный мост заданной мощности. Это в свою очередь позволяет задать движение однонаправленного типа у заряженных частиц. Кроме того, он понижает верхние значения у синусоид, свойственных переменному току.
  2. Далее подключается фильтр для сглаживания либо специализированный конденсатор. Это осуществляется с диодного моста на выход. Сам же фильтр способствует исправлению впадин между пиковыми значениями синусоид. А подключение конденсатора значительно снижает пульсации и приводит их к минимальным значениям.
  3. Затем производится подключение устройств, стабилизирующих напряжение, с целью снижения пульсаций.

Данный процесс, в случае необходимости, способен производиться в двух направлениях, конвертируя постоянный и переменный ток.

Еще одной отличительной чертой является распространение электромагнитных волн по отношению к пространству. Доказано, что постоянный тип тока не позволяет электромагнитным волнам распространяться в пространстве, а переменный ток может вызывать их распространение. Кроме того, при транспортировке переменного тока по проводам индукционные потери значительно меньше, нежели при передаче постоянного тока.

Обоснование выбора тока

Разнообразие токов и отсутствие единого стандарта обуславливается не только потребностью в различных характеристиках в каждой индивидуальной ситуации. В решении большинства вопросов перевес оказывается в пользу переменного тока. Подобная разница между видами токов обуславливается следующими аспектами:

  • Возможность передачи переменного тока на значительные расстояния. Возможность преобразования в разнородных электрических цепях с неоднозначным уровнем потребления.
  • Поддержание постоянного напряжения для переменного тока оказывается в два раза дешевле, нежели для постоянного.
  • Процесс преобразования электрической энергии непосредственно в механическую силу осуществляется со значительно меньшими затратами в механизмах и двигателях переменного тока.

9 причин, по которым DC может заменить AC

Грегори Рид

Электроэнергетика постоянного тока (DC) — это развивающаяся революционная технологическая область, которая может стимулировать экономический рост, вдохновлять на инновации, расширять возможности исследований и разработок, создавать рабочие места и одновременно способствовать экологической устойчивости.

Технология и приложения

постоянного тока обещают повышенную энергоэффективность, улучшенное качество и надежность электроэнергии, а также неотъемлемое соответствие с развитием возобновляемых и экологически чистых источников энергии.

Мощность постоянного тока (DC)

Электроэнергия постоянного тока начинает эволюционировать в сторону замены переменного тока в качестве всемирного стандарта для инфраструктуры электроснабжения во многих приложениях на основе девяти причин, перечисленных ниже:

1. Питание постоянного тока значительно более энергоэффективно, чем питание переменного тока.
• Электродвигатели и устройства постоянного тока имеют более высокий КПД и габаритные характеристики.
• Освещение на основе постоянного тока (LED) на 75% эффективнее, чем освещение лампами накаливания.
• Повышенный КПД, достигнутый в результате последних разработок в технологии преобразователей постоянного тока, позволяет улучшить доставку электроэнергии на большие расстояния.

2. DC по своей природе совместим с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнце и ветер. Эти возобновляемые источники генерируют электроэнергию с перерывами (когда светит солнце или дует ветер), для чего в некоторых приложениях требуются аккумуляторы (батареи) как часть системы, чтобы обеспечить надежное энергоснабжение, а также требуется интерфейс преобразования энергии в сеть.Солнечные фотоэлектрические системы по своей сути являются источником энергии постоянного тока, как и батареи, что делает постоянный ток более совместимым интерфейсом.

3. Улучшена интеграция накопителей энергии. Хранение энергии необходимо для улучшения использования мощности возобновляемых источников энергии. Большинство технологий накопления энергии основаны на постоянном токе (в основном в виде аккумуляторных технологий), что создает возможности для повышения эффективности интеграции и снижения эксплуатационных потерь.

4. Электронное оборудование работает от постоянного тока.При преобразовании мощности переменного тока в мощность постоянного тока потери составляют от 5% до 20%. Растущая зависимость от электронного оборудования создает большую потребность в источниках питания постоянного тока. Устранение этих потерь при преобразовании переменного тока в постоянный станет еще более важным и будет стимулировать переход на питание постоянного тока и потребует прогресса в новых технологиях преобразования энергии.

5. Разрабатываются микросети постоянного и переменного тока постоянного и гибридного переменного / постоянного тока. Приложения микросетей могут эффективно интегрировать местное производство электроэнергии с основной энергосистемой для эффективного обслуживания определенных конечных нагрузок; повысить надежность, особенно в условиях аварийных событий; и создать возможности для покупки и продажи (чистые измерения) мощности, чтобы минимизировать затраты на электроэнергию для потребителя.

6. Технология, необходимая для получения преимуществ постоянного тока в центрах обработки данных, в домах и общинах, значительно прогрессирует.

• Электроэнергия постоянного тока уже используется в «нижней части пирамиды», например, в сельских районах Индии и Китая, потому что национальная электросеть (переменного тока) туда не доходит. Четыре штата Индии экспериментируют с электроснабжением домов постоянным током; Инициатива 2014 года, созданная и возглавляемая партнером проекта Business of Humanity® при финансовой поддержке центрального правительства Индии.

• Кроме того, наиболее значительными новыми потребителями электроэнергии сегодня являются компании (Google, Apple, Visa и т. Д.) На «вершине пирамиды», которые управляют компьютерными центрами обработки данных и серверными фермами. Им требуется питание постоянного тока, потому что электроника требует питания постоянного тока. Новые разработки для приложений постоянного тока создают инвестиции в местное производство электроэнергии постоянного тока, чтобы обеспечить круглосуточную надежность с нулевым временем простоя и повысить эффективность энергоснабжения.

