Отличие переменного тока от постоянного: преобразование, разница, принцип действия
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
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
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.
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.
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 токБытовые 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 токПеременный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным
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.
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:
- 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.
- При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
- 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.
Отличие переменного тока от постоянного простыми словами. Чем отличается постоянный электрический ток от переменного
Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется многими электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях.
От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные блоки питания и трансформаторы напряжения .
Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов считаются потребителями постоянного тока, так как батарея – это источник постоянного тока, который может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.
Разница переменного тока от постоянного
Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени. Важнейшими параметрами переменного тока считаются его частота и напряжение. В современных электрических сетях на разных объектах используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях ток имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота электрического переменного тока – это число изменений направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц он меняет направление 50 раз в секунду.
Таким образом, отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.
Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки . К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях потому, что величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями. Другими словами, его гораздо проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.
Передача переменного тока потребителям
Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ. Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, устанавливаемым в непосредственной близости от объектов электрического потребления – домов, квартир, предприятий и других сооружений.
Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях на питание объектов идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.
Преобразование переменного тока в постоянный
Мы уже разобрались с тем, что в розетках бытовых электрических систем находится переменный ток, однако многие современные потребители электричества нуждаются в постоянном. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:
- Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
- Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.
- Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.
Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Но этот процесс значительно сложнее и осуществляется он за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.
Современный мир уже сложно представить без электричества. Освещение помещений, работа бытовых приборов, компьютеров, телевизоров – все это давно стало привычными атрибутами жизни человека. Но одни электроприборы питаются от переменного тока, тогда как другие – от постоянного.
Электрический ток представляет собой направленный поток электронов от одного полюса источника тока к другому. Если это направление постоянно и не меняется во времени, говорят о постоянном токе.
Один вывод источника тока при этом считается плюсовым, второй – минусовым. Принято считать, что ток течет от плюса к минусу.
Классическим примером источника постоянного тока является обычная пальчиковая батарейка. Такие батарейки широко применяются в качестве источника питания в малогабаритной электронной аппаратуре – например, в пультах дистанционного управления, в фотоаппаратах, радиоприемниках и т.д. и т.п.
Переменный ток, в свою очередь, характеризуется тем, что периодически меняет свое направление. Например, в России принят стандарт, согласно которому напряжение в электрической сети равно 220 В, а частота тока составляет 50 Гц. Именно второй параметр и характеризует, с какой частотой изменяется направление электрического тока. Если частота тока равна 50 Гц, то он меняет свое направление 50 раз в секунду.
Значит ли это, что в обычной электрической розетке, имеющей два контакта, периодически меняются плюс с минусом? То есть сначала на одном контакте плюс, на другом минус, потом наоборот и т.
д. и т.п.? На самом деле все обстоит немного иначе. Электрические розетки в электросети имеют два вывода: фазовый и заземляющий. Обычно их называют «фазой» и «землей». Заземляющий вывод безопасен, напряжения на нем нет. На фазовом же выводе с частотой 50 Гц в секунду меняются плюс и минус. Если коснуться «земли», ничего не произойдет. Фазового же провода лучше не касаться, так как он всегда находится под напряжением 220 В.
Одни приборы питаются от постоянного тока, другие от переменного. Зачем вообще потребовалось такое разделение? На самом деле большинство электронных приборов используют именно постоянное напряжение, даже если включаются в сеть переменного тока. В этом случае переменный ток преобразуется в постоянный в выпрямителе, в простейшем случае состоящем из диода, срезающего одну полуволну, и конденсатора для сглаживания пульсаций.
Переменный же ток используется только потому, что его очень удобно передавать на большие расстояния, потери в этом случае сводятся к минимуму.
Кроме того, он легко поддается трансформации – то есть изменению напряжения. Постоянный ток трансформировать нельзя. Чем выше напряжение, тем ниже потери при передаче переменного тока, поэтому на магистральных линиях напряжение достигает нескольких десятков, а то и сотен тысяч вольт. Для подачи в населенные пункты высокое напряжение снижается на подстанциях, в результате в дома поступает уже достаточно низкое напряжение 220 В.
В разных странах приняты неодинаковые стандарты питающего напряжения. Так, если в европейских странах это 220 В, то в США – 110 В. Интересен и тот факт, что знаменитый изобретатель Томас Эдисон не смог в свое время оценить все преимущества переменного тока и отстаивал необходимость использования в электрических сетях именно постоянного тока. Лишь позже он был вынужден признать, что ошибся.
Июл 22 2017
Изначально люди вообще не знали, что такое ток. Был просто статический заряд, но никто не понимал и не осознавал самой природы электричества.
Понадобились долгие века, пока Кулон разработал свою теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка может запасать энергию.
К тому времени, как Ван де Грааф создал свой первый генератор, каждый уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного. А теперь пришла пора и наших читателей обрести для личного пользования эти сведения.
Когда Господь убедился, что бесполезно пугать стадо баранов молниями и громом, он решил продвигать историю несколько другим путём.
В результате человеческое общество пыталось произвести людей путём:
- Занятий физической культурой.
- Развитием искусства.
- Логикой, положившей начало всем наукам.
Так постепенно, шаг за шагом, из зверей получилось нечто более разумное. Сегодня, например, многих шокирует, что в США полицейский может грубо обойтись с негритянкой при аресте, а каких-нибудь 100-200 лет назад африканцев вешали штабелями и считали это примером для подражания.
Нужно сказать, что нравственное развитие общества началось именно в последние десятилетия, когда общество открыто признало фашистов преступниками и начало проповедовать и внедрять так называемые права человека.
Наука же развилась гораздо ранее.
Издревле, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел.
Почему так происходит? Следует сказать, что свойства пьезоэлектричества были впервые описаны именно на примере турмалина.
В начала 19-го века было показано, что кристалл, будучи нагрет, приобретает электрический заряд.
За счёт того, что произошла деформация, образовались два полюса:
- Южный (аналогический).
- Северный (антилогический).
Причём, если температура после нагрева остаётся постоянной, то электричество исчезает. Затем появление полюсов наблюдается уже при охлаждении.
Иначе говоря, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество.
Дальнейшие исследования показали, что размер потенциала зависит от:
- Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
- Разницы температур.
Прочие же факторы никакого влияния на величину заряда не оказывают.
Благодаря чему это происходит? Данное явление получило название пироэлектричества. Являясь диэлектриком, турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих свойств.
Таким образом, пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл будет копить заряд по мере изменения температуры. Линию, объединяющую полюса назвали пироэлектрической осью.
Пьезоэлектричество было открыто известной парой Кюри на основе того же турмалина в 1880 году.
Было понятно, что при изменении размеров кристалла будут вырабатываться заряды, осталось только придумать методику для проведения опыта.
Кюри использовал для этого статическое давление обычной массы.
Понятно, что весь эксперимент проводится на изолирующей поверхности.
Так например, масса в 1 кг вызывает появление в кристалле турмалина электрического заряда порядка пяти сотых статических единиц.
Как появляется электрический ток
Любопытно, что стройная теория по данному вопросу ещё не создана.
Для нас же важно то, что в природе существуют заряды, и разными методами можно их получать.
Во время грозы это получается за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и некоторых других явлений.
Земля заряжена отрицательно, и вверх постоянно течёт ток через атмосферу.
То есть током называется движение носителей заряда в силу каких-либо причин. И одной из них является разница потенциалов – перепад в уровне носителей между двумя точками пространства.
Можно сравнить это с напором воды. И как только преграда устраняется, поток хлынет в том направлении, где меньше давление.
Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина
Допустим, появились на его концах заряды, что делать дальше? Нужно вызвать движение, например, медной жилкой провода.
Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей будет продолжаться до тех пор, пока потенциал не уравняется.
При этом кристалл разряжается. Но постоянный у нас в этом случае ток или переменный? В данном случае нельзя ничего подобного сказать о ходе процесса.
Переменный и постоянный ток являются физическими идеалами, а используются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.
Что представляют собой означенные выше понятия?
1. Под постоянным током понимается такой, когда носители текут в одном направлении.
Это не значит, что их количество через сечение среды одинаково. Нет. В более широком смысле постоянным (выпрямленным) током называется именно движения носителей заряда в одном направлении.
Но исходное понятие именно в физике требует более строгих услови
Ток должен быть образован именно постоянным количеством носителей, движущихся в одном направлении.
Причём носители эти положительные (что противоречит практике, где в качестве таковых рассматриваются электроны по большей части).
2. Переменным током называется не просто тот, где носители двигаются то в одном, то в другом направлении, а делают это в такт.
То есть половину периода волна бежит влево, а вторую вправо.
Это образно говоря. Плотность носителей меняется по закону синусоиды.
Собственно, это и есть график, отображающий поведение процесса. В точках перехода через нуль ток отсутствует вовсе.
И происходит это в нашей сети 100 раз в секунду. Следовательно, половина периода выпадает на движение носителей в положительном направлении, а вторая – в отрицательном.
Всего полных циклов в секунду образуется 50, что и соответствует сетевой частоте 50 Гц.
Как дело обстоит на самом деле с электрическим током
На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не является синусоидальной. По разным причинам вид графика искажается.
Это, например, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы.
Таким образом, форма переменного и постоянного тока искажается. Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре.
Поскольку для борьбы с подобной напастью требовались какие-то методы, то математики придумали так называемый спектральный анализ.
Многие слышали о чем-то подобном на фондовом рынке, но в данном случае речь скорее о другом: учёные ищут математическую модель, которая относительно легко бы поддавалась расчёту и предсказанию результатов.
Такой способ действительно был найден, и имя ему – спектральный анализ. В этом случае колебание любой формы можно представить в виде суммы с различным удельным весом простейших синусоид разной частоты.
Получается, что по цепи двигается одновременно много-много составляющих. И целом они дают ток.
Причём не обязательно все составляющие двигаются туда же, куда и основная масса.
Можно это представить, как группу муравьёв, каждый из которых тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет груз перемещаться лишь в одну.
Мы полагаем, нашим читателям это только забьёт голову.
Поэтому, упомянем, что помимо коэффициента (амплитуды) каждая составляющая обладает и фазой (направлением), а именуется гармоникой.
Так вот, каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (прежде всего 50 Гц) проходили внутрь прибора, а все прочее уходило на землю.
Это и есть тот признак для решения проблемы, о которой мы говорили в начале. Любое колебание можно представить в виде набора полезных и вредных сигналов и, исходя из этого, аппаратуру конструировать надлежащим образом.
Например, на этом принципе работают все приёмники: они избирательно пропускают только ток нужной частоты. За счёт этого удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.
Мы могли бы долго говорить на эту тему, но пришла пора привести примеры того, где используются виды токов.
Примеры использования переменного и постоянного тока
Но, в общем и целом, происходит это достаточно плавно. А ток течёт в одном направлении и имеет примерно постоянную плотность.
Аналогично работают:
- Аккумулятор сотового телефона.
- Батарейка любого типа.
- Аккумулятор питания ноутбуков.
Но это все ёмкости, а как же генераторы?
В природе источников постоянного тока за исключением матушки-Земли не имеется.
Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые вращаясь с некоторой частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока.
Затем промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.
Как бы то ни было, источником постоянного тока можно считать адаптеры. Это устройства, которые выполняют преобразование переменного тока в постоянный.
Допустим, у сотовых телефонов это обычно порядка +5 В, тогда как для мобильных раций существует большой разброс.
В общем и целом нужно понимать, что устройство постоянного тока может функционировать только от того номинала, для которого сконструировано.
В противном случае, либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.
Это касается и переменного, и постоянного тока.
Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется.
Из соображений экономии все двигатели работают от трёх фаз. Каждая из них является переменным током частоты 50 Гц.
Но мы говорили выше, что у каждой гармоники имеется фаза. В нашем случае она равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что все три фазы равно отстоят друг от друга.
Лишь немногие способны реально осознать, что переменный и постоянный ток чем-то отличаются. Не говоря уже о том, чтобы назвать конкретные различия. Цель данной статьи — объяснить основные характеристики этих физических величин в терминах, понятных людям без багажа технических знаний, а также предоставить некоторые базовые понятия, касающиеся данного вопроса.
Сложности визуализации
Большинству людей не составляет труда разобраться с такими понятиями, как «давление», «количество» и «поток», поскольку в своей повседневной жизни они постоянно сталкиваются с ними. Например, легко понять, что увеличение потока при поливе цветов увеличит количество воды, выходящей из поливочного шланга, в то время как увеличение давления воды заставит ее двигаться быстрее и с большей силой.
Электрические термины, такие как «напряжение» и «ток», обычно трудно понять, поскольку нельзя увидеть или почувствовать электричество, движущееся по кабелям и электрическим контурам. Даже начинающему электрику чрезвычайно сложно визуализировать происходящее на молекулярном уровне или даже четко понять, что собой представляет, например, электрон. Эта частица находятся вне пределов сенсорных возможностей человека, ее невозможно увидеть и к ней нельзя прикоснуться, за исключением случаев, когда определенное количество их не пройдет через тело человека. Только тогда пострадавший определенно ощутит их и испытывает то, что обычно называют электрическим шоком.
Тем не менее, открытые кабели и провода большинству людей кажутся совершенно безвредными только потому, что они не могут увидеть электронов, только и ждущих того, чтобы пойти по пути наименьшего сопротивления, которым обычно является земля.
Аналогия
Понятно, почему большинство людей не могут визуализировать то, что происходит внутри обычных проводников и кабелей.
Попытка объяснить, что что-то движется через металл, идет вразрез со здравым смыслом. На самом базовом уровне электричество не так сильно отличается от воды, поэтому его основные понятия довольно легко освоить, если сравнить электрическую цепь с водопроводной системой. Основное различие между водой и электричеством заключается в том, что первая заполняет что-либо, если ей удастся вырваться из трубы, в то время как второе для передвижения электронов нуждается в проводнике. Визуализируя систему труб, большинству легче понять специальную терминологию.
Напряжение как давление
Напряжение очень похоже на давление электронов и указывает, как быстро и с какой силой они движутся через проводник. Эти физические величины эквивалентны во многих отношениях, включая их отношение к прочности трубопровода-кабеля. Подобно тому, как слишком большое давление разрывает трубу, слишком высокое напряжение разрушает экранирование проводника или пробивает его.
Ток как поток
Ток представляет собой расход электронов, указывающий на то, какое их количество движется по кабелю.
Чем он выше, тем больше электронов проходит через проводник. Подобно тому, как большое количество воды требует более толстых труб, большие токи требуют более толстых кабелей.