• Электромобили используют питание постоянного тока (аккумулятор), и их батареи можно заряжать с помощью постоянного тока за небольшую часть времени, необходимого для зарядки с использованием переменного тока.В Европе проектируются «умные деревни», использующие энергию постоянного тока, и предполагается, что электромобили станут частью системы хранения возобновляемой энергии.

7. Новые технологии поддерживают чистое, локальное, распределенное производство электроэнергии постоянного тока. Солнечная энергия, ветер, чистая биомасса второго поколения и инновационные недорогие топливные элементы, использующие природный газ, идеально подходят для экологически чистой местной энергетики. Инфраструктура постоянного тока поможет улучшить интеграцию таких ресурсов в сеть и повысить их общую экономическую и экологическую ценность.

8. Многие новые линии передачи на большие расстояния в США, Китае, Индии и Европе переходят на использование постоянного тока сверхвысокого напряжения (HVDC). В США новые линии электропередачи от крупных ветряных и солнечных электростанций на Среднем Западе и в западных штатах планируются как HVDC, в дополнение к появлению коммерческих проектов передачи HVDC по всему графству. В США и Канаде уже работает около 20 систем HVDC. Вся новая линия высоковольтной передачи в Китае планируется как HVDC, при этом десятки систем уже находятся в эксплуатации и более 20 новых систем находятся на стадии планирования.Европа расширяет и модернизирует большую часть своей передающей инфраструктуры, при этом HVDC является важной частью их планов, включая объединение стран и континентов. На определенном расстоянии передача энергии HVDC обходится дешевле, чем переменный ток, из-за недавно разработанных прорывных технологий с использованием силовых полупроводников. Другие эзотерические технические причины (такие как устранение «скин-эффекта», возникающего при работе с переменным током) и снижение потерь за счет усовершенствованной конструкции преобразователя мощности мотивируют переход к передаче постоянного тока.Более того, затраты на передачу HVDC меньше, потому что размеры (толщина) проводов могут быть меньше, и потому что требуется на один провод меньше (два полюса для постоянного тока против трех фаз для переменного тока). Следовательно, многие из основных причин, по которым мир перешел на AC на рубеже 20-го века, больше не актуальны. Сегодня есть веские экономические причины и стимулы, связанные с устойчивым развитием, для инвестирования в инфраструктуру постоянного тока.

9. В Китае и Европе предполагается создание новых городов и деревень, которые будут полностью питаться постоянным током.В новых приложениях, от инфраструктуры ресурсов и доставки до приложений конечного использования, во многих развивающихся частях мира рассматриваются концепции и принцип работы всей системы постоянного тока. Поскольку мы стремимся электрифицировать более удаленные части земного шара, у использования инфраструктуры постоянного тока есть много преимуществ.

Прочтите оставшуюся часть серии:
— 9 причин, почему постоянный ток может заменить переменный ток: часть 2


Грегори Рид, доктор философии, является директором инициативы в области электроэнергетики инженерной школы Свонсона при Университете Питтсбурга, директором Университетского центра энергетики и доцентом кафедры электроэнергетики на факультете электротехники и электротехники Суонсонской школы. Компьютерная инженерия.Он также является директором и техническим руководителем Объединения сетевых технологий Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США и первым членом программы послов энергетики Национальной академии наук и инженерии. Помимо этих ролей, он является владельцем и главным консультантом компании Power Grid Technology Consulting, LLC.

переменного или постоянного тока?

Что безопаснее; Переменный ток (AC) или постоянный ток (DC)?

Когда вы работаете с электронными продуктами, очень важно понимать разницу между переменным током (AC) и постоянным током (DC).Эти знания не только позволят вам работать с этими продуктами с четким пониманием того, как они работают электрически, но также обеспечат вам жизненно важный уровень безопасности.

В конце концов, электричество — это естественная форма энергии, которая может быть очень опасной, если не обращаться с ней осторожно или уважительно. Поэтому, чтобы помочь вам обезопасить себя и расширить ваше понимание электричества, мы рассмотрим как переменный, так и постоянный ток, прежде чем объясним, какой из них безопаснее.

Разница между переменным и постоянным током

переменного и постоянного тока, как следует из их названия, представляют собой оба типа электрических токов, и они различаются направленным потоком, который принимает каждый из них.Чтобы понять их более подробно, мы углубимся в то, что они собой представляют:

  • переменного тока:

    Этот вид электрического тока может изменять направление его потока — отсюда и альтернативное название — и именно эта универсальность делает его идеальным для подачи электроэнергии в дома и на предприятия. Например, если вы используете телевизор дома, то он работает от сети переменного тока, а если вы используете копировальный аппарат на работе, то опять же, он будет работать от сети переменного тока.

  • Постоянный ток:

    Электрический заряд, который движется только в одном направлении, постоянный ток имеет тенденцию течь через проводники, полупроводники и изоляторы. Чаще всего постоянный ток используется в батареях в качестве источника питания для электронных устройств, но постоянный ток также используется на удаленных объектах генерации, где его можно использовать для передачи энергии в больших количествах.

Теперь вы немного больше узнали об этих двух электрических токах, пора исследовать опасности, которые они представляют, и какой из них более безопасен.

Аспекты безопасности переменного и постоянного тока

Независимо от того, с каким током вы работаете, как переменный, так и постоянный ток являются очень опасными элементами для работы и могут причинить вам серьезный вред. Люди не эволюционировали, чтобы справляться с воздействием электрических токов, прикладываемых к телу, и это может привести к легким электрическим ударам, которые заставят вас прыгнуть до сердечного приступа и смерти.