Использование модели водяного контура позволяет объяснить и множество других терминов. Например, силовые генераторы можно представить как водяные насосы, а электрическую нагрузку — как водяную мельницу, для вращения которой требуется поток и давление воды. Даже электронные диоды можно рассматривать как водяные клапаны, которые позволяют воде течь только в одну сторону.
Постоянный ток
Какая разница между постоянным и переменным током, становится ясно уже из названия. Первый представляет собой движение электронов в одном направлении. Очень просто визуализировать его с использованием модели водяного контура. Достаточно представить, что вода течет по трубе в одном направлении. Обычными устройствами, создающими постоянный ток, являются солнечные элементы, батареи и динамо-машины. Практически любое устройство можно спроектировать так, чтобы оно питалось от такого источника.
Это почти исключительная прерогатива низковольтной и портативной электроники.
Постоянный ток довольно прост, и подчиняется закону Ома: U = I × R. измеряется в ваттах и равна: P = U × I.
Из-за простых уравнений и поведения постоянный ток относительно легко осмыслить. Первые системы передачи электроэнергии, разработанные Томасом Эдисоном еще в XIX веке, использовали только его. Однако вскоре разница в переменном токе и постоянном стала очевидной. Передача последнего на значительные расстояния сопровождалась большими потерями, поэтому через несколько десятилетий он был заменен более выгодной (тогда) системой, разработанной Николой Теслой.
Несмотря на то что коммерческие силовые сети всей планеты в настоящее время используют переменный ток, ирония заключается в том, что развитие технологии сделало передачу постоянного тока высокого напряжения на очень больших расстояниях и при экстремальных нагрузках более эффективной. Что, например, используется при соединении отдельных систем, таких как целые страны или даже континенты.
В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном. Однако первый по-прежнему используется в низковольтных коммерческих сетях.
Постоянный и переменный ток: разница в производстве и использовании
Если переменный ток намного проще производить с помощью генератора, используя кинетическую энергию, то батареи могут создавать только постоянный. Поэтому последний доминирует в схемах питания низковольтных устройств и электроники. Аккумуляторы могут заряжаться только от постоянного тока, поэтому переменный ток сети выпрямляется, когда аккумулятор является основной частью системы.
Широко распространенным примером может служить любое транспортное средство — мотоцикл, автомобиль и грузовик. Генератор, устанавливаемый на них, создает переменный ток, который мгновенно преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, поскольку в системе электроснабжения присутствует аккумулятор, и большинству электроники для работы требуется постоянное напряжение. Солнечные элементы и топливные ячейки также производят только постоянный ток, который затем при необходимости можно преобразовать в переменный с помощью устройства, называемого инвертором.
Направление движения
Это еще один пример разницы постоянного тока и переменного тока. Как следует из названия, последний представляет собой поток электронов, который постоянно меняет свое направление. С конца XIX века почти во всех бытовых и промышленных электрических всего мира используется синусоидальный переменный ток, поскольку его легче получить и гораздо дешевле распределять, за исключением очень немногих случаев передачи на большие расстояния, когда потери мощности вынуждают использовать новейшие высоковольтные системы постоянного тока.
У переменного тока есть еще одно большое преимущество: он позволяет возвращать энергию из точки потребления обратно в сеть. Это очень выгодно в зданиях и сооружениях, которые производят больше энергии, чем потребляют, что вполне возможно при использовании альтернативных источников, таких как солнечные батареи и ветряные турбины. Тот факт, что переменный ток позволяет обеспечить двунаправленный поток энергии, является основной причиной популярности и доступности альтернативных источников питания.
Частота
Когда дело доходит до технического уровня, к сожалению, объяснить, как работает переменный ток, становится сложно, поскольку модель водяного контура к нему не совсем подходит. Однако можно визуализировать систему, в которой вода быстро меняет направление потока, хотя не понятно, как она при этом будет делать что-то полезное. Переменный ток и напряжение постоянно меняют свое направление. Скорость изменения зависит от частоты (измеряемой в герцах) и для бытовых электрических сетей обычно составляет 50 Гц. Это означает, что напряжение и ток меняют свое направление 50 раз в секунду. Вычислить активную составляющую в синусоидальных системах довольно просто. Достаточно разделить их пиковое значение на √2.
Когда переменный ток меняет направление 50 раз в секунду, это означает, что лампы накаливания включаются и выключаются 50 раз в секунду. Человеческий глаз не может это заметить, и мозг просто верит, что освещение работает постоянно. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном.
Векторная математика
Ток и напряжение не только постоянно меняются — их фазы не совпадают (они несинхронизированные). Подавляющее большинство силовых нагрузок переменного тока вызывает разность фаз. Это означает, что даже для самых простых вычислений нужно применять векторную математику. При работе с векторами невозможно просто складывать, вычитать или выполнять любые другие операции скалярной математики. При постоянном токе, если по одному кабелю в некоторую точку поступает 5A, а по другому — 2A, то результат равен 7A. В случае переменного это не так, потому что итог будет зависеть от направления векторов.
Коэффициент мощности
Активная мощность нагрузки с питанием от сети переменного тока может быть рассчитана с помощью простой формулы P = U × I × cos (φ), где φ — угол между напряжением и током, cos (φ) также называется коэффициентом мощности. Это то, чем отличаются постоянный и переменный ток: у первого cos (φ) всегда равен 1. Активная мощность необходима (и оплачивается) бытовыми и промышленными потребителями, но она не равна комплексной, проходящей через проводники (кабели) к нагрузке, которая может быть рассчитана по формуле S = U × I и измеряется в вольт-амперах (ВА).
Разница между постоянным и переменным током в расчетах очевидна — они становятся более сложными. Даже для выполнения самых простых вычислений требуется, по крайней мере, посредственное знание векторной математики.
Сварочные аппараты
Разница между постоянным и переменным током проявляется и при сварке. Полярность дуги оказывает большое влияние на ее качество. Электрод-позитивная сварка проникает глубже, чем электрод-негативная, но последняя ускоряет наплавление металла. При постоянном токе полярность всегда постоянная. При переменном она меняется 100 раз в секунду (при 50 Гц). Сварка при постоянном предпочтительнее, так как она производится более ровно. Разница в сварке переменным и постоянным током заключается в том, что в первом случае движение электронов на долю секунды прерывается, что приводит к пульсации, неустойчивости и пропаданию дуги. Этот вид сварки используется редко, например, для устранения блуждания дуги в случае электродов большого диаметра.
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?
Какой ток переменный. Переменный ток и постоянный ток: отличие
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?
Содержание:
Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет большую угрозу, другие искренне убеждены, что синусоида переменного тока, совпав по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его. Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, т.к. не у каждого имеется электротехническое образование. При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока.
С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему.
Большинству известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, а переменный поступает в квартиры и помещения посредством электросети и благодаря ему работают бытовые электроприборы и освещение. Но мало кто задумывался, почему одно напряжение позволяет получить другое и для чего это нужно.
Имеет смысл ответить на все возникшие вопросы.
Что такое электрический ток?
Электрическим током называют постоянную или переменную величину, которая возникает на основе направленного или упорядоченного движения, создаваемого заряженными частицами — в металлах это электроны, в электролите — ионы, а в газе — и те, и другие. Иными словами, говорят, что электрический ток «течет» по проводам.
Некоторые ошибочно полагают, что каждый заряженный электрон двигается по проводнику от источника до потребителя. Это не так. Он лишь передает заряд на соседние электроны, сам оставаясь на месте. Т.е. его движение хаотично, но микроскопично. Ну а уже сам заряд, двигаясь по проводнику, достигает потребителя.
Электрический ток имеет такие параметры измерения, как: напряжение, т.е. его величина, измеряющаяся в вольтах (В) и сила тока, которая измеряется в амперах (А). Что очень важно, при трансформации, т.е. уменьшении или увеличении при помощи специальных устройств, одна величина воздействует на другую обратно пропорционально. Это значит, что уменьшив напряжение посредством обычного трансформатора, добиваются увеличения силы тока и наоборот.
Ток постоянный и переменный
Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно. Его характеристики позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшей его силе. Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными. А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.
А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего используют разнонаправленные диоды (т.
н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.
Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.
Различия токов
Конечно же, главным различием переменного и постоянного тока является возможность переправки DC на большое расстояние. При этом, если таким же путем переправить постоянный ток, его просто не останется. По причине разности потенциалов он израсходуется. Так же стоит отметить то, что преобразовать в переменный очень сложно, в то время как в обратном порядке подобное действие вполне легко выполнимо.
Намного экономичнее преобразование электричества в механическую энергию именно при помощи двигателей, работающих от АС, хотя и имеются области, в которых возможно применение механизмов только прямого тока.
Ну и последнее по очереди, но не по смыслу — все-таки переменный ток безопаснее для людей.
Именно по этой причине все приборы, используемые в быту и работающие от DC, являются слаботочными. А вот совсем отказаться от применения более опасного в пользу другого никак не получится именно по указанным выше причинам.
Все изложенное приводит к обобщенному ответу на вопрос, чем отличается переменный ток от постоянного — это характеристики, которые и влияют на выбор того или иного источника питания в определенной сфере.
Передача тока на большие расстояния
У некоторых людей возникает вопрос, на который выше был дан поверхностный ответ: почему по линиям электропередач (ЛЭП) приходит очень высокое напряжение? Если не знать всех тонкостей электротехники, то можно согласиться с этим вопросом. Действительно, ведь если бы по ЛЭП приходило напряжение в 380 В, то не пришлось бы устанавливать дорогостоящие трансформаторные подстанции. Да и на их обслуживание тратиться не пришлось бы, разве не так? Оказывается, что нет.
Дело в том, что сечение проводника, по которому протекает электричество, зависит только от силы тока и от его потребляемой мощности и совершенно в стороне от этого остается напряжение.
А это значит, что при силе тока в 2 А и напряжении в 25 000 В можно использовать тот же провод, как и для 220 В с теми же 2 А. Так что же из этого следует?
Здесь необходимо вернуться к закону обратной пропорциональности — при трансформации тока, т.е. увеличении напряжения, уменьшается сила тока и наоборот. Таким образом, высоковольтный ток отправляется к трансформаторной подстанции по более тонким проводам, что обеспечивает и меньшие потери при передаче.
Особенности передачи
Как раз в потерях и состоит ответ на вопрос, почему невозможно передать постоянный ток на большие расстояния. Если рассмотреть DC под этим углом, то именно по этой причине через небольшой отрезок расстояния электроэнергии в проводнике не останется. Но главное здесь не энергопотери, а их непосредственная причина, которая заключается, опять же, в одной из характеристик AC и DC.
Дело в том, что частота переменного тока в электрических сетях общего пользования в России — 50 Гц (герц). Это означает амплитуду колебания заряда между положительным и отрицательным, равную 50 изменений в секунду.
Говоря простым языком, каждую 1/50 с. заряд меняет свою полярность, в этом и заключается отличие постоянного тока — в нем колебания практически либо совершенно отсутствуют. Именно по этой причине DC расходуется сам по себе, протекая через длинный проводник. Кстати, частота колебаний, к примеру, в США отличается от российской и составляет 60 Гц.
Генерирование
Очень интересен вопрос и о том, как же генерируется постоянный и переменный ток. Конечно, вырабатывать можно как один, так и другой, но здесь встает проблема размеров и затрат. Дело в том, что если для примера взять обычный автомобиль, ведь куда проще было бы поставить на него генератор постоянного тока, исключив из схемы диодный мост. Но тут появляется загвоздка.
Если убрать из автомобильного генератора выпрямитель, вроде бы должен уменьшиться и объем, но этого не произойдет. А причина тому — габариты генератора постоянного тока. К тому же и стоимость при этом существенно увеличится, потому и применяются переменные генераторы.
Вот и получается, что генерировать DC намного менее выгодно, чем АС, и тому есть конкретное доказательство.
Два великих изобретателя в свое время начали так называемую «войну токов», которая закончилась только лишь в 2007 году. А противниками в ней были Никола Тесла совместно с Джорджем Вестингауз ом, ярые сторонники переменного напряжения, и Томас Эдисон, который стоял за применение повсеместно постоянного тока. Так вот, в 2007 году город Нью-Йорк полностью перешел на сторону Теслы, ознаменовав тем самым его победу. На этом стоит немного подробнее остановиться.
История
Компания Томаса Эдисона, которая называлась «Эдисон Электрик Лайт», была основана в конце 70-х годов XIX века. Тогда, во времена свечей, керосиновых ламп и газового освещения лампы накаливания, выпускаемые Эдисоном, могли работать непрерывно 12 часов. И хотя сейчас этого может показаться до смешного мало — это был настоящий прорыв. Но уже в 1880-е годы компания смогла не только запатентовать производство и передачу постоянного тока по трехпроводной системе (это были «ноль», «+110 В» и «-110 В»), но и представить лампу накаливания с ресурсом в 1200 часов.
Именно тогда и родилась фраза Томаса Эдисона, которая впоследствии стала известна всему миру, — «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи».
Ну а уже к 1887-му в Соединенных Штатах успешно функционирует больше 100 электростанций, которые вырабатывают постоянный ток и где используется для передачи именно трехпроводная система, которая применяется в целях хотя бы небольшого снижения потерь электроэнергии.
А вот ученый в области физики и математики Джордж Вестингауз после ознакомления с патентом Эдисона нашел одну очень неприятную деталь — это была огромная потеря энергии при передаче. В то время уже существовали генераторы переменного тока, которые не пользовались популярностью по причине оборудования, которое бы на подобной энергии работало. В то время талантливый инженер Никола Тесла еще работал у Эдисона в компании, но однажды, когда ему было в очередной раз отказано в повышении зарплаты, Тесла не выдерживал и ушел работать к конкуренту, которым являлся Вестингауз.
На новом месте Никола (в 1988 году) создает первый прибор учета электроэнергии.
Именно с этого момента и начинается та самая «война токов».
Выводы
Попробуем обобщить изложенную информацию. На сегодняшний день невозможно представить пользование (как в быту, так и на производствах) каким-то одним из видов электричества — практически везде присутствует и постоянный, и переменный ток. Ведь где-то необходим постоянный, но его передача на дальние расстояния невозможна, а где-то переменный.
Конечно, доказано, что АС намного безопаснее, но как быть с приборами, помогающими экономить электроэнергию во много раз, в то время как они могут работать только на DC?
Именно по этим причинам сейчас токи «мирно сосуществуют» в нашей жизни, закончив «войну», которая продлилась более 100 лет. Единственное, что не стоит забывать — насколько бы одно ни было безопаснее другого (постоянное, переменное напряжение — не важно), оно может нанести огромный вред организму, вплоть до летального исхода.
И именно поэтому при работе с напряжением необходимо тщательно соблюдать все нормы и правила безопасности и не забывать про внимательность и аккуратность. Ведь, как говорил Никола Тесла, электричества не стоит бояться, его стоит уважать.
Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется многими электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях. От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные блоки питания и трансформаторы напряжения .
Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов считаются потребителями постоянного тока, так как батарея – это источник постоянного тока, который может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.
Разница переменного тока от постоянного
Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени. Важнейшими параметрами переменного тока считаются его частота и напряжение. В современных электрических сетях на разных объектах используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях ток имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота электрического переменного тока – это число изменений направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц он меняет направление 50 раз в секунду. Таким образом, отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.
Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки . К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях потому, что величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями.
Другими словами, его гораздо проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.
Передача переменного тока потребителям
Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ. Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, устанавливаемым в непосредственной близости от объектов электрического потребления – домов, квартир, предприятий и других сооружений.
Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях на питание объектов идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.
Преобразование переменного тока в постоянный
Мы уже разобрались с тем, что в розетках бытовых электрических систем находится переменный ток, однако многие современные потребители электричества нуждаются в постоянном.
Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:
- Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
- Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.
- Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.
Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Но этот процесс значительно сложнее и осуществляется он за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.
Июл 22 2017
Изначально люди вообще не знали, что такое ток.
Был просто статический заряд, но никто не понимал и не осознавал самой природы электричества.
Понадобились долгие века, пока Кулон разработал свою теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка может запасать энергию.
К тому времени, как Ван де Грааф создал свой первый генератор, каждый уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного. А теперь пришла пора и наших читателей обрести для личного пользования эти сведения.
Когда Господь убедился, что бесполезно пугать стадо баранов молниями и громом, он решил продвигать историю несколько другим путём.
В результате человеческое общество пыталось произвести людей путём:
- Занятий физической культурой.
- Развитием искусства.
- Логикой, положившей начало всем наукам.
Так постепенно, шаг за шагом, из зверей получилось нечто более разумное. Сегодня, например, многих шокирует, что в США полицейский может грубо обойтись с негритянкой при аресте, а каких-нибудь 100-200 лет назад африканцев вешали штабелями и считали это примером для подражания.
Нужно сказать, что нравственное развитие общества началось именно в последние десятилетия, когда общество открыто признало фашистов преступниками и начало проповедовать и внедрять так называемые права человека. Наука же развилась гораздо ранее.
Издревле, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел.
Почему так происходит? Следует сказать, что свойства пьезоэлектричества были впервые описаны именно на примере турмалина.
В начала 19-го века было показано, что кристалл, будучи нагрет, приобретает электрический заряд.
За счёт того, что произошла деформация, образовались два полюса:
- Южный (аналогический).
- Северный (антилогический).
Причём, если температура после нагрева остаётся постоянной, то электричество исчезает. Затем появление полюсов наблюдается уже при охлаждении.
Иначе говоря, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество.
Дальнейшие исследования показали, что размер потенциала зависит от:
- Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
- Разницы температур.
Прочие же факторы никакого влияния на величину заряда не оказывают.
Благодаря чему это происходит? Данное явление получило название пироэлектричества. Являясь диэлектриком, турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих свойств.
Таким образом, пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл будет копить заряд по мере изменения температуры. Линию, объединяющую полюса назвали пироэлектрической осью.
Пьезоэлектричество было открыто известной парой Кюри на основе того же турмалина в 1880 году.
Было понятно, что при изменении размеров кристалла будут вырабатываться заряды, осталось только придумать методику для проведения опыта.
Кюри использовал для этого статическое давление обычной массы.
Понятно, что весь эксперимент проводится на изолирующей поверхности.
Так например, масса в 1 кг вызывает появление в кристалле турмалина электрического заряда порядка пяти сотых статических единиц.
Как появляется электрический ток
Любопытно, что стройная теория по данному вопросу ещё не создана. Для нас же важно то, что в природе существуют заряды, и разными методами можно их получать.
Во время грозы это получается за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и некоторых других явлений.
Земля заряжена отрицательно, и вверх постоянно течёт ток через атмосферу.
То есть током называется движение носителей заряда в силу каких-либо причин. И одной из них является разница потенциалов – перепад в уровне носителей между двумя точками пространства.
Можно сравнить это с напором воды. И как только преграда устраняется, поток хлынет в том направлении, где меньше давление.
Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина
Допустим, появились на его концах заряды, что делать дальше? Нужно вызвать движение, например, медной жилкой провода.
Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей будет продолжаться до тех пор, пока потенциал не уравняется.
При этом кристалл разряжается. Но постоянный у нас в этом случае ток или переменный? В данном случае нельзя ничего подобного сказать о ходе процесса.
Переменный и постоянный ток являются физическими идеалами, а используются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.
Что представляют собой означенные выше понятия?
1. Под постоянным током понимается такой, когда носители текут в одном направлении.
Это не значит, что их количество через сечение среды одинаково. Нет. В более широком смысле постоянным (выпрямленным) током называется именно движения носителей заряда в одном направлении.
Но исходное понятие именно в физике требует более строгих услови
Ток должен быть образован именно постоянным количеством носителей, движущихся в одном направлении.
Причём носители эти положительные (что противоречит практике, где в качестве таковых рассматриваются электроны по большей части).
2. Переменным током называется не просто тот, где носители двигаются то в одном, то в другом направлении, а делают это в такт.
То есть половину периода волна бежит влево, а вторую вправо.
Это образно говоря. Плотность носителей меняется по закону синусоиды.
Собственно, это и есть график, отображающий поведение процесса. В точках перехода через нуль ток отсутствует вовсе.
И происходит это в нашей сети 100 раз в секунду. Следовательно, половина периода выпадает на движение носителей в положительном направлении, а вторая – в отрицательном.
Всего полных циклов в секунду образуется 50, что и соответствует сетевой частоте 50 Гц.
Как дело обстоит на самом деле с электрическим током
На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не является синусоидальной. По разным причинам вид графика искажается.
Это, например, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы.
Таким образом, форма переменного и постоянного тока искажается.
Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре.
Поскольку для борьбы с подобной напастью требовались какие-то методы, то математики придумали так называемый спектральный анализ.
Многие слышали о чем-то подобном на фондовом рынке, но в данном случае речь скорее о другом: учёные ищут математическую модель, которая относительно легко бы поддавалась расчёту и предсказанию результатов.
Такой способ действительно был найден, и имя ему – спектральный анализ. В этом случае колебание любой формы можно представить в виде суммы с различным удельным весом простейших синусоид разной частоты.
Получается, что по цепи двигается одновременно много-много составляющих. И целом они дают ток.
Причём не обязательно все составляющие двигаются туда же, куда и основная масса.
Можно это представить, как группу муравьёв, каждый из которых тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет груз перемещаться лишь в одну.
Мы полагаем, нашим читателям это только забьёт голову.
Поэтому, упомянем, что помимо коэффициента (амплитуды) каждая составляющая обладает и фазой (направлением), а именуется гармоникой.
Так вот, каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (прежде всего 50 Гц) проходили внутрь прибора, а все прочее уходило на землю.
Это и есть тот признак для решения проблемы, о которой мы говорили в начале. Любое колебание можно представить в виде набора полезных и вредных сигналов и, исходя из этого, аппаратуру конструировать надлежащим образом.
Например, на этом принципе работают все приёмники: они избирательно пропускают только ток нужной частоты. За счёт этого удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.
Мы могли бы долго говорить на эту тему, но пришла пора привести примеры того, где используются виды токов.
Примеры использования переменного и постоянного тока
Но, в общем и целом, происходит это достаточно плавно. А ток течёт в одном направлении и имеет примерно постоянную плотность.
Аналогично работают:
- Аккумулятор сотового телефона.
- Батарейка любого типа.
- Аккумулятор питания ноутбуков.
Но это все ёмкости, а как же генераторы?
В природе источников постоянного тока за исключением матушки-Земли не имеется.
Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые вращаясь с некоторой частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока.
Затем промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.
Как бы то ни было, источником постоянного тока можно считать адаптеры. Это устройства, которые выполняют преобразование переменного тока в постоянный.
Допустим, у сотовых телефонов это обычно порядка +5 В, тогда как для мобильных раций существует большой разброс.
В общем и целом нужно понимать, что устройство постоянного тока может функционировать только от того номинала, для которого сконструировано.
В противном случае, либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.
Это касается и переменного, и постоянного тока.
Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется.
Из соображений экономии все двигатели работают от трёх фаз. Каждая из них является переменным током частоты 50 Гц.
Но мы говорили выше, что у каждой гармоники имеется фаза. В нашем случае она равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что все три фазы равно отстоят друг от друга.
Переменный и постоянный ток — электровозы и запчасти: производство, тендеры
Использование двух родов тока в системе тягового электроснабжения железных дорог сложилось исторически. Все дело в том, что на заре электрификации на ЭПС использовались тяговые электродвигатели (ТЭД) исключительно постоянного тока. Это связано с их конструктивными особенностями, возможностью достаточно простыми средствами регулировать скорость и вращающий момент в широких пределах, возможностью работать с перегрузкой и т.
д. Говоря техническим языком, электромеханические характеристики двигателей постоянного тока идеально подходят для целей тяги. Двигатели же переменного тока (асинхронные, синхронные) имеют такие характеристики, что без специальных средств регулирования их применение для электротяги становится невозможным. Таких средств регулирования на начальном этапе электрификации еще небыло и поэтому, естественно, в системах тягового электроснабжения применялся постоянный ток при напряжении сначала 1500, а затем 3000 В, или как принято говорить у электриков, 1,5 или 3 кВ. Строились тяговые подстанции, назначением которых является понижение переменного напряжения питающей сети до необходимого значения, и его выпрямление, т.е. преобразование в постоянное. Но шли годы, объемы перевозок на железной дороге увеличивались, соответственно расла нагрузка тяговых сетей. Мощность равна произведению тока на напряжение. Расли нагрузки, расли и потери в тяговой сети. Ведь потери пропорциональны квадрату тока, или.
А это приводило к необходимости усиления тяговой сети, т.е. строились дополнительные тяговые подстанции, увеличивалось сечение проводов. Но все это радикально не решало проблемы. Выход был один — это уменьшить величину тока, но при той же мощности наргузки это можно сделать только поднимая величину напряжения. А тут возникла серьезная проблема: для двигателей постоянного тока напряжение 3 кВ оказалось практически предельным. Это связано с его конструкцией, наличием коллектора и щеток, вращающейся обмотки якоря. При повышении напряжения, надежность работы этих узлов значительно снизилась. Двигатели же переменного тока для тяги в то время были совершенно непригодны. Таким образом, возникло противоречие — для системы электроснабжения напряжение 3 кВ оказалось мало, а для ТЭД повышать его было невозможно. Но выход был найден с помощью перехода на переменный ток! В системе переменного тока на ЭПС стали устанавливать трансформаторы, которые позволяют, как известно, достаточно просто изменять величину напряжения, являются простыми и надежными.
После трансформатора устанавливается выпрямитель, а дальше — ТЭД постоянного тока. При этом напряжение на ТЭД можно значительно понизить, тем самым повысив их надежность, а напряжение тяговой сети повысить, уменьшив потери в ней. Так было и сделано. Напряжение тяговой сети переменного тока повысили до 25 кВ, на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ. При этом увеличилось расстояние между тяговыми подстанциями, уменьшилось сечение проводов тяговой сети, а следовательно, и стоимость системы электроснабжения. На начальном этапе внедрения переменного тока снова возникли проблемы. Дело в том, что выпрямительная техника того времени была несовершенна. Для выпрямления переменного тока использовались ртутные выпрямители. А это достаточно сложные, дорогие и капризные агрегаты даже при работе в стационарных условиях, не говоря уже об их установке на ЭПС. Это еще несколько задержало внедрение переменного тока. С появлением полупроводниковых выпрямителей эта проблема тоже решилась. Пока шло становление системы переменного тока, система постоянного тока бурно внедрялась на сети железных дорог.
Когда все проблемы по переменному току удалось решить, значительная часть дорог оказалась уже электрифицирована на постоянном токе. Таким образом, система электрификации переменного тока является более совершенной и в настоящее время принята основной. По нормам проектирования постоянный ток должен применяться для завершения электрификации направлений, ранее электрифицированных на этом токе и для электрификации участков, примыкающих к таким направлениям. Кроме того, в настоящее время разработана система тягового электроснабжения переменного тока 2х25 кВ. При этом напряжение питающей сети увеличено до 50 кВ, а напряжение в контактной сети сохранилось прежним 25 кВ. По этой системе электрифицирована Байкало-Амурская магистраль и ряд участков в центре России. В местах стыкования систем постоянного и переменного тока устраиваются станции стыкования, где происходит смена локомотивов переменного и постоянного тока. Кроме того, существуют электровозы двойного питания, на переменный и постоянный ток, но в нашей стране они имеют ограниченное применение.
Развитие полупроводниковой и микропроцессорной техники позволило снять ограничения на применение на ЭПС двигателей переменного тока. Эти двигатели, особенно асинхронные, являются простыми и надежными. В настоящее время выпущены электровозы и электропоезда с двигателями переменного тока, ведутся дальнейшие исследования в этом направлении. А как переходы с одного на другой ток на граничных участках работают? посредством тепловозов? Нет. Контактная сеть на станции стыкования может переключаться на любой род тока — полностью или по частям. При этом электровоз, например, постоянного тока подходит к станции, ему подают в КС постоянный ток, он притаскивает состав на заданный путь (если пассажирский — то к платформе), отцепляется, уходит на свою стоянку (где только постоянный ток), после этого ток в КС переключается на переменный, со своего места вылезает электровоз-переменник и прицепляется к оставленному составу. Ещё существуют двухсистемные электровозы, которым всё равно под каким родом тока ехать.
Но они довольно дорогие и их мало — грузовые (а фактически грузопассажирские) ВЛ82 и ВЛ82М в Выборге и Минеральных Водах и пассажирский ЭП10 (пока в единственном экземпляре) в Москве-Курской (работает с поездом 061/062 «Буревестник» Москва — Нижний Новгород, но периодически уезжает на очередные испытания). Особенная конструкция в Минеральных Водах — хотя там от линии переменного тока отходит ветка, электрифицированная постоянным током, на станции нет переключаемых секций КС. Главные пути электрифицированы на переменном токе, а поезда на Кисловодск уходят со своих путей, где только постоянный ток. Сквозные поезда с главного хода в Кисловодск (их немного) ходят только под двухсистемными электровозами; электровозов постоянного тока в МинВодах нет.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПОСТОЯННОГО ТОКА:
Во-первых подвижной состав в полтора раза дешевле. Во-вторых удельный расход у ЭР2 на холмистом профиле, типичном для московской области порядка 20-21 Вт, у ЭР9 — где-то в районе 28-30.