Хотя оба тока опасны, переменный ток считается более опасным для работы по следующим причинам:

  • Человеческое тело имеет более высокое сопротивление постоянному току, чем переменному току, поэтому это означает, что люди способны противостоять последствиям поражения электрическим током, возникающим в результате воздействия постоянного тока, намного лучше, чем при воздействии переменного тока.

  • Эксперименты показали, что легче отпустить токоведущие части цепи постоянного тока, чем наблюдаемые в цепях переменного тока. Естественно, это значительно упрощает снижение воздействия электричества при работе с постоянным током по сравнению с переменным током.

  • Поражение электрическим током может вызвать фибрилляцию желудочков, которая может привести к сердечной недостаточности и смерти. Предпочтительно избегать любой формы поражения электрическим током, но постоянный ток считается более безопасным в этих обстоятельствах, поскольку порог человеческого тела для постоянного тока значительно выше, чем для переменного тока.

Безопасность, как всегда, имеет первостепенное значение при работе с электричеством, и, хотя постоянный ток считается более безопасным, важно соблюдать все меры безопасности, чтобы предотвратить серьезную травму.

Мощность переменного тока

и мощность постоянного тока — Почему система переменного тока лучше системы постоянного тока

Системы питания используют либо постоянный ток (постоянный ток), либо переменный ток (переменный ток). Давайте изучим эти системы.

Сравнение переменного и постоянного тока

Рассмотрим следующий сценарий:

  • Электростанция питает дом, расположенный на расстоянии более 1000 футов.
  • Дом требует тока 100А при 480В.
  • Установка вырабатывает 100 А при 480 В
  • Предположим, что система постоянного тока и система переменного тока с системой переменного тока, использующей трансформатор на 480/4800 В рядом с генерирующей станцией и трансформатор на 4800/480 В рядом с домом. См. Рисунок ниже.
Рисунок 1: Система переменного тока и система постоянного тока

Давайте посмотрим, как система постоянного тока соотносится с системой переменного тока.

СИСТЕМА ПОСТОЯННОГО ТОКА СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.Для передачи 100 А по линии потребуется кабель большего диаметра (в диаметре) для системы постоянного тока. 1. После преобразования ток в линии питания будет 10А. Потребуется меньший кабель.

2. Кабель большего диаметра означает меньшее сопротивление проводника. Обычно 0,15 Ом на 1000 футов может использоваться для проводника на 100 А (на AWG). В этом случае

Падение напряжения (ВД) на линии = 0,15 * 100 = 15 В.

2. Кабель меньшего диаметра (диаметр) означает большее сопротивление.Обычно для проводника на 10 ампер можно использовать 1,5 Ом на 1000 футов. В этом случае

Падение напряжения (VD) = 1,5 * 10 = 15 В.

То же, что и в системе постоянного тока.

3. Генератор постоянного тока должен генерировать 480 В плюс 15 В для подачи энергии в дом. Таким образом, в доме напряжение упадет с 495 В на холостом ходу до 480 В при полной нагрузке. Вариант на 15 В.

3. Дайте ответвлениям на трансформаторе поднять напряжение на 15 В до 4815 В. В доме это эквивалентно 481.5В. Изменение на 1,5 В от холостого хода до полной нагрузки.

Инженеры называют это изменение напряжения регулированием напряжения (VR). Важный фактор в энергосистеме. Чем меньше VR, тем лучше система.

4. Потери в системе передачи = VD * Ток (в ваттах) = 15 * 100 = 1500 Вт

4. Потери в системе передачи (в ваттах) = 15 * 10 = 150 Вт.

В десять раз меньше, чем передача постоянного тока.

5.Трансформаторы не работают с подключенным к нему источником постоянного тока. Это приведет к короткому замыканию. Единственный способ понизить напряжение для распределения — использовать мотор-генератор или роторный преобразователь — процесс неэффективный.

5. Трансформаторы работают с КПД 99% при полной нагрузке. Используется во всей системе переменного тока.

Система питания постоянного тока

Система постоянного тока не может применяться ко всем областям энергосистемы. Поскольку постоянный ток создает постоянное магнитное поле, преобразовать напряжение (с помощью индукции) непросто.Это означает, что не подходит для распределения электроэнергии . Однако, как только питание будет доставлено в дом, вы можете получить питание постоянного тока с помощью адаптера питания (который содержит крошечный трансформатор и выпрямитель), поставляемого производителем вашего устройства.

На уровне групповой передачи существует ограниченное применение системы постоянного тока. Чтобы получить сверхвысокое напряжение постоянного тока (от переменного тока), а затем преобразовать его обратно в переменный, вам нужны дорогостоящие преобразовательные подстанции, обычно стоимостью в 100 миллионов долларов.В Северной Америке преобразовательные подстанции связывают межрегиональные энергосистемы на своих границах. Например, западное межсоединение (фиолетовое) связано с восточным межсоединением (синим и зеленым). Восточное межсоединение привязано к Техасу (серым цветом) и Канаде (белым цветом).

Преобразовательные подстанции HVDC в США

Разделение межрегиональных систем, как показано, гарантирует, что любые системные нарушения (по величине напряжения, току короткого замыкания или колебаниям частоты) не передаются.

Если вы можете переварить стоимость двух преобразовательных станций, можно получить огромную экономию на инфраструктуре линий электропередачи.Ознакомьтесь с этой брошюрой Alstom для получения дополнительной информации.

Из-за экономичности этой технологии текущее применение для систем постоянного тока при большой мощности — это

  • для очень длинных линий передачи (т.е. экономия от инфраструктуры линий передачи идет на преобразовательные подстанции)
  • интегрируют возобновляемые источники энергии. Например, энергия ветра, генерируемая на равнинах среднего запада Америки, может быть экспортирована на западное или восточное побережье. Гидроэнергетику северо-запада или Канады можно экспортировать туда, где в этом есть необходимость.
Рисунок 2: Цепь постоянного тока

В системах постоянного тока мощность, передаваемая на нагрузку, определяется по формуле:

P = V * I (Вт)

Где, V = R * I (закон Ома)

Потери, понесенные в системы постоянного тока являются чисто резистивными (индуктивного сопротивления нет!). Они выделяются в виде тепла, определяемого величиной I²R (Джоули).

Преимущество системы питания постоянного тока:
  1. Простая система. Легко понять. Никаких абстрактных понятий, таких как реактивная мощность, в отличие от систем переменного тока.
  2. Подходит для передачи HVDC.Для передачи постоянного тока требуется меньше линий передачи.
  3. Может использоваться для соединения двух асинхронных систем переменного тока.
  4. Подводная передача электроэнергии возможна по линиям постоянного тока. Он не имеет емкостного эффекта, поскольку линии переменного тока находятся под морской водой.
  5. Постоянный ток не вызывает фибрилляции сердца, как переменный ток. Это просто останавливает это. Фибрилляция сердца опаснее, чем сердце, которое на мгновение перестало биться.
Недостаток системы питания постоянного тока:
  1. Система постоянного тока не подходит для распределения энергии.
  2. Системы HVDC, которые используются в настоящее время, являются производными от систем переменного тока, использующих дорогие преобразовательные подстанции. Снижение затрат за счет сокращения линий передачи (особенно междугородных) в системе HVDC идет на строительство дорогостоящих преобразовательных подстанций.

Система питания переменного тока

Щелкните изображение ниже, если вам нравятся уравнения мощности переменного тока.

Рисунок 3: Схема переменного тока

Переменный ток, в отличие от постоянного тока, является величиной, изменяющейся во времени. Это имеет серьезные последствия. Теперь переменным токам приходится иметь дело не только с сопротивлением (материала), но и с противодействием индуктивного сопротивления линий электропередачи, трансформаторов, двигателей и т. Д. — посмотрите закон Ленца.

Реальная мощность, описанная в уравнении (слева), выполняет фактическую работу в энергосистеме. Это то, что приводит в движение моторы, зажигает лампочки и так далее. С другой стороны, реактивная мощность не выполняет реальной работы. Но тем не менее это необходимо. В основном он используется для намагничивания трансформаторов, двигателей, любых катушек, линий передачи и т. Д. Другими словами, он облегчает передачу реальной мощности, удовлетворяя потребности каждого оборудования. Все еще не понимаете? Посмотрите видео ниже, которое лучше всего описывает это явление.

Без поддержки реактивной мощности на длинные линии передачи (от генераторов, конденсаторных батарей и т. Д.) На концах линий будет значительное падение напряжения.

Почему трехфазная система питания переменного тока, а не четырех, пяти или шести фаз?

Системы переменного тока в основном проектируются как трехфазные. Вы можете обеспечить большую мощность с трехфазной системой, чем с однофазной или двухфазной системой, но нет никакого преимущества в использовании более трех фаз. Это точка безубыточности.Использование большего количества линий означает более высокие затраты на инфраструктуру.

Переменный ток колеблется 60 раз в секунду (в США). Это в области электричества. В механической области это соответствует 1800 об / мин для 4-полюсного генератора. Если к электросети подключено более одного 4-полюсного генератора, то все эти генераторы должны вращаться со скоростью 1800 об / мин для выработки переменного тока с частотой 60 Гц. Если какой-либо из генераторов ускоряется или замедляется (из-за переходных процессов в системе), необходимо немедленно принять меры по исправлению положения (локализовать неисправность или отключить генератор, работающий вне такта).Подробнее об этом читайте в этой статье.

Преимущества системы питания переменного тока
  1. Очень гибкая система. Он может передавать питание нагрузкам на большие расстояния с помощью трансформаторов.
  2. Генераторы переменного тока прочнее и проще в сборке, чем генераторы постоянного тока. Генераторы постоянного тока нуждаются в щетках и коммутаторах для генерации постоянного тока.
Недостаток системы питания переменного тока
  1. Очень опасен, поскольку вызывает фибрилляцию сердца. Незаземлен от скачков напряжения.
  2. Комплексная система.Компьютер с программным обеспечением для анализа энергосистем (например, EMTP, ETAP, PTW и т. Д.) Спас инженеров.
  3. Стабильность системы имеет решающее значение. Система выходит из строя, если соединенные между собой генераторы не генерируют на одной и той же частоте (т.е. не синхронизируются).

Резюме

Системы постоянного тока отлично подходят для передачи большой мощности при действительно высоких напряжениях. Однако они просто не подходят для распределения электроэнергии. Системы переменного тока предоставляют простые средства доставки энергии удаленным пользователям с удаленных генерирующих станций.Сочетание обеих технологий подходит для построения энергосистемы.