Что касается второго пункта, то не забывайте, что вам придется учитывать также и стоимость электровозов\ электропоездов, которая у машин переменного тока существенно (на 30-50 процентов) выше. Отсюда несложно сделать вывод, что чем больше размеры движения по участку, чем больше убытки от использования переменного тока. Необходимые же расчеты можете сделать самостоятельно. Стоимость электрификации 100 км переменным током на однопутной линии при 2 подстанциях и одностороннем питании будет 65-70 млн долл.,постоянным током при расстоянии между подстанциями в 20 км — порядка 80 млн долл. при таких затаратах на капстроительство текучкой можно смело пренебречь, а цена подвижного состава вам известна — 3,5 млн долл ЭД9, 2,2 млн долл — ЭД4М, 1,4 млн долл — ЭП1. Расчетную цену за электровоз постоянного тока можно взять 1 млн. долл — столько стоит коллекторная машина у Бомбардье. Если использовать асинхронники, то разница в цене достигнет 2 млн долл.за машину. Официальные цифры на 80-е годы показывали , что на участках переменного тока удельный расход на 6-15 процентов выше(не по показаниям счетчиков машин, а именно по ТП).
Вкратце — в основном из-за потерь в выпрямительной установке электровоза. Причем потери эти настолько велики — у Вл60 больше трети теряется, что даже система постоянки 1,65 кВ в этом смысле эффективнее переменки 2*25 Кв. ответ: Вы бы ещё электромашинные преобразователи вспомнили. ВЛ60, разработанный фактически в середине 50-х, имеет совершенно доисторические ртутные выпрямители с водяным охлаждением. Впрочем, на тяговых подстанциях линий постоянного тока стояли аналогичные выпрямители. ОБЩЕИЗВЕСТНО, и занесено в учебники со схемами и графиками потребления электроэнергии, что расход электроэнергии на постоянном токе ВСЕГДА меньше при равных условиях.Что и послужило причиной его сохранения как единственной системы на обычных линиях, например в НИдерландах, несмотря на напряжение 1,65 кВ. Что касается цифр, то даже группа безумных сторонников переменки во ВНИИЖТе, травившая ртутью машинистов, в конечном итоге вынуждена была признать как минимум шестипроцентный перерасход электроэнергии на единицу работы при переменном токе.
И то — это при сравнении самого эффективного переменника с ВЛ8 при неучете возврата электроэнергии в сеть на постоянке. Реальные же цифры в зависимости от конкретных условий -10-15 процентов. Что и подтвердил недавний перевод участка Лоухи -Мурманиск на переменку. Несмотря на громогласные утверждения тех же придурков, что в свое время поработали с внедрением ртути, что вот мол сейчас все увидят, как эффективен переменный ток. И что получилось? Несмотря на более полное использование мощности локомотива при переменке, что должно было привести к уменьшению удельного расхода электроэнергии, все произошло с точностью до наоборот — расход увеличился, эксплуатационные расходы выросли — в общем история не учит только этих самых… у ВЛ80 потери также достаточно велики. В том же учебники вы прчитаете — расход э\энергии у электровозов переменного тока существенно выше, но у них выше скорость, что дает несравнимое преимущество. Но на практике этого то преимущества у них и нет. Сами знаете, какие на РЖД участковые скорости у грузовых.
Значит смысла в электрификации переменным током немного?- мысл в увеличении скорости и не только — мощность 4 осного переменника такая же как у 6-осного постоянника. По системам тока — полигон постоянки и переменки на обычных линиях в ЗапЕвропе примерно одинаков. Ресурс электровозов постоянного тока в значительной мере выработан, электропоездов там почти нет, расходы при переходе с постоянного на переменный ток невелики и делается это быстро. Ну взяли бы голландцы, итальянцы, бельгийцы и перешли бы на переменный ток. Ан нет, Итальянские дороги заказали огромную партию НОВЫХ постоянников -почти 300 штук, что им мешало перейти на переменку, а заодно бы и локомотивный парк сменился бы . Нет, они упорно эксперементируют с постоянным током повышенного напряжения. в России не собираются переводить все участки на переменный ток.
Что перевели на переменный ток?
Участок Зима — Слюдянка. Но ведь он уникален, там самый сложный профиль, чем где бы то ни было. Из-за уклона до 19 тыс.
потребляемая мощность велика и это привело к тому, что расстояние между подстанциямив среднем на участке Иркутск — Слюдянка составляет 11 км, а кое-где 7 (!!!) км. При этом площадь сечения проводов достигал 600 кв. мм. Контактная сеть усливалась третьими и даже четвртыми проводами, а количество тяговых подстанций увеличилось по сравнению с первым годом после электрификации в 2 раза. Подыскать в мире похожие примеры достаточно сложно и уж Италия и Бельгия здесь явно не пример. Увеличивать и дальше количество тяговых подстанций и сечение проводов стало невозможным. И это как раз наглядный пример сферы применения именно тяги переменного (повышенной мощности) тока. Так что информация о снижении расходов после перевода вполне правдоподобна. Причины перевода на переменный ток целого направления Мурманск — Кемь мне не известны. Указывается, что на момент перевода износ по системе электроснабжения составил 70%, необходима была замена всего трансформаторно — выпрямительного оборудования на тяговых подстанциях, замена опор, контактной сети и изоляторов.
Решили, что лучше всё менять одновременно с вводом переменного тока. Профиль на этом участке мягче, чем на ВСЖД, поэтому, возможно, здесь и увеличился расход энергии. После Мурманск — Кемь хотели перевести на переменный ток и участок Данилов — Ярославль-Гл. — Александров, Ярославль — Кострома, но в последний момент от этой идеи отказались. Здесь проводится реконструкция системы электроснабжения с сохранением системы постоянного тока. Планами предусматривается замена системы тока лишь на двух участках: Мин. Воды — Кисловодск — здесь понятно почему: парк электровозов двойного питания изношен, заменить их нечем, а также с целью ликвидации короткого тягового плеча; Гор. Ключ — Кривенковская и Белоречеснкая — Адлер: тяжёлый профиль (хотя и почти нет грузового движения) и желание увеличить тяговые плечи. Постоянный ток преимущества перед переменным не имеет. По этой причине при новом строительстве линий (и при электрификации линий на автономной тяге) дают предпочтение переменномку току.
Преимущества переменной электротяги:
Уменьшение силы тока в КС за счет применения высокого напряжения 25кВ. Следствие — более длинные интервалы между тяговыми подстанциями и уменьшение количества самих подстанций. Любое необходимое напряжение на электровозе и электропоезде можно получить за счет трансформатора, который имеет кпд, близкий к 100% и очень высокую надежность. (при постоянном токе для этих целей используются электромашинные преобразователи (мотор-генераторы) или электронные статические преобразователи, которые дОроги и ненадежны. На переменном токе на электровоз можно передавать гораздо большую мощность, чем на постоянном. Отсюда и ограничение 200км/ч для скоростных поездов на постоянном токе. КС переменного тока можно использовать, как резервное питание для устройств СЦБ. На постоянном токе кроме основной ВСЛСЦБ на опоры КС еще вешают ВЛПЭ. На переменном токе проще погасить электрическую дугу, которая возникает при проходе секционных изоляторов, при пробое воздушных промежутков (молниезащита), при переключениях мачтовых разъединителей, поскольку дуга может сама погаснуть при переходе фазы через нулевое значение, причем вне зависимости от наличия в цепи реактивных сопротивлений. (На постоянном токе наличие реактивных сопротивлений только усугубляет ситуацию с дугогашением). Проще конструкция тяговых подстанций. Нетрудно догадаться, что один мощный выпрямитель гораздо ненадежнее, чем выпрямитель на порядок меньшей мощности на каждом электровозе/мотор-вагоне. Есть еще ряд мелких преимуществ…
Постоянный ток
Постоянный ток (direct current) – это упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Другими словами
величины характеризующие электрический ток, такие как напряжение или сила тока, постоянны как по значению, так и по направлению.
В источнике постоянного тока, например в обычной пальчиковой батарейке, электроны движутся от минуса к плюсу. Но исторически сложилось так, что за техническое направление тока считается направление от плюса к минусу.
Для постоянного тока применимы все основные законы электротехники, такие как закон Ома и законы Кирхгофа.
История
Изначально постоянный ток назывался – гальваническим током, так как впервые был получен с помощью гальванической реакции. Затем, в конце девятнадцатого века, Томас Эдисон, предпринимал попытки организовать передачу постоянного тока по линиям электропередачи. При этом даже разыгралась так называемая “война токов”, в которой шел выбор в качестве основного тока между переменным и постоянным. К сожалению, постоянный ток “проиграл” эту “войну”, потому что в отличие от переменного тока, постоянный, несет большие потери в мощности при передаче на расстояния. Переменный ток легко трансформировать и благодаря этому передавать на огромные расстояния.
Источники постоянного тока
Источниками постоянного тока могут быть аккумуляторы, либо другие источники в которых ток появляется благодаря химической реакции (например, пальчиковая батарейка).
Также источниками постоянного тока может быть генератор постоянного тока, в котором ток вырабатывается благодаря
явлению электромагнитной индукции, а затем выпрямляется с помощью коллектора.
Постоянный ток может быть получен с помощью выпрямления переменного тока. Для этого существуют различные выпрямители и преобразователи.
Применение
Постоянный ток, достаточно широко применяется в электрических схемах и устройствах. К примеру, дома, большинство приборов, таких как модем или зарядное устройство для мобильного, работают на постоянном токе. Генератор автомобиля, вырабатывает и преобразует постоянный ток, для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока.
В промышленности постоянный ток используется в машинах постоянного тока, например в двигателях, или генераторах. В некоторых странах существуют высоковольтные линии электропередачи постоянного тока.
Постоянный ток также нашел свое применение и в медицине, например в электрофорезе – процедуре лечения с помощью электрического тока.
В железнодорожном транспорте, кроме переменного, используется и постоянный ток. Это связано с тем, что тяговые двигатели, которые имеют более жесткие механические характеристики, чем асинхронные, являются двигателями постоянного тока.
Влияние на организм человека
Постоянный ток в отличие от переменного является более безопасным для человека. Например, смертельным током для человека является 300 мА если это ток постоянный, а если переменный с частотой 50 Гц, то 50-100 мА.
Всем давным давно известно, еще с курса физики, что есть такое понятие как ток, и что он есть как постоянный, так и переменный. А в чем же все-таки отличия этих двух видов? Это многие опускают. И данная статья призвана уберечь от такого незнания и помочь в решении и постановке данного вопроса. Перво-наперво следует разобраться с самим понятием тока. Электрический ток по своим характеристиками и свойствам означает то, что это направленное движение заряженных частиц. И здесь было сказано одно из главных слов — направленное. В общем, если это постоянный ток, то частицы будут направлены напрямую и нигде не будут расходиться в разные стороны. Что же происходит при прохождении переменного тока? Переменный ток, мало того, что может менять свое направление и уходить в разные стороны своего пути, так он еще и меняется по величине, что происходит периодически, то есть данный момент изменений происходит и вынуждено повторяться через равные промежутки, которые находятся во времени. Вызвать такой ток не заставляет применения особых усилий, а для этого просто может понадобиться источник этого самого переменного тока, который и будет создавать переменную электродвижущую силу, которая и будет периодически меняться как по величине, так и по направлению. Эти источники называются генераторами в общем контексте, и генераторами переменного тока в частном. Переменный ток в основном применяется в промышленных масштабах и производствах. Цели, которые преследуются таким образом, могут быть разными, к примеру, обычное освещение. Вырабатывание переменного тока в таких масштабах происходит при помощи специализированных устройств — генераторов, — только уже в разы мощных, нежели для обычного преобразования в домашних условиях. Такие генераторы приводятся в действие паровыми, либо водяными, турбинами, либо так называемыми двигателями внутреннего сгорания. Если смотреть графически на обозначение переменного тока, то он может быть представлен в виде синусоиды с разным значением амплитуды и периодов. Подводя итог, можно сказать, что данная статья дала исчерпывающий ответ на тот вопрос, что же является переменным током и для чего он может быть полезен и эффективен. Были приведены различные примеры и описание данного вида тока. Потому информация, которая была представлена выше, должна помочь тем, кто был заинтересован в решении данного вопроса. Так сообщим читателю ещё интересные факты, на это раз о монтажных оцинкованных лентах. Лента перфорированная монтажная (оцинкованная сталь W1) применяется для крепления нестандартных труб и воздуховодов к потолку или другим конструкциям находящимся в подвешенном состоянии или являющимися верхней частью помещения. Лента монтажная очень проста в сборке, кроме того она обладает возможностью регулировки по высоте. Обычная поставка монтажных лент рулонами по 25 метров, для защиты от коррозии обладает гальваническим покрытием толщиной до 10 микрон. Сейчас монтажную ленту купить можно по очень выгодной цене в компании ООО «Магистраль». . |
Преобразование переменного тока в постоянный
Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.
Постоянный ток и его источники
У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени. На современных приборах он обозначается буквами DC — сокращением от английского Direct Current (в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:
Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.
Переменный ток и его параметры
У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T), а обратная ему величина – частотой (f). Буквенное обозначение переменного тока – АС, сокращение от Alternating Current (знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:
̴
После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.
Переменный ток характеризуется параметрами:
| Характеристика | Обозначение | Единица измерения | Описание |
| Число фаз | Однофазный | ||
| Трехфазный | |||
| Напряжение | U | вольт | Мгновенное значение |
| Амплитудное значение | |||
| Действующее значение | |||
| Фазное | |||
| Линейное | |||
| Период | Т | секунда | Время одного полного колебания |
| Частота | f | герц | Число колебаний за 1 секунду |
Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов. В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.
Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3).
Графики напряжений трехфазного переменного токаНапряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нулем – фазным, оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.
Под мгновенным значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения. Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.
Характеристики трехфазного токаДостоинства и недостатки переменного напряжения
Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?
При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:
Мощность, которую передается по линии, равна:
Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.
Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.
Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.
Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот
Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением, а устройства – выпрямителями. Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.
Затем пульсации устраняют при помощи фильтров, простейшим из них является конденсатор. Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.
Схема простейшего выпрямителяГрафики работы выпрямителяДля преобразования в переменный ток используются инверторы. Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.
Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.
Оцените качество статьи:
Отличие переменного тока от постоянного: преобразование, разница, принцип действия
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, 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 около 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 проектов — 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 вызывает, 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 открывающемся 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 — оставаться загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвеллили 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.