Пожалуйста, поддержите этот блог, поделившись статьей

Постоянный ток против переменного

Использование электричества — относительно новое открытие в истории человечества. Его использование стало особенно популярным в экспериментах, проведенных Томасом Эдисоном, когда он создал первую электрическую лампочку. В лампочке использовался постоянный ток, который перемещал электроны в одном непрерывном направлении.Поначалу использование постоянного тока было популярным, поскольку с тех пор оно стало стандартом в Соединенных Штатах, но вскоре против него выступили некоторые люди, такие как Никола Тесла. Это противодействие привело к расхождению в концепциях наиболее эффективного и действенного использования электроэнергии. В результате Тесла разработал переменный ток, который периодически менял направление когда-то непосредственно протекающего электрического тока. В 1893 году General Electric, использующая постоянный ток, и Джордж Вестингауз, использующий переменный ток, соревновались за электрификацию Всемирной выставки в Чикаго.В конце концов, Westinghouse выиграла, потому что они смогли электрифицировать ярмарку, сэкономив при этом почти 155 000 долларов. Westinghouse также докажет, что переменный ток лучше, когда они использовали гидроэнергетику Ниагарского водопада для выработки электричества и использовали переменный ток для передачи его в Буффало и питания города. В конце концов, как переменный, так и постоянный ток нашли свое собственное применение, в котором один был лучше другого.

Как упоминалось ранее, переменный и постоянный ток имеют свои преимущества и недостатки.Например, переменный ток более надежен на больших расстояниях, что видно, когда Westinghouse использовала его и гидроэлектроэнергию от Ниагарского водопада для питания Buffalo. В то же время постоянный ток оказывается более эффективным, когда речь идет о более мелких элементах, таких как батареи. Переменный ток оказался более доступным, когда речь идет о передаче электроэнергии на большие расстояния. Это связано с тем, что переменный ток может передаваться при высоком напряжении, что означает, что может быть более низкий ток и, следовательно, меньшие потери из-за меньшего сопротивления в проводах.Кроме того, при использовании переменного тока вы можете использовать более тонкие провода, которые дешевле производить и дешевле подвешивать. Переменный ток также легче изменить с точки зрения повышения или понижения напряжения с помощью трансформатора. Это позволяет предприятиям электроэнергетики повышать напряжение, чтобы его было легко передавать, но также и понижать напряжение, чтобы его мог использовать потребитель. С другой стороны, часто сложнее изменить напряжение постоянного тока из-за гораздо более сложной и дорогой системы.В результате постоянный ток не может проходить очень далеко, не теряя много энергии. Поэтому использовать постоянный ток на больших расстояниях непрактично, поэтому используется переменный ток.

Хотя постоянный ток неэффективен для использования на больших расстояниях, он очень практичен для использования на более коротких расстояниях. Например, постоянный ток используется в таких элементах, как компьютеры, ноутбуки, сотовые телефоны, фотоаппараты и т. Д. Постоянный ток в основном используется в любом элементе, который содержит батареи.Это потому, что постоянный ток более эффективен, когда речь идет о небольших объектах. Поскольку объекты настолько малы по сравнению с сетями переменного тока, им не нужны преимущества переменного тока, такие как возможность легко изменять напряжение или меньшее сопротивление проводов. Постоянный ток также удобен тем, что может использоваться в мобильных устройствах. Например, постоянный ток используется в батареях мобильных телефонов, ноутбуков и других устройств, потому что они меньше по размеру и поэтому их легче носить с собой.Переменный ток часто требует большого пространства, что делает его непрактичным для использования в небольших устройствах. В конце концов, у каждого из двух токов есть свои преимущества и недостатки.

Хотя можно предположить, что два тока сильно отличаются друг от друга и, следовательно, не связаны друг с другом, это совершенно не так. И постоянный, и переменный токи сильно связаны друг с другом, потому что они оба устраняют несоответствие друг другу.Поскольку постоянный ток неэффективен на больших расстояниях, используется переменный ток, который затем подключается к постоянному току, который используется в небольших устройствах. Например, подключите зарядное устройство вашего ноутбука к стене, вы получаете доступ к переменному току, который получает электричество от сети и источника, который его генерирует. Затем электричество проходит от розетки в стене по проводам к вашему ноутбуку, который содержит батарею, которая использует постоянный ток. Электричество преобразуется в постоянный ток, в результате чего ваш ноутбук заряжается.Таким образом, очевидно, что переменные и постоянные токи имеют прямую взаимосвязь, в которой они компенсируют неспособность друг друга.

Как переменный, так и постоянный ток широко распространены в городах по всему миру. Города являются массовыми потребителями электроэнергии, которые содержат миллионы, если не миллиарды миль электрических цепей, использующих оба тока. Чтобы города могли иметь электричество, они должны сначала иметь доступ к магистральным, если не к нескольким основным источникам энергии.Например, в некоторых городах возле плотин проточная вода используется для выработки гидроэлектроэнергии. Другие города также используют ветровые, солнечные или даже геотермические источники энергии для сбора энергии, которая используется для производства электроэнергии. Как только города получают доступ к этим источникам энергии и собирают их, они могут затем использовать их для выработки электроэнергии, которая затем поступает в городскую систему электросетей и распределяется по всему городу. Как только это электричество попадает в городскую систему электросетей, оно часто передается по проводам переменного тока в различные места, где оно необходимо.Некоторое количество электроэнергии идет на жителей города и используется для самых разных целей, например, от включения будильников до приготовления еды или зарядки устройств. Другая электроэнергия идет на питание вещей в городе, таких как центр утилизации или простые уличные фонари. Когда электричество достигает намеченной цели, оно часто передается на постоянный ток. В других случаях, например, при уличном освещении, переменный ток подается непосредственно на сам прибор. Уличные фонари, помимо прочего, непосредственно способствуют освещению города и, как следствие, требуют большого количества электроэнергии для поддержания в рабочем состоянии.Во многих городах по всему миру используются газоразрядные лампы высокой интенсивности или натриевые лампы высокого давления, поскольку они обеспечивают большое количество света при относительно низком уровне электроэнергии. В то время как многие города используют эти лампы, другие предпочитают переходить на светодиодные фонари, поскольку они снижают потребление энергии, а также уменьшают световое загрязнение. В конце концов, города освещаются за счет любого использования электричества, которое вырабатывается из различных источников энергии и распределяется среди населения, главным образом, с помощью проводов, в которых используются переменные токи.

В заключение, у переменного и постоянного тока есть свои преимущества и недостатки. Ни один ток не может быть лучше другого, главным образом потому, что каждый играет свою особую роль, в которой он преобразует другой. Переменные токи лучше подходят для крупномасштабных применений, таких как обеспечение электроэнергией всего города, тогда как постоянные токи лучше для небольших применений, таких как питание батареи в компьютере. Города освещаются за счет использования электричества, будь то от уличных фонарей до телевизионных экранов, и это становится возможным за счет движения электричества по постоянному и переменному току.В целом, электричество, пожалуй, является самым революционным нововведением из всех, и его использование продолжает расширяться благодаря тому, что оно является жизненно важным элементом в современной жизни.

Библиография

Книга

Герман, Стивен Л. Основы постоянного тока . Клифтон-Парк: Делмар, 2012. Печать.

Сайты

Мозг, Маршалл. «Как работает электричество». HowStuffWorks Science . HowStuffWorks, 28 мая 2004 г.Интернет. 4 марта 2017 г.

«Переменный ток против постоянного (переменный ток против постоянного)». AC vs DC (переменный ток и постоянный ток) — разница и сравнение | Diffen . N.p., n.d. Интернет. 4 марта 2017 г.

Помогите нам исправить его улыбку своими старыми эссе, это займет секунды!

-Мы ищем предыдущие эссе, лабораторные работы и задания, которые вы выполнили!
-Мы рассмотрим и разместим их на нашем сайте.
— Доход от рекламы используется для поддержки детей в развивающихся странах.
-Мы помогаем оплатить операции по восстановлению расщелины неба через операцию «Улыбка и поезд улыбки».
Автор: Уильям Андерсон (Редакционная группа Schoolworkhelper)
https://schoolworkhelper.net/

Репетитор и писатель-фрилансер. Учитель естественных наук и любитель сочинений. Последняя редакция статьи: 2020 | Институт Св. Розмарина © 2010-2021 | Лицензия Creative Commons 4.0

AC против DC: все, что вам нужно знать

Не секрет, что наша жизнь полностью зависит от электричества.Но знаете ли вы, как электрический ток попадает в наши дома и офисы? Поток электричества — это поток электронов через провод . Этот поток делится на 2 типа — переменный ток (AC) и постоянный ток (DC).

AC и DC различаются в зависимости от направления потока электроэнергии. Движение электронов в переменном токе постоянно меняется. Он идет вперед, а затем назад. В постоянном токе электричество течет в одном направлении.

В этой статье мы подробно разберемся с напряжением переменного и постоянного тока.Мы также расскажем, какие еще различия между ними и какое из них предпочтительнее.

Что такое переменный ток?

Ток, который движется вперед и назад в своем направлении, называется переменным током. Его размер и полярность также время от времени меняются. Переменный ток работает на частоте 50-60 Гц. Переменный ток может преобразовываться из высокого в низкое значение через трансформатор . Он может меняться очень быстро, то есть с низкого значения на высокое. Поэтому переменный ток считается лучшей альтернативой для передачи и распределения.

Что такое постоянный ток?

В отличие от переменного тока, электрический ток течет в одном направлении по постоянному току. Он работает на нулевой частоте. Размер и полярность постоянного тока все время остаются неизменными. Таким образом, он используется в мобильных телефонах, сварочных целях, электронном оборудовании и электромобилях.

Разница между переменным током и постоянным током

Критерии Напряжение переменного тока Напряжение постоянного тока
Направление тока Течение меняет свое направление. Течение не меняет своего направления.
Поток заряда Поток заряда путем вращения катушки в магнитном поле или вращения поля в устойчивом кольце. Поток заряда за счет постоянного магнетизма в проводе.
Частота Он работает на частоте 50-60 Гц в зависимости от страны. Работает на нулевой частоте.
Коэффициент мощности Коэффициент мощности находится в пределах от 0 до 1. Коэффициент мощности всегда 1.
Генерация тока Ток генерируется через генератор. Ток вырабатывается генератором и аккумулятором.
Нагрузка Нагрузка бывает емкостной, резистивной или индуктивной. Нагрузка резистивная
Графическое представление Поскольку переменное напряжение течет в прямом и обратном направлениях, его можно графически изобразить в виде пилообразных, прямоугольных или периодических волн и других видов волн. Постоянное напряжение течет в одном направлении. Поэтому его можно изобразить прямой линией.
Передача на большие расстояния Есть некоторые потери при передаче на большие расстояния Несущественные потери при передаче на большие расстояния.
Преобразование Преобразует в постоянное напряжение через выпрямитель Преобразует в переменное напряжение через инвертор
Требование подстанции Требуется ограниченное количество подстанций для генерации и передачи тока. Требуется больше подстанций для выработки и передачи тока.
Использование Используется для бытовых и промышленных целей. Используется для фонарей, гальваники, электромобилей, электронного оборудования и т. Д.


Процесс генерации переменного тока

переменного тока вырабатывается генератором переменного тока. Это устройство, специально разработанное для выработки переменного тока.Проволочная петля вставляется внутрь магнитного поля. Вращение проволоки осуществляется с помощью проточной воды, ветряной турбины, паровой турбины и др. Время от времени проволока раскручивается, приобретая различную магнитную полярность. Таким образом, ток переменного напряжения периодически меняет направление.