, это очень краткая история электричества, и мы не сделали 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 многих 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 токБытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток.Практически везденый ток получается путем выпрямления переменного постоянного тока.
Переменный ток
Переменный ток — это ток, который меняет направление 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 электрического электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.
Переменный ток — переменный ток (AC).Постоянный ток — постоянный ток (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 токПеременный 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 его передачей на большие расстояния.Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работающих на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом ток можно было без грузов 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 использование Эдисону его.
Тесла и ЭдисонЭдисон 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 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 ток, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:
- Переменный ток среди 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
- При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
- Переменный ток в силу своей природы и частоты возбуждает нервы, стимулирует 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 профессиональным студенческим сервисом с лучшими экспертами.
Постоянный ток и переменный ток разница примеры. Что такое постоянное напряжение. Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное
Электрический ток- это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц: электронов в металлах, в электролитах — первым, а в газах — электронов и перв. Электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.
Определение постоянного электрического тока, его источники
Постоянный ток (DC, по-английски Direct Current) — это электрический электрический ток, у которого свойства и направление не меняются с течением времени.Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.
Постоянный ток используется в автомобилях и в домах, электронные приборы: ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. д. Перемеренный электрический ток из розетки преобразуется в постоянный при помощи блока питания или трансформатора напряжения с выпрямителем.
Любой электроинструмент, устройство или прибор, работающий от батареек так же используются потребителями постоянного тока, потому что батарея или аккумулятор — это исключительно источники постоянного тока, который при необходимости преобразуется в переменный с использованием специальных преобразователей (инверторов).
Принцип работы переменного тока
Переменный ток (AC по-английски, переменный ток) — это электрический ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах условно обозначается отрезком синусоиды «~».
Иногда после синусоиды могут указываться характеристики переменного тока — частота, напряжение, число фаз.
Переменный ток может быть как одно-, так и трёхфазным, для которого мгновенные значения тока и напряжения меняются по гармоническому закону.
Основные характеристики переменного — действующее значение напряжения и частоты тока.
Обратите внимание , как на левом графике для однофазного тока меняется направление и величина напряжения с переходом в ноль за период времени Т, а на втором графике для трехфазного тока существует смещение трех синусоид на одну третью периода. На правом графике 1 фаза обозначена буквой «а», а вторая буквой «б». Хорошо известно, что в домашней розетке 220 Вольт.Но мало кто знает, что это действующие значения переменного напряжения, но амплитуды или максимальное значение будет больше на корень из двух, т.е будет равно 311 Вольт.
Таким образом, если у постоянного тока величина напряжения и направление не изменяются в течение времени, то у постоянного тока напряжение постоянно меняется по величине и направлению (график ниже нуля это обратное направление).
И так мы подошли к понятию частота — это отношение числа полных циклов (периодов) к единице времени периодически меня электрического тока.Измеряется в Герцах. У нас и в Европе частота равна 50 Герцам, в США — 60 Гц.
Что означает частота 50 Герц? Она означает, что у нас переменный ток меняет свое направление на противоположное и обратно (отрезок Т- на графике) 50 раз за секунду!
Источники переменного тока являются все розетки в доме и все то, что подключено напрямую проводами или кабелями к электрощиту. У многих возникает вопрос: а почему в розетке не постоянный ток? Ответ прост.В сетях переменного тока легко и с минимальными преобразователями величина напряжения до необходимого уровня при помощи трансформатора в любых объемах. Напряжение необходимо увеличить для возможности передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями в промышленных масштабах.
С электростанции , где стоят мощные электрогенераторы, выходит величина величиной 330 000-220 000, далее нашего дома на трансформаторной подстанции оно преобразуется с величиной 10 000 Вольт в трехфазное напряжение 380 Вольт, которое и приходит в многоквартирный дом, а к нам в квартиру приходит однофазное напряжение, т.к. между напряжением равняется 220 В, а между разноименными фазами в электрощите 380 Вольт.
Асинхронные электродвигатели переменного тока конструктивно работают значительно надежнее, чем двигатели постоянного тока.
Как переменный ток сделать постоянным
Для потребителей, работающих на постоянном токе- нный преобразуется при помощи выпрямителей.
Преобразователь постоянного тока в переменный
Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все намного сложнее.В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.
Движение электронов в проводнике
Чтобы понимать что такое ток и откуда он берётся, нужно иметь немного знаний о строении элементов и законах их поведения. Атомы состоят из нейтронов (с нейтральным зарядом), протонов (положительный заряд) и электронов (отрицательный заряд).
Электрический ток в результате направленного перемещения протонов и электронов, а также возникает другая проблема.Как можно направить движение этих частиц? Во время любой химической операции электроны «отрываются» и переходят от одного атома к другому.
Те атомы, от которых «оторвался» электрон становится положительно заряженным (анионы), те к которым присоединился — отрицательно заряженными и называются катионами. В результате этих «перебеганий» электронов возникает электрический ток.
Естественно, этот процесс не может продолжаться вечно, электрический ток исчезнет, когда все атомы системы стабилизируются и будут иметь нейтральный заряд (отличный бытовой пример — обычная батарея, которая «садится» в результате начала химической реакции).
История изучения
Древние греки первыми заметили интересное явление: если потереть камень янтаря об шерстяную ткань, то он начинает притягивать мелкие предметы. Следующие шаги начали делать ученые и изобретатели эпохи ренессанса, которые построили несколько интересных устройств, демонстрировавших это явление.
Новым этапом изучения электричества стали работы американца Бенджамина Франклина, в частности его опыты с Лейденовской банкой — первым в мире электроконденсатором.
Именно Франклин ввёл понятия положительных и отрицательных зарядов, а также он придумал громоотвод. И наконец, изучение электротока стало точной наукой после описания закона Кулона.
Основные закономерности и силы в электрическом токе
Закон Ома — его формула окружь силы, напряжения и сопротивления. Открыт в 19м веке немецким ученым Георгом Симоном Омом. Единица измерения электросопротивления названа в его честь. Его открытия были очень полезны непосредственно для практического использования.
Закон Джоуля — Ленца говорит, что на любом участке электрической цепи совершается работа. В результате этой работы нагревается проводник. Такой эффект часто используется на практике в инженерной и технике (отличный пример — лампа накаливания).
Движение зарядов при этом совершается работа Эта закономерность получила такое название потому что сразу 2 ученых одинаково независимо, вывели её с опытов
.
В начале 19го века британский ученый Фарадей догадался, что изменяя количество линий индукции, которые пронизывают поверхность, ограниченную замкнутым контуром, можно сделать индукционный ток.Посторонние силы, действующие на свободные частицы, называют электродвижущей силой (ЭДС индукции).
Разновидности, характеристики и единицы измерения
Электрический ток может быть или переменным , или постоянным .
Постоянный электроток — это ток, который не меняет свое направление и знак во, однако он может менять свое время. Постоянный электроток в источнике чаще всего использует гальванические элементы.
Переменным называется тот, который меняет направление и знак по закону косинуса.Его характеристика является частотой. Единицы измерения в системе СИ — Герцы (Гц).
В последние десятилетия очень большое распространение получил. Это вид переменного тока, который включает в себя 3 цепи. В этих цепях переменные ЭДС одинаковой частоты, но внутри фазе одна относительно другой на третьем периоде. Фазой называют каждую отдельную электроцепь.
Почти все современные генераторы производят трёхфазный электроток.
- Сила и количество тока
Сила тока зависит от величины заряда, протекающего в электроцепи за единицу времени.Сила тока это отношение электрозаряда, проходящего сквозь сечение проводника, ко времени его прохождения.
В системе СИ единица измерения силы заряда — кулон (Кл), времени — секунда (с). В итоге получаем Кл / с, единицу называют Ампер (A). Измеряется сила электротока с помощью прибора — амперметра.
Напряжение — это соотношение работы к величине заряда. Работа измеряется в джоулях (Дж), заряд в кулонах. Данная единица называется Вольт (В).
- Электрическое сопротивление
Показания амперметра на различных проводниках дают разные значения.А для того чтобы замерять мощность электроцепи пришлось бы использовать 3 прибора. Явление каждого объясняется тем, что у проводника различная проводимость. Единица измерения называется Ом и обозначается латинской буквой R. Сопротивление также зависит и от длины проводника.
- Электрическая емкость
Два проводника, которые изолированы один от второго, могут накапливать электрические заряды. Это явление характеризуется физ. величиной, которую называют электрической емкостью.Её единиц измерения — фарад (Ф).
- Мощность и работа электрического тока
Работа электротока на конкретном участке цепи равняется перемножению напряжения на силу и время. Напряжение меряют вольтами, силу амперами, время секундами. Единицей измерения работы приняли джоуль (Дж).
Мощность электротока — это отношение работы ко времени её совершения. Мощность обозначают буквой P и измеряют ваттами (Вт). Формула мощности очень простая: Сила тока умноженная на напряжение тока.
Существует также единица именуемая ватт-час. Её не следует путать с ваттами, это 2 разные физические величины. В ваттах измеряют мощность (скорость потребления или передачи энергии), а в ватт-часах энергия произведённая за конкретное время. Это часто применяется в отношении бытовых электроприборов.
Например, лампа мощность которой равняется 100 Вт, которая потребляет 100 Вт * ч, а лампочка, которая потребляет столько же электроэнергии за 2, составляет 40 Вт * ч.5 часов.
Для того, чтобы замерять мощность электроцепи использовать ваттметр
Какой вид тока эффективнее и какая между ними разница?
Постоянный электроток легко использовать в случае параллельного подключения генераторов, для необходимой синхронизации генератора и энергосистемы.
В истории произошло событие под названием «Война токов». Эта «война» произошла между двумя гени изобретателями — Томасом Эдисоном и Николой Теслой.Первый поддерживал и активно продвигал постоянный электроток, а второй переменный. «Война» закончилась победой Теслы в 2007 году, когда Нью-Йорк окончательно перешел на переменный.
Разница в эффективности передачи энергии на расстоянии оказалось огромной в использовании переменного тока. Постоянный электроток невозможно использовать, если станция находится далеко от потребителя.
. Он широко используется в электротехнике, гальванизации, некоторых случаях.Также постоянный электроток получил очень большое распространение в сфере городского транспорта (троллейбусы, трамваи, метро).
Естественно, не бывает плохих или хороших токов, у каждого вида есть свои преимущества и недостатки, самое главное — правильно их использовать.
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.Когда электроны в одном направлении движутся в одном направлении, а в другом направлении происходит движение в другом направлении, это упорядоченным движением заряженных частиц, движущихся без остановки. этот ток называют переменным. Существенным различием между ними считается то, что у постоянного значения «+» и «-» находятся на одном определенном месте.
Что такое постоянное напряжение
В качестве источника 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 переменных наоборот, значения «+» и «-» изменяются через короткие промежутки времени. Поэтому обозначение постоянного тока используется в виде одной прямой линии, а обозначение переменного — в виде одной волнистой линии.
Отличие постоянного тока от переменного
мобильных устройств, использующих постоянный ток, не позволяет при подключении источника питания подключать 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 секунды 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» 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, пока не отключается свет.
Переменный ток , в отличие от непрерывно изменяется как по величине, так и по внешнему изменению, эти изменения проходят 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 схема устройства (модель) простейшего.
Прямоугольная рамка, изготовленная из медной проволоки, укреплена на оси и при помощи ременной передачи 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 включает в себя включенный ЭДС.
Предположим, что создает магнит между своими полюсами, т.е. такое, в котором плотность магнитных силовых линий в любой части поля одинаковая. вращается, 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, расширенная в сторону а, противоположна сторона ЭДС, в рамке обе ЭДС соответствуют и в сумме составляют обшую ЭДС, т.е. индуктируемую всю 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, большой отогнутый палец совпадал с направлением движения стороны рамки, в которой мы хотим определить направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в нейжут вытянутые пальцы руки.
Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и общую ЭДС в рамке.При этом с каждым оборотом рамки направления общей ЭДС изменяется в ней на обратное, так как каждая из рабочих рамок 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 его проходит, скорость пересечения силовых линий ограничивается рамкой наибольшей, и в рамке индуктируется наибольшая ЭДС.В те моменты времени, когда рамка проходит горизонтальное положение, ее стороны как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, не пересекается 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, развивающую в рамке, можно измерить прибором и для создания тока во внешней цепи.
Используя, можно получить переменную ЭДС и, следовательно, переменный ток.
Переменный ток для промышленных целей и вырабатывается генераторами, приводящими во вращение паровыми или водяными турбинами и двигателями внутреннего сгорания.
Графическое изображение постоянного и переменного токов
Графический метод дает возможность наглядно представить процесс той или иной переменной величины в зависимости от времени.
Построение графиков величин, меняющихся с течением времени, начинают 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 собираются построить (ЭДС, напряжения или тока).
На рис. 2 графически изображены постоянный и переменный токи . В данном случае мы откладываем значения тока, и вверх по вертикали от точки пересечения осей О откладываем значения тока одного направления, которое принято называть положительным, а вниз от этой точки — противоположного направления, которое принимается называть отрицательным.
Рисунок 2. Графическое изображение постоянного и переменного токаСама точка служит началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и вверх) и времени (по горизонтали вправо). Иначе говоря, этой точкой 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 различными 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, соответствующей 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 моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением постоянного тока величиной 50 мА.
Перейдем теперь к изучению графика ЭДС . На рис. 3 в верхней части верхней части рамки, вращающейся в магнитном поле.
Рисунок 3. Построение графика ЭДС
Начнем равномерно вращать рамку по часовой стрелке и проследим за ходом изменений 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, соответствующий моменту t = 0, изобразится точка 1.
При дальнейшем вращении рамки в ней появляются ЭДС и будет возрастать по величине до тех пор, пока рамка не достигнет своего вертикального положения.На графике это движение ЭДС изобразится возрастной поднимающейся 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 половинному повороту рамки, увеличится 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 действует теперь 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 с осью времени (точка 5)
На этом заканчивается один цикл изменений ЭДС, но если продолжает вращение, тотчас же начинается второй цикл, точность 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, развивающая 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 представлением 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 характеристики, характеризующие тот или иной ток. Они называются регулируемые токи .
Период, амплитуда и частота — параметры тока
Переменный ток выполняемых действий — периодом и амплитудо й, зная, что мы можем судить, какой это переменный ток, и построить график тока.
Промежуток времени, на протяжении которого совершается полный цикл изменений 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 показывает двойные значения.
Максимальное значение переменного тока (ЭДС или напряжения) называется его амплитудой или амплитудным значением тока.
Im, Em и Um — общепринятые обозначения амплитуды 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), соответствующему 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 графики. Для этой точки на горизонтальной оси из интересующего нас момента 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 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 величина, так и направления тока.При этом значение момента времени в одной точке цепи будет точно таким же в любой другой точке этой цепи.
Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, называется переменным током 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
Измеряетсяей, называемой герцем.
Если мы имеем переменный ток , частота изменения которого период равна 1 герцу, то 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 переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это необходимо, их графики.
При определении сопротивления различных цепей переменному току использовать еще одну вспомогательную характеристику переменный ток, так называемую угловую или круговую частоту .
Круговая частота обозначается связью с агентством 2пиf
Поясним эту зависимость. При построении схемы схемы ЭДС были выполнены, что за время одного полного оборота 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, который поворачивается рамкой в 1 секунду, и выражает собой рамки вращения рамки, которые принимаются называть угловой или круговой скоростью.
Но так как период Т связан с возникновением f = 1 / T, то есть и круговая скорость может выражена через частоту и будет равна 360 ° f.
Итак, мы пришли к выводу, что 360 ° f. Однако для удобства использования круговой оборот при всевозможных расчетах угол 360 °, соответствующий одному обороту, заменяют его радиальным выражением, 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 различных, согласно одному из них используется в слаботочной аппаратуре, а другой имеет возможность преодолевать расстояния с небольшими потерями. Но многое зависит от величин токов.
Ток переменный и постоянный: разница и особенности
Отличие переменного тока от постоянного, можно понять из определенных.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 изменить направление движения и вызвать в определенном время. К параметрам переменного тока относят его напряжение и частоту.
В настоящее время, общественные электрические сети и различные объекты, используют переменный ток, с определенным напряжением и настройкой.Данные параметры оборудования и устройства.
Обратите внимание! В бытовых электросетях, используется ток величиной 220 Вольт и тактовой частоты 50 Гц.
Направление движения и частота заряженных частиц в постоянном токе неизменны. Данный ток для питания использует бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры.
В связи с тем, что переменный ток, проще и экономичнее по способу производства и передачи на расстояние, он стал электрификации объектов.Производят переменный ток на различных электростанциях, с помощью которых осуществляется проводников, поступает к потребителю.
Постоянный ток, получить при преобразовании переменного тока или путем химического использования (например, щелочная батарейка). Для преобразования, использовать трансформаторы тока.
Какой уровень напряжения является допустимым для человека: особенности
Для того, чтобы знать, какие электрические токи человека являются допустимыми, составлены соответствующие таблицы, в которых указаны значения 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 следующие значения.
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 напряжения;
- Какое сопротивление тела.
Согласно правилам ПУЭ, самый опасный ток для человека, который изменяется 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 заданное значение превышено, то для того, чтобы освободить от воздействия электрического тока, человеку нужно стронная помощь. Связано это с тем, что ток переменный, намного сильнее возбуждать нервные окончания, 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 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, сопротивление человека. Но при ударе переменным током с высокими частотами сопротивление тела значительно снижается.
Какой размер опасен для человека постоянный ток
Опасным для человека, может быть и постоянный ток. Конечно переменный, в десятки раз опаснее. 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, 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, как сопротивление тела человека выше, чем его значения.
Третий порог (фибрилляционный), при значениях от 100 мА и выше, ток сильно влияет на организм и на внутренние органы. При этом токе при данных значениях, способен вызвать хаотичное сокращение сердечной мышцы и привести к его остановке.
На силу воздействия, и другие факторы. Например сухая кожа человека, обладает сопротивлением от 10 до 100 кОм. Если касание происходит мокрой поверхности кожи, то сопротивление снижается.
Переменный и постоянный ток — электровозы и запчасти: производство, тендеры
Использование двух родов тока в системе тягового электроснабжения железных дорог сложилось исторически. Все дело в том, что на заре электрификации ЭПС использовались тяговые электродвигатели (ТЭД) исключительно постоянного тока.Это связано с их конструктивными особенностями, использовать достаточно простыми средствами регулирования скорости и вращающего момента в широких пределах, использовать с перегрузкой и т.д. Говоря техническим языком, электромеханические характеристики постоянного тока идеально подходят для целей тяги. Двигатели же переменного тока (асинхронные, синхронные) имеют такие характеристики, что без специальных средств регулирования их применение для электротяги становится невозможным. Таких средств регулирования на начальном этапе электрификации еще небыло и поэтому, естественно, в системах тягового электроснабжения применяется постоянный ток при напряжении сначала 1500, а 3000 В, или как принято говорить у электриков, 1,5 или 3 кВ.Строительные тяговые подстанции, назначение которых является понижение переменного напряжения питающей сети до необходимого значения, и его выпрямление, т.е. преобразование в постоянное. Но шли, объемы перевозок на железной дороге увеличились, соответственно расла дорога годы тяговых сетей. Мощность произведению тока на напряжение. Расли нагрузки, расли и потери в тяговой сети. Ведь потери пропорциональны квадрату тока, или. А это приводило к усилению тяговой сети, т.е. строились дополнительные тяговые подстанции, увеличилось сечение проводов.Но все это радикально не решало проблемы. Выход один был — это увеличить напряжение, но при той же мощности наргузки это можно сделать только повышая напряжение. А тут возникла серьезная проблема: для двигателей постоянного тока напряжение 3 кВ оказалось практически предельным. Это связано с его конструкцией, наличием коллектора и щеток, вращающейся обмотки якоря. При повышении напряжения, надежности работы этих узлов значительно снизилась. Двигатели же переменного тока для тяги в то время были совершенно непригодны.Таким образом, возникло противоречие — для системы электроснабжения напряжение 3 кВ оказалось мало, а для ТЭД повышать его было невозможно. Но выход был найден с помощью перехода на переменный ток! В системе переменного тока на ЭПС стали устанавливать трансформаторы, которые позволяют, как известно, просто установить напряжение, являются простыми и надежными. После трансформатора устанавливается выпрямитель, а дальше — ТЭД постоянного тока. При этом напряжение на ТЭД можно значительно понизить, тем повысив их надежность, а напряжение тяговой сети повысить, уменьшив потери в ней.Так было и сделано. Напряжение тяговой сети переменного тока повысили до 25 кВ, на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ. При этом увеличилось расстояние между тяговыми подстанциями, уменьшилось сечение проводов тяговой сети, а следовательно, и стоимость системы электроснабжения. На начальном этапе внедрения переменного тока снова возникли проблемы. Дело в том, что выпрямительная техника того времени была руководна. Для выпрямления переменного тока использовались ртутные выпрямители. А это достаточно сложные, дорогие и капризные агрегаты даже при работе в стационарных условиях, не говоря уже об их установке на ЭПС.Это еще несколько задержало внедрение переменного тока. С появлением полупроводниковых выпрямителей эта проблема тоже решилась. Пока шло становление системы переменного тока, система постоянного тока бурно внедрялась в сети железных дорог. Когда все проблемы по переменному току удалось решить, значительная часть дорог оказалась уже электрифицирована на постоянном токе. Таким образом, система электрификации основного тока является совершенной и в настоящее время принята. По нормам проектирования постоянные токи для завершения выполнения задач, ранее электрифицированных на этом токе и для электрификации участков, примыкающих к таким направлениям.Кроме того, в настоящее время система тягового электроснабжения переменного тока 2х25 кВ. При этом напряжение питающей сети увеличено до 50 кВ, а напряжение в контактной сети сохранилось прежним 25 кВ. По этой системе электрифицирована Байкало-Амурская магистраль и ряд участков в центре России. В местах стыкования систем постоянного и переменного тока устраиваются станции стыкования, где происходит смена локомотивов переменного и постоянного тока. Кроме того, существуют электровозы двойного питания, переменный и постоянный ток, но в стране они имеют ограниченное применение.Развитие полупроводниковой и микропроцессорной техники позволяет снять ограничение на применение на ЭПС двигателей переменного тока. Эти двигатели, особенно асинхронные, являются простыми и надежными. В настоящее время выпущены электровозы и электропоезда с двигателями переменного тока, ведутся дальнейшие исследования в этом направлении. А как переходы с одного на другой ток на граничных участках работают? посредством тепловозов? Нет. Контактная сеть на станции стыкования может переключаться на любой род тока — полностью или по частям.При этом электровоз, например, постоянный ток подходит к станции, ему входит КС постоянный ток, он притаскивает состав на заданный путь (если пассажирский — то к платформе), отцепляется, уходит на свою стоянку, после этого ток в КС переключается на переменный, со своего места вылезает электровоз-переменник и прицепляется к оставленному составу. Ещё существуют двухсистемные электровозы, которым всё равно под родом тока ехать. ВЛ82 и ВЛ82М в Выборге и Минеральных Водах и пассажирский ЭП10 (пока в единственном экземпляре) в Москве-Курской (работает с поездом 061/062 «Буревестник» Москва — Нижний Новгород, но периодически уезжает на очередные испытания).Особенная конструкция в Минеральных Водах — хотя там от линии переменного тока, отходит ветка, электрифицированная постоянным током, на станции нет переключаемых секций КС. Главные пути электрифицированы на переменном токе, а поезда на Кисловодск уходят со своих путей, где только постоянный ток. Сквозные поезда с главного хода в Кисловодск (их немного) ходят только под двухсистемными электровозами; электровозов постоянного тока в МинВодах нет.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПОСТОЯННОГО ТОКА:
Во-первых подвижной состав в полтора раза дешевле. Во-втором удельный расход у ЭР2 на холмистом профиле, типичном для московской области порядка 20-21 Вт, у ЭР9 — где-то в районе 28-30. Что касается второго пункта, то не забывайте, что вам нужно учитывать также стоимость электровозов \, которая у машин переменного тока (30-50 процентов) выше. Отсюда несложно сделать вывод, что чем больше размеры движения по участку, чем больше убытки от использования переменного тока. Необходимые же расчеты можете сделать самостоятельно.Стоимость электрификации 100 км переменным током на однопутной линии при 2 подстанциях и одностороннем питании будет 65-70 млн долл., Постоянным током при расстоянии между подстанциями в 20 км — порядка 80 млн долл. при таких затаратах на капстроительство текучкой можно смело пренебречь, а цена подвижного состава вам — 3,5 млн долл ЭД9, 2,2 млн долл — ЭД4М, 1,4 млн долл — ЭП1. Расчетную цену за электровоз постоянного тока можно взять 1 млн. долл — столько стоит коллекторная машина у Бомбардье.Если использовать асинхронники, то разница в цене достигнет 2 млн долл.за машину. Официальные цифры на 80-е годы показывали, что на участках тока удельный расход на 6-15 процентов выше (не по показаниям счетчиков машин, а именно по ТП). Вкратце — в основном из-за потерь в выпрямительной установке электровоза. Причем потери эти настолько велики — у Вл60 больше трети теряется, что даже система постоянки 1,65 кВ в этом смысле эффективнее переменки 2 * 25 Кв. ответ: Вы бы ещё электромашинные преобразователи вспомнили.ВЛ60, фактически в середине 50-х, имеет совершенно доисторические ртутные выпрямители с водяным охлаждением. Впрочем, на тяговых подстанциях постоянного тока стояли аналогичные выпрямители. ОБЩЕИЗВЕСТНО, и занесено в учебники со схемами и графиком потребления электроэнергии, что расход электроэнергии на постоянном токе ВСЕГДА меньше при равных условиях.Что и послужило причиной его сохранения как единственной системы на обычных линиях, например в НИдерлан, несмотря на напряжение 1,65 кВ.Что касается цифр, то даже группа безумных сторонников перемены во ВНИИЖТе, травившая ртутью машинистов, в конечном итоге вынуждена признать как минимум шестипроцентный перерасход электроэнергии на единицу работы при переменном токе. И то — это при сравнении самого эффективного переменника с ВЛ8 при неучете возврата электроэнергии в сеть на постоянке. Реальные же цифры в зависимости от условий -10-15 процентов. Что и недавний недавний перевод участка Лоухи -Мурманиск на переменку.Несмотря на громогласные утверждения тех же придурков, что в свое время поработали внедрение ртути, вот мол сейчас все увидят, как эффективен переменный ток. И что получилось? Несмотря на более полное использование локомотива при перемене, должно было быть увеличено увеличение удельного расхода электроэнергии, все произошло с точностью до наоборот — расход увеличился, эксплуатационные расходы выросли — в общем история не учитывает этих самых … у ВЛ80 потери также достаточно велики.В том же учебнике вы прчитаете — расход энергии у электровозов выше выше, но у них выше скорость, что дает несравнимое преимущество. . Сами знаете, какие на РЖД участковые скорости у грузовых . Значит смысла в электрификации переменным током немного? — мысл в увеличении скорости и не только — мощность 4 осного переменника такая же как у 6-осного постоянника. По системам тока — полигон постоянки и переменки на обычных линиях в ЗапЕвропе примерно одинаков.Ресурс электровозов при постоянном токе в силе потребления там почти нет, электрический ток невелики и делается это быстро. Ну взяли бы голландцы, итальянцы, бельгийцы и перешли бы на переменный ток. Ан нет, Итальянские дороги заказали огромную партию НОВЫХ постоянников -почти 300 штук, что им мешало перейти на переменку, а заодно бы и локомотивный парк сменился бы. Нет, они упорно эксперементируют с постоянным током повышенного напряжения.в России не собираются переводить все участки на переменный ток.
Что перевели на переменный ток?
Участок Зима — Слюдянка. Но ведь он уникален, там самый сложный профиль, чем где бы то ни было. Из-за уклона до 19 тыс. Расстояние между подстанциями в среднем на участке Иркутск — Слюдянка составляет 11 км, а кое-где 7 (!!!) км. При этой площади сечения проводов достиг 600 кв. мм. Контактная сеть усливалась третьими и даже четвртыми проводами, а количество тяговых подстанций увеличилось по сравнению с первым годом после электрификации в 2 раза.Подыскать в мире похожие примеры достаточно сложно и уж Италия и Бельгия здесь явно не пример. Увеличивать и дальше количество тяговых подстанций и сечение проводов стало невозможным. И это как раз наглядный пример сферы применения именно тяги переменного (повышенной мощности) тока. Так что информация о снижении расходов после перевода вполне правдоподобна. Причины перевода на переменный ток целого направления Мурманск — Кемь мне не известны. Указывается, что на момент перевода системы электроснабжения составило 70%, необходима была замена всего трансформатора — выпрямительного оборудования на тяговых подстанциях, замена опор, контактной сети и изоляторов.Решили, что лучше всё менять одновременно с вводом переменного тока. Профиль на этом участке мягче, чем на ВСЖД, поэтому, возможно, здесь и увеличился расход энергии. После Мурманск — Кемь хотели перевести на переменный ток и участок Данилов — Ярославль-Гл. — Александров, Ярославль — Кострома, но в последний момент от этой идеи отказались. Здесь проведена реконструкция системы электроснабжения с сохранением системы постоянного тока. Планами предусматривает замена системы тока лишь на двух участках: Мин.Воды — Кисловодск — здесь понятно почему: парк электровозов двойного питания изношен, заменить их нечем, а также с целью защиты короткого тягового плеча; Гор. Ключ — Кривенковская и Белоречеснкая — Адлер: тяжёлый профиль (хотя и почти нет грузового движения) и желание увеличить тяговые плечи. Постоянный ток преимущества перед переменным не имеет. По этой причине при новом строительстве линий (и при электрификации линий на автономной тяге) дают предпочтение переменномку току.
Преимущества использования электротяги:
Уменьшение силы тока в КС за счет применения высокого напряжения 25кВ.Следствие — более длительные интервалы между тяговыми подстанциями и меньшими количествами подстанций. Любое необходимое напряжение на электровозе и электропоезде можно получить за счет трансформатора, который имеет кпд, близкий к 100% и очень высокая надежность. (прином токе для этих целей используются электромашинные преобразователи (мотор-генераторы) или электронные статические преобразователи, которые дОроги и ненадежны. На переменном токе на электровоз можно большую мощность, чем на постоянном.Отсюда и ограничение 200км / ч для скоростных поездов на постоянном токе. КС переменного тока можно использовать, как резервное питание для устройств СЦБ. На постоянном токе кроме основной ВСЛСЦБ на опоры КС еще вешают ВЛПЭ. На переменном токе проще погасить электрическую дугу, которая возникает при проходе цепи секционных изоляторов, при переключении мачтовых разъединителей, поскольку дуга может сама погаснуть при переходе фазы через нулевое значение, причем вне зависимости от наличия в реактивных сопротивлений.(На постоянном токе наличие реактивных сопротивлений только усугубляет ситуацию с дугогашением). Проще конструкции тяговых подстанций. Нетрудно догадаться, что один мощный выпрямитель намного ненадежнее, чем выпрямитель на порядок меньшей мощности на каждом электровозе / мотор-вагоне. Есть еще ряд мелких преимуществ …
Какой ток переменный. Переменный ток и постоянный ток: отличие
В чём разница и постоянный ток
Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, наиболее) в некотором направлении.А его охарактеризовать число заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.
Если величина заряженных частиц в 1 секунду 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. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.
Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлении и не меняет его со временем.Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и результат 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 промежутке времени (1).
Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1 / Т, где период для 50 Гц равенство 0,02 сек. F = 1 / 0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный токскими буквами AC и знаком «английский ~». 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 частотном токе в линии электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение 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 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 тока использовать двойное преобразование.
Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв.С этих подстанций электроэнергия расходуется 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 габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.
Имеется возможность изменения направления вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 — это напряжение 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 счет 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?
Содержание:
Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет, что такое синусоида переменного тока, согласованного по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его.Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, т.к. не у каждого имеется электротехническое образование. При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока.
С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему.
Известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, благодаря электросети, благодаря которой они работают бытовые электроприборы и освещение. Но мало кто задумывался, почему одно напряжение позволяет получить другое и для чего это нужно.
Имеет смысл ответить на все возникшие вопросы.
Что такое электрический ток?
Электрическим током называют постоянную или переменную электронику, которая возникает на основе направленного или упорядоченного движения, выполняемого заряженными частями — в металлах этоы, в электрол — ионы, а в газе — и те, и другие.Иными словами, говорят, что электрический ток «течет» по проводам.
. Ошибочно полагают, что каждый заряженный электрон двигается по проводнику от источника потребителя. Это не так. Он лишь передает заряд на соседние электроны, сам оставаясь на месте. Т.е. его движение хаотично, но микроскопично. Ну а уже сам заряд, двигаясь по проводнику, наступает потребителя.
Электрический ток имеет такие параметры, как: напряжение, т.е. его величина, измеряющаяся в вольтах (В) и сила тока, которая измеряется в амперах (А).Что очень важно, при трансформации, т.е. уменьшении или увеличении при помощи специальных устройств, одна величина воздействует на другую обратно пропорционально. Это значит, что уменьшив напряжение обычным трансформатором, добиваются увеличения силы тока и наоборот.
Ток постоянный и переменный
Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно. Его характеристики передачи на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшем его силе.Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными. А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.
А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего использовать разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.
Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.
Различия токов
Конечно же, главным различием и постоянным током возможность переправки постоянного тока на большое расстояние. При этом, если таким же путем переправить постоянный ток, его просто не останется. По причине разности потенциалов он израсходуется. Так же стоит отметить то, что преобразовать в переменный очень сложно, в то время как в обратном порядке подобное действие вполне легко выполнимо.
Намного экономичнее преобразование электричества в механической части при помощи двигателей, работающих от АС, хотя и имеются области, в которых возможно применение механизмов только прямого тока.
Ну и последнее по очереди, но не по смыслу — все-таки переменный ток безопаснее для людей. Именно по этой причине все приборы, используемые в быту и работающие от ДЦ, являются слаботочными. А вот совсем отказаться от применения более опасного в пользу другого никак не получится именно по указанным выше причинам.
Все изложенное приводит к обобщенному ответу на вопрос, чем отличается переменный ток от постоянного — это характеристики, которые влияют на выбор того или иного источника питания в определенной сфере.
Передача тока на большие расстояния
У некоторых людей возникает вопрос, на который выше дан поверхностный ответ: почему по линиям электропередач (ЛЭП) приходит очень высокое напряжение? Если не знать всех тонкостей электротехники, то можно согласиться с этим вопросом.Действительно, если бы по ЛЭПило напряжение в 380 В, то не пришлось бы установить дорогостоящие трансформаторные подстанции. Да и на их обслуживание тратиться не пришлось бы, разве не так? Оказывается, что нет.
Дело в том, что сечение проводника, по которому протекает электричество, зависит только от силы тока и от его потребляемой мощности и от его стороны от этого остается напряжение. А это значит, что при силе тока в 2 А и напряжении в 25 000 В можно использовать тот же провод, как и для 220 В с теми же 2 А.Так что же из этого следует?
необходимо вернуться к закону обратной пропорциональности — при трансформации тока, т.е. увеличения напряжения, уменьшения силы тока и наоборот. Таким образом, высоковольтный ток отправляется к трансформаторной подстанции по более тонким проводам, что обеспечивает и меньшие потери при передаче.
Особенности передачи
Как раз в потерях и состоит ответ на вопрос, почему невозможно передать постоянный ток на большие расстояния.Если рассмотреть DC под этим углом, то именно по этой причине через небольшой отрезок расстояния электроэнергии в проводнике не останется. Но главное здесь не энергопотери, а их непосредственная причина, которая заключается, опять же, в одной из характеристик переменного и постоянного тока.
Дело в том, что частота переменного тока в электрических сетях общего пользования в России — 50 Гц (герц). Это означает амплитуду колебания заряда между положительным и отрицательным, равную 50 изменений в секунду. Говоря простой язык, каждая 1/50 с.заряд меняет свою полярность, в этом и заключается положение постоянного тока. Именно по этой причине DC расходуется сам по себе, протекая через длинный проводник. Кстати, частота колебаний, к примеру, в США отличается от российской и составляет 60 Гц.
Генерирование
Очень интересен вопрос и о том, как же генерируется постоянный и переменный ток. Конечно, вырабатывать можно как один, так и другой, но здесь встает проблема размеров и затрат.Дело в том, что если для примера взять обычный автомобиль, ведь куда проще было бы поставить на него генератор постоянного тока, исключить из схемы диодный мост. Но тут появляется загвоздка.
Если убрать из автомобильного генератора выпрямитель, вроде бы должен уменьшиться и объем, но этого не произойдет. А причина тому — габариты генератора постоянного тока. К тому же и стоимость переменные генераторы.
Вот и получается, что генерировать DC намного менее выгодно, чем АС, и то есть конкретное доказательство.
Два великих изобретателя в свое время начали так называемую «войну токов», которая закончилась только в 2007 году. А противники в ней были, источники электрического напряжения переменного тока. Так вот, в 2007 году Нью-Йорк полностью перешел на сторону Теслы, ознаменовав тем самым его победу. На этом стоит немного подробнее остановиться.
История
Компания Томаса Эдисона, которая называлась «Эдисон Электрик Лайт», была основана в конце 70-х годов XIX века.Тогда, во времена свечей, керосиновых ламп и газового освещения лампы накаливания, выпускаемые Эдисоном, могли работать непрерывно 12 часов. И хотя сейчас этого может показаться до смешного мало — это был настоящий прорыв. Но уже в 1880-е годы компания смогла не только запатентовать и производить постоянный ток по трехпроводной системе (это были «ноль», «+110 В» и «-110 В»), но и представить лампу накаливания с ресурсом в 1200 часов .
Именно тогда и родилась фраза Томаса Эдисона, которая стала известна всему миру, — «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи».
Ну а уже к 1887-му устройству успешно работает больше 100 электростанций, которые вырабатывают постоянный ток и где используются для передачи именно трехпроводная система, которая используется в целях хотя бы небольшого снижения потерь электроэнергии.
А вот ученый в области физики и математики Джордж Вестингауз после ознакомления с патентом Эдисона нашел одну очень неприятную деталь — это была огромная потеря энергии при передаче. В то время уже существовали генераторы переменного тока, которые не пользовались популярностью по причине оборудования, которое было бы на подобной энергии работало.В то время талантливый инженер Никола Тесла еще работал у Эдисона в компании, но однажды, когда ему было в очередной раз отказано в повышении зарплаты, он не выдерживал и ушел к конкуренту, которым являлся Вестингауз. На новом месте Никола (в 1988 году) первый прибор учета электроэнергии.
Именно с этого момента и начинается та самая «война токов».
Выводы
Попробуем обобщить изложенную информацию. На сегодняшний день невозможно представить пользование (как в быту, так и на производстве) каким-то одним из видов электричества — практически везде присутствует и постоянный, и переменный ток.Ведь где-то необходим постоянный, но его передача на дальние расстояния невозможна, а где-то переменный.
Конечно, доказано, что они могут работать только с приборами, помогающими экономить электроэнергию во много раз, в то время как они могут работать только на постоянном токе?
Именно по этим причинам сейчас токи «мирно сосуществуют» в нашей жизни, которая продлилась более 100 лет. Единственное, что не стоит забывать.
И именно поэтому необходимо тщательно соблюдать все нормы и правила безопасности и не забывать про внимательность и аккуратность. Ведь, как говорил Никола Тесла, электричества не стоит бояться, его стоит уважать.
Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется широко электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях.От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются блоки питания и трансформаторы.
Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов, работающих потребителями постоянного тока, так как батарея — это источник постоянного тока, может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.
Разница переменного тока от постоянного
Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени.Важнейшими настройками тока его частота и напряжение. В современных электрических сетях используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота переменного тока — это число изменения направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц меняет направление 50 раз в секунду. Таким образом, изменение тока от постоянного в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.
Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки. К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях, поскольку величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями. Другими словами, его намного проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.
Передача переменного тока потребителям
Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ.Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, установленным в непосредственном контакте от электрических потребителей квартир, предприятий и других объектов.
Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях питание идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.
Преобразование переменного тока в постоянный
Мы уже разобрались с тем, что в розетках электрических систем находится переменный ток, однако многие современные пользователи электричества нуждаются в постоянном. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:
- Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
- Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора снижает пульсацию и может довести их до минимальных значений.
- Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.
Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Этот процесс значительно сложнее и осуществляется за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.
Июл 22 2017 г.
Изначально люди вообще не знали, что такое ток. Был просто статический заряд, но никто не понимал и не осознавал самой природы электричества.
Понадобились долгие века, пока Кулон разработал свою теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка может запасать энергию.
К тому времени, как Ван де Грааф создал свой первый генератор, каждый уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного. А теперь пришла пора и наших читателей обрести для личного пользования эти сведения.
Когда Господь убедился, что бесполезно пугать стадо баранов молниями и громом, он решил продвигать историю несколькими путём.
В результате человеческое общество пыталось сделать людей путём:
- Занятий физико-культурой.
- Развитием искусства.
- Логикой, положившей начало всем наукам.
Так постепенно, шаг за шагом, из зверей получилось нечто более разумное. Сегодня, например, многих шокирует, что в США полицейский может грубо обойтись с негритянкой при аресте, а каких-нибудь 100-200 лет назад африканцев вешали штабелями и считали это примером для подражания.
Нужно сказать, что нравственное развитие общества началось именно в последние десятилетия, когда общество открыто признало фашистов преступниками и начало проповедовать и внедрять так называемые права человека. Наука же развивалась намного раньше.
Издревле, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел.
Почему так происходит? Следует сказать, что свойства пьезоэлектричества были впервые на примере турмалина.
В начала 19-го века было показано, что кристалл, нагрет, приобретает электрический заряд.
За счёт того, что произошла деформация, образовались два полюса:
- Южный (аналогический).
- Северный (антилогический).
Причём, если температура после запроса остаётся постоянной, то электричество исчезает. Появление затем полюсов наблюдается уже при охлаждении.
Иначе говоря, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество.
Дальнейшие исследования показали, что размер может быть зависит от:
- Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
- Разницы температур.
Прочие же факторы влияния на заряд заряда не оказывают.
Благодаря чему это происходит? Это явление получило название пироэлектричества. Являясь диэлектриком, турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (установленные участки поверхности) из-за изолирующих свойств.
Таким образом, пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл будет копить заряд по мере изменения температуры.Линию, объединяющую полюса назвали пироэлектрической осью.
Пьезоэлектричество было открыто известной парой Кюри на основе того же турмалина в 1880 году.
Было понятно, что при изменении размеров кристалла будут вырабатываться заряды, осталось только придумать методику для проведения опыта.
Кюри использовал для этого статического давления обычной массы.
Понятно, что весь эксперимент проводится на изолирующей поверхности.
Так например, масса в 1 кг появление в кристалле турмалина электрического заряда порядка сотых статических двигателей.
Как появляется электрический ток
Любопытно, что стройная теория по данному вопросу ещё не создана. Для нас же важно то, что в природе существуют заряды, и разными методами можно их получать.
Во время грозы это получается за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и некоторых других явлений.
Земля заряжена отрицательно, и вверх течёт через атмосферу.
То есть током называется движение носителей заряда в силу каких-либо причин.И одной из них является разница потенциалов — перепад на уровне носителей между двумя точками пространства.
Можно сравнить это с напором воды. И как только преграда устраняется, поток хлынет в том направлении, где меньше давление.
Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина
Допустим, появились на его концах заряды, что делать дальше? Нужно вызвать движение, например, медной жилкой провода.
Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей будет продолжаться до тех пор, пока потенциал не уравняется.
При этом кристалл разряжается. Но постоянный у нас в этом случае ток или переменный? В данном случае нельзя ничего подобного сказать о ходе процесса.
Переменный и постоянный ток используются в силу относительной простоты использования математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.
Что представляют собой означенные выше понятия?
1. Под постоянным током понимается такой, когда носители текут в одном направлении.
Это не значит, что их количество через сечение среды одинаково. Нет. В более широком смысле постоянным (выпрямленным) током называется именно движение носителей заряда в одном направлении.
Но исходное понятие именно в физике требует более строгих условий
Токио должен быть образован именно постоянным направлением носителей, движущихся в одном направлении.
Причём носовые положительные (что противоречит практике, где в качестве таковых электроны по большей части).
2. Переменным током называется не просто тот, где носители двигаются то в одном, то в другом направлении, а делают это в такт.
То есть половину периода волна бежит влево, а вторую вправо.
Это образно говоря. Плотность носителей меняется по закону синусоиды.
Собственно, это и есть график, отображающий процесс. В точках перехода через нуль ток вовсе отсутствует.
И происходит это в нашей сети 100 раз в секунду. Следовательно, половина периода выпадает на движение носителей в положительном направлении, а вторая — в отрицательном.
Всего полных циклов в секунду образует 50, что и соответствует сетевой частоте 50 Гц.
Как обстоит дело на самом деле с электрическим током
На практике форма тока (плотность зарядов от времени) не является синусоидальной. По разным причинам искаженная графика отсутствует.
Это, например, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведенных помех различной природы.
Таким образом, форма переменного и постоянного тока искажается.Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре.
Украине для борьбы с подобной напастью требовались какие-то методы, то математики придли так называемый спектральный анализ.
Многие слышали о чем-то подобном на фондовом рынке, но в данном случае речь скорее о другом: учёные ищут математическую модель, которая относительно легко поддавалась расчёту и предсказанию результатов.
Такой способ ему действительно был найден, и имя — спектральный анализ.В этом случае колебание формы можно представить в виде суммы с удельным весом простейших синусоид разной частоты.
Получается, что по цепи двигается одновременно много-много составляющих. И в целом они дают ток.
Причём не обязательно все составляющие двигаются туда же, куда и основная масса.
Можно это представить, как группу муравьёв, каждый из которых тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет перемещаться лишь в одну.
Мы полагаем, нашим читателям это только забьёт голову.
Поэтому упомянем, что помимо параметра (амплитуды) каждая составляющая обладает и фазой (направлением), а именуется гармоникой.
Так вот, каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (прежде всего 50 Гц) проходили внутрь прибора, все прочее уходило на землю.
Это и есть тот признак для решения проблемы, которую мы обсуждали в начале. Любое колебание можно представить в виде набора полезных и вредных сигналов, исходя из этого, аппаратов конструировать надлежащим образом.
Например, на этом принципе работают все приёмники: они избирательно пропускают только ток нужной частоты. За счёт этого удаётся отрезать помехи, волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.
Мы могли бы долго говорить на эту тему, но пришла пора использовать примеры того, где виды токов.
Примеры использования переменного и постоянного тока
Но, в общем и целом, происходит это достаточно плавно. А ток течёт в одном направлении и имеет примерно постоянную плотность.
Аналогично работают:
- Аккумулятор сотового телефона.
- Батарейка любого типа.
- Аккумулятор питания ноутбуков.
Но это все ёмкости, а как же генераторы?
В природе источника постоянного тока за исключением матушки-Земли не имеется.
Человеку гораздо удобнее создать роторы, которые вращаются с некоторой скоростью, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока.
Затем промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.
Как бы то ни было, постоянного тока можно считать адаптеры. Это устройства, которые выполняют преобразование переменного тока в постоянный.
Допустим, у сотовых телефонов это обычно порядок +5 В, тогда как для мобильных раций существует большой разброс.
В общем и целом нужно понимать, что устройство постоянного тока может функционировать только от того номинала, для которого сконструировано.
В противном случае нарушится полный выход из строя.
Это касается и переменного, и постоянного тока.
Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется.
Из соображений экономии все двигатели работают от трёх фаз. Каждый из них является переменным током частотой 50 Гц.
Мы говорили выше, что у каждой гармоники имеется фаза.В нашем случае она равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что все три фазы равно отстоят друг от друга.
Что такое постоянный и переменный ток
Движение электронов в проводникеЧтобы понимать что такое ток и откуда он берётся, нужно иметь немного знаний о строении элементов и законах их поведения. Атомы состоят из нейтронов (с нейтральным зарядом), протонов (положительный заряд) и электронов (отрицательный заряд).
Электрический ток в результате направленного перемещения протонов и электронов, а также возникает другая проблема.Как можно направить движение этих частиц? Во время любой химической операции электроны «отрываются» и переходят от одного атома к другому.
Те атомы, от которых «оторвался» электрон становится положительно заряженным (анионы), те к которым присоединился — отрицательно заряженными и называются катионами. В результате этих «перебеганий» электронов возникает электрический ток.
Естественно, этот процесс не может продолжаться вечно, электрический ток исчезнет, когда все атомы системы стабилизируются и будут иметь нейтральный заряд (отличный бытовой пример — обычная батарея, которая «садится» в результате начала химической реакции).
История изучения
Древние греки первыми заметили интересное явление: если потереть камень янтаря об шерстяную ткань, то он начинает притягивать мелкие предметы. Следующие шаги начали делать ученые и изобретатели эпохи ренессанса, которые построили несколько интересных устройств, демонстрировавших это явление.
Новым этапом изучения электричества стали работы американца Бенджамина Франклина, в частности его опыты с Лейденовской банкой — первым в мире электроконденсатором.
Именно Франклин ввёл понятия положительных и отрицательных зарядов, а также он придумал громоотвод. И наконец, изучение электротока стало точной наукой после описания закона Кулона.
Основные закономерности и силы в электрическом токе
Закон Ома — его формула окружь силы, напряжения и сопротивления. Открыт в 19м веке немецким ученым Георгом Симоном Омом. Единица измерения электросопротивления названа в его честь. Его открытия были очень полезны непосредственно для практического использования.
Закон Джоуля — Ленца говорит, что на любом участке электрической цепи совершается работа. В результате этой работы нагревается проводник. Такой эффект часто используется на практике в инженерной и технике (отличный пример — лампа накаливания).
Движение зарядов при этом совершается работа Эта закономерность получила такое название, что сразу 2 ученых одинаково и независимо, вывели с помощью опытов
её электромагнитной индукции.
В начале 19го века британский ученый Фарадей догадался, что изменяя количество линий индукции, которые пронизывают поверхность, ограниченную замкнутым контуром, можно сделать индукционный ток.Посторонние силы, действующие на свободные частицы, называют электродвижущей силой (ЭДС индукции).
Разновидности, характеристики и единицы измерения
Электрический ток может быть или переменным , или постоянным .
Постоянный электроток — это ток, который не меняет свое направление и знак во, однако он может менять свое время. Постоянный электроток в источнике чаще всего использует гальванические элементы.
Переменным называется тот, который меняет направление и знак по закону косинуса.Его характеристика является частотой. Единицы измерения в системе СИ — Герцы (Гц).
В последние десятилетия очень большое распространение получил трехфазный ток. Это вид переменного тока, который включает в себя 3 цепи. В этих цепях переменные ЭДС одинаковой частоты, но внутри фазе одна относительно другой на третьем периоде. Фазой называют каждую отдельную электроцепь.
Почти все современные генераторы производят трёхфазный электроток.
- Сила и количество тока
Сила тока зависит от величины заряда, протекающего в электроцепи за единицу времени.Сила тока это отношение электрозаряда, проходящего сквозь сечение проводника, ко времени его прохождения.
В системе СИ единица измерения силы заряда — кулон (Кл), времени — секунда (с). В итоге получаем Кл / с, единицу называют Ампер (A). Измеряется сила электротока с помощью прибора — амперметра.
Напряжение — это соотношение работы к величине заряда. Работа измеряется в джоулях (Дж), заряд в кулонах. Данная единица называется Вольт (В).
- Электрическое сопротивление
Показания амперметра на различных проводниках дают разные значения.А для того чтобы замерять мощность электроцепи пришлось бы использовать 3 прибора. Явление каждого объясняется тем, что у проводника различная проводимость. Единица измерения называется Ом и обозначается латинской буквой R. Сопротивление также зависит и от длины проводника.
- Электрическая емкость
Два проводника, которые изолированы один от второго, могут накапливать электрические заряды. Это явление характеризуется физ. величиной, которую называют электрической емкостью.Её единиц измерения — фарад (Ф).
- Мощность и работа электрического тока
Работа электротока на конкретном участке цепи равняется перемножению напряжения на силу и время. Напряжение меряют вольтами, силу амперами, время секундами. Единицей измерения работы приняли джоуль (Дж).
Мощность электротока — это отношение работы ко времени её совершения. Мощность обозначают буквой P и измеряют ваттами (Вт). Формула мощности очень простая: Сила тока умноженная на напряжение тока.
Существует также единица именуемая ватт-час. Её не следует путать с ваттами, это 2 разные физические величины. В ваттах измеряют мощность (скорость потребления или передачи энергии), а в ватт-часах энергия произведённая за конкретное время. Это часто применяется в отношении бытовых электроприборов.
Например, лампа мощность которой равняется 100 Вт, которая потребляет 100 Вт * ч, а лампочка, которая потребляет столько же электроэнергии за 2, составляет 40 Вт * ч.5 часов.
Для того, чтобы замерять мощность электроцепи использовать ваттметр
Какой вид тока эффективнее и какая между ними разница?
Постоянный электроток легко использовать в случае параллельного подключения генераторов, для необходимой синхронизации генератора и энергосистемы.
В истории произошло событие под названием «Война токов». Эта «война» произошла между двумя гени изобретателями — Томасом Эдисоном и Николой Теслой.Первый поддерживал и активно продвигал постоянный электроток, а второй переменный. «Война» закончилась победой Теслы в 2007 году, когда Нью-Йорк окончательно перешел на переменный.
Разница в эффективности передачи энергии на расстоянии оказалось огромной в использовании переменного тока. Постоянный электроток невозможно использовать, если станция находится далеко от потребителя.
. Он широко используется в электротехнике, гальванизации, некоторых случаях.Также постоянный электроток получил очень большое распространение в сфере городского транспорта (троллейбусы, трамваи, метро).
Естественно, не бывает плохих или хороших токов, у каждого вида есть свои преимущества и недостатки, самое главное — правильно их использовать.
Какой ток опаснее, постоянный или переменный? »Сайт для электриков
Электроэнергия из воды
К большому сожалению, этот вид природной энергии, дающий возможность получать электричество, не везде имеется.Рассмотрим способ получения электричества там, где воды много.
Простейшая ГЭС, сделанная из дерева по принципу мельницы, размер порядка 1,5 метров, способ использования электричеством, используемым и на отопление, частное подсобное хозяйство. Такую бесплотинную ГЭС сделал русский изобретатель, уроженец Алтая — Николай Ленев. Он создал ГЭС, перенести которые два взрослых мужчины. Все дальнейшие действия аналогичны получению электричества от ветряка.
Вырабатывают электричество и крупные электростанции и гидростанции.Для промышленного производства электричества применяют огромные котлы, дающие пар. Температура пара достигает 800 градусов, а давление в трубопроводе поднимается до 200 атмосфер. Этот перегретый пар с высокой температурой и огромным давлением поступает на турбину, которая начинает вращаться и вырабатывать ток.
То же самое происходит и на гидроэлектростанциях. Только здесь вращение происходит за счёт больших скорости и объема воды, падающей с огромной высоты.
Судорожные реакции
Ученые Гудэрски и Тересяк предпринимали попытку объяснить разницу в действии на переменного и постоянного тока.Они пришли к выводу, что последний не вызывает судорожные функции, которые обязательно имеют место при поражении человека переменным током. Также не существует предельных значений постоянного токапускающего тока и нет биофизических обоснований для проведения защитных мероприятий для человека от этого постоянного током. Впрочем, даже так называемый неотпускающий ток способный вызвать парез мышц рук.
Казалось бы, что теперь предельно ясно, какой ток опаснее. Переменный и постоянный оказывает разное вредное воздействие на человека.И хотя постоянный ток может вызвать судорогу, напряжение сети при этом должно быть настолько высоким. Если сила постоянного тока будет очень высокой, то есть другая опасность — отбросавшего от ведущих частей, которые находятся под напряжением. Такая особенность при переменном токе наблюдается исключительно редко. В результате отброшенный может получить даже физическую травму, которая в зависимости от условий падения человека может оказаться смертельной.Это окончательно запутывает людей и не дает возможности точно определить, какой ток опасен — переменный или постоянный.
Также стоит отметить, что при прикосновении к токоведущим частям (к примеру, на выпрямителе), где имеет место пульсирующий ток, может даже привести к судорожным реакциям, так как там есть переменная составляющая.
Постоянный и переменный ток: преимущества и недостатки
Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы получить ответ на данный вопрос, нужно оценить их преимущества по следующим основным направлениям: выработка, передача, 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 производит преимущественную электрическую энергию или генерируемую в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный проще преобразовать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть первую проще в трансформации.
Место производства электрической энергии большой мощности, к сожалению, 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 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 ростом напряжения
Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, точнее ее генератор, выдающую мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.
Для сравнения электрической энергии будем напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности напряжения их определенной величины токов, протекающих в проводах.
I 1 = P / U 1 = 1000 кВт / 10 кВ = 100 А.
I 2 = P / U 2 = 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 определяется квадратом тока, протекающего в них и самого сопротивления провода. Для простоты расчет примем сопротивления проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.
P пот1 = I 1 2 ∙ R = 100 2 ∙ 10 = 100000 Вт = 100 кВт.
P пот2 = I 2 2 ∙ R = 10 2 ∙ 10 = 1000 Вт = 1 кВт.
Теперь, как мы видим, 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 параметром сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а его снижать в конечных пунктах.
Можно было бы и не повышать напряжение, для снижения потерь использовать более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку провода стоят денег.
Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжение. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение проще и дешевле, нежели генератор.
Какой ток опасный
Навскидку кажется, что удар от 10000 вольт будет более смертоноснее, чем 100 вольт. Но это не так! Реальная мера силы удара током заключается в текущей силе тока, которая выражается в амперах, а не напряжение принимаемое