Процесс создания постоянного тока

Существует несколько способов создания постоянного напряжения. Коммутатор — это устройство, которое может производить постоянный ток. Он генерирует постоянный ток путем преобразования переменного тока в постоянный. Батареи также могут генерировать постоянный ток в результате химической реакции внутри них.

Преимущества — переменный ток и постоянный ток

Есть различные преимущества переменного напряжения перед постоянным. Некоторые из них —

  • AC занимает больше места по сравнению с DC.
  • AC дешевле, чем DC
  • Проще генерировать ток через переменный, а не постоянный ток.
  • Потери мощности меньше в переменном токе во время передачи по сравнению с постоянным током.

D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет.Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния. Он хранит обширный инвентарь электрических разъемов, кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводов, предохранительных выключателей и т. Д. Он закупает электрические материалы у первоклассных компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной электротехнической продукции и современных решений в области электрического освещения. Поскольку компания D&F закупает материалы оптом, она имеет уникальную возможность предложить конкурентоспособную структуру ценообразования.Кроме того, он может удовлетворить самые взыскательные запросы и отгрузить материал в тот же день.

Поделитесь этой историей, выберите платформу!

Почему в домах используется переменный ток?

Переменный ток используется в большинстве систем распределения электроэнергии по нескольким причинам, но наиболее важной из них является легкость, с которой он может быть преобразован с одного напряжения на другое. 2R #

Для минимизации потерь энергии важно поддерживать низкое сопротивление и ток, при этом низкий ток особенно важен, поскольку он имеет экспоненциальный эффект на потери.

Power #P = V * I # (вольты, умноженные на амперы), поэтому для заданной мощности напряжение должно быть высоким, если ток остается низким.

Большие трансформаторы используются для линий электропередачи с высоким напряжением, чтобы свести потери к минимуму.

Но высокое напряжение опасно, особенно для жизни, поэтому приносить его в дом было бы неприемлемым риском.

Затем мощность

переменного тока легко и эффективно преобразуется в относительно безопасное напряжение на местных трансформаторах рядом с местом использования.
Это не так просто или дешево сделать с DC.

Другие причины:

  • Постоянный ток более опасен, чем переменный ток для того же напряжения, потому что его труднее отпустить при прикосновении, поскольку напряжение не проходит через ноль. (Мышцы сокращаются с постоянной силой с постоянным током).
  • Электролитическая коррозия более проблематична при работе с постоянным током.
  • Дуги постоянного тока
  • не «гаснут» так легко (потому что напряжение не проходит через ноль).
  • Асинхронные двигатели переменного тока
  • просты в изготовлении и обслуживании.Двигатели постоянного тока требуют коммутатора и щеток или сложной электронной коммутации.

В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

В эту забавную пятницу мы рассмотрим разницу между переменным и постоянным током. Мы начнем с «Текущей войны» Эдисона и Теслы в 1880-х годах, когда каждый боролся за свой тип электричества. Затем мы сравним их и посмотрим на плюсы и минусы каждого, в том числе на то, почему оба необходимы для современных технологий.Наконец, мы поговорим о различиях в стандартах на электроэнергию во всем мире.

Война течений началась в 1880-х годах между двумя очень известными именами: Томасом Эдисоном и Николой Тесла. Томас Эдисон разработал электричество постоянного тока или постоянного тока, которое какое-то время было единственным доступным источником электроэнергии. Проблема с постоянным током заключается в сложности преобразования его в более высокие или более низкие напряжения, что ограничивает его способность эффективно преодолевать большие расстояния. Электростанции постоянного тока должны были быть расположены в миле от зданий, которые они питали, что было совершенно невозможно для сельской местности.Тесла придумал переменный ток, который вращается с частотой (в США — 60 раз в секунду) и может быть преобразован в другие напряжения с помощью трансформатора. У Эдисона были патенты на DC, и он не хотел терять деньги, поэтому он начал дискредитировать AC — он лоббировал законодательные органы штата, распространял дезинформацию и даже пытался повлиять на общественное мнение, убивая бродячих животных током переменного тока, чтобы доказать его опасность.

Никола Тесла. Изображения предоставлены: WorldStandards

Thomas Edison.Изображение предоставлено: WorldStandards

Все изменилось на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году. Согласно Energy.gov, «General Electric предложила электрифицировать ярмарку с использованием постоянного тока Эдисона за 554000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может привести в действие электричество. справедливо всего за 399000 долларов с использованием переменного тока Tesla. […] В том же году компания Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая получила лицензию на патент компании Tesla на многофазный асинхронный двигатель переменного тока, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада.«В ноябре 1896 года General Electric полностью поддержала AC, и их недавно построенная гидроэлектростанция на Ниагарском водопаде осветила Буффало, штат Нью-Йорк. Казалось, сила переменного тока наконец-то восторжествовала над постоянным током.

Если в 1893 году мощность переменного тока преобладала над постоянным током, почему мы используем и то, и другое сегодня? Некоторое время переменный ток был доминирующей формой электричества, но сегодня мы используем постоянный ток каждый день, особенно в портативных устройствах. Давайте посмотрим на прямое сравнение переменного и постоянного тока. В простейшем случае электрический ток — это поток электронов.Основное различие между двумя типами тока — это направление: постоянный ток прямой, то есть он течет только в одном направлении. Вы можете думать об этом как о батарее с положительным и отрицательным полюсами, она должна быть установлена ​​в одну сторону, чтобы через нее мог течь ток (я знаю, о чем вы думаете, подпружиньте плоский конец батареи. инженер-электрик, теперь вы закатываете глаза). Переменный ток имеет колеблющееся повторение, которое выглядит как волновой узор на графике, по сравнению с постоянным током, который выглядит как плоская линия.Волновой рисунок — это герц, или количество колебаний в секунду. Электропитание переменного тока более удобно для достижения высокого напряжения для передачи на большие расстояния, поэтому наши лампы и большая часть бытовой электроники, которые подключаются к стене, используют переменный ток. Однако с телефоном в ваш дом протекает переменный ток, который затем заряжает ваш телефон, аккумулятор которого работает от постоянного тока. То же самое и с ноутбуками, поэтому у них есть кирпич между стеной и компьютером — мощность должна быть преобразована в постоянный ток для внутренней батареи.

Синусоидальное напряжение переменного тока. Кредит изображения: Sparkfun

Напряжение постоянного тока. Кредит изображения: Sparkfun

Но так было не всегда, долгое время доминировал AC. Важным поворотным моментом для питания постоянного тока стали 1970-е годы, когда была изобретена полупроводниковая электроника. Было намного экономичнее преобразовывать переменный ток в постоянный, и некоторое оборудование могло генерировать очень высокое постоянное напряжение. Кроме того, для многих электронных устройств требуется постоянный ток; Согласно сайту Sciencing.com: «Постоянный ток используется в любом устройстве, имеющем печатную плату, потому что микросхемы в этих устройствах требуют постоянного однонаправленного потока электронов для работы и хранения данных.Это означает, что ваш настольный компьютер, игровая система и телевизор используют постоянный ток и содержат полный мостовой выпрямитель для преобразования переменного тока из розетки в постоянный ток. Некоторые из этих устройств также содержат жесткие диски, работающие от двигателей, которые, как вы уже догадались, требуют постоянного тока. С ростом количества электроники, который продолжается с тех пор: персональных компьютеров, сотовых телефонов, смарт-телевизоров, электромобилей и многого другого, DC вернулся с удвоенной силой и стал использоваться повсюду.

Краткое примечание об отправке энергии на большие расстояния.Поскольку большая часть мира подключена к переменному току, это то, что мы используем, но удивительно, что некоторые линии постоянного тока высокого напряжения или HVDC на самом деле могут доставлять электроэнергию с меньшими потерями, чем переменный ток, на большие расстояния. Эти линии могут даже позволить несколько систем переменного тока, например, 50 Гц в Европе и 60 Гц в США, подключаться к одной и той же линии. Однако повышенная стоимость и снижение надежности означают, что линии переменного тока по-прежнему распространены гораздо чаще.

Tesla на зарядном устройстве 240в. Кредит изображения: JSR Electrical.

Если все используют кондиционер, почему в разных частях света используются разные стандарты, например, в Европе и США? Например, в Америке и Японии стандартная система на 100–127 вольт, но в Европе и большей части мира используется вдвое большее напряжение, 220–240 вольт.Никола Тесла провел тщательные вычисления, чтобы выбрать число 60 Гц как лучшую частоту. Что еще более странно, системы с более низким напряжением работают с частотой 60 Гц, или 60 колебаний в секунду, в то время как остальной мир работает с частотой 50 Гц. Согласно WorldStandards : «Когда немецкая компания AEG построила один из первых европейских генерирующих объектов, ее инженеры решили зафиксировать частоту на уровне 50 Гц, потому что число 60 не соответствовало стандартной метрической последовательности единиц (1, 2, 5 ).В то время у AEG была виртуальная монополия, и их стандарт распространился на весь остальной континент. В Великобритании распространялись разные частоты, и только после Второй мировой войны был установлен стандарт 50-цикла ».

Первоначально стандарт напряжения был 120В и в Европе. Работая с медным проводом определенного диаметра, Европа сочла необходимым увеличить напряжение для меньших потерь и меньшего падения напряжения. Соединенные Штаты хотели сделать то же самое, но когда это рассматривалось в 50-х и 60-х годах, многие американские домохозяйства имели бытовую технику, такую ​​как стиральные машины и холодильники, и стоимость их замены была непомерно высокой.В большинстве европейских домохозяйств таких приборов еще не было, и переключиться было проще. Пребывание на этом более низком напряжении на самом деле вызывало в США проблемы с разбросом высокого и низкого напряжения. Решением было подать 240 вольт на каждое здание, а затем разделить его на две линии по 120 вольт. Хотя некоторые приборы, такие как сушилки и духовки, используют 240 В в Северной и Южной Америке, некоторые из этих приборов по-прежнему не работают с европейскими источниками питания из-за разницы фаз 60 Гц и 50 Гц.

Карта напряжений: 120 В красным и 240 В синим.Кредит изображения: WorldStandards.

Без великой работы Эдисона и Теслы наша повседневная жизнь, как мы ее знаем сегодня, была бы невозможна. Оказывается, переменный ток отлично подходит для некоторых целей, таких как путешествия на большие расстояния, а постоянный ток отлично подходит для других целей, таких как компьютеры, светодиоды и электромобили. В любом случае, это сила!

Источники:

https://www.energy.gov/articles/war-currents-ac-vs-dc-power

https://learn.sparkfun.com/tutorials/alternating-current- ac-vs-direct-current-dc / all #: ~: text = In% 20direct% 20current% 20 (DC)% 2C, потому что% 20the% 20current% 20changes% 20direction.

https://engineering.mit.edu/engage/ask-an-engineer/whats-the-difference-between-ac-and-dc/

https://sciencing.com/uses- direct-current-7394786.html

https://www.worldstandards.eu/electricity/history/why-no-standard-voltage/

https://jsrelectrical.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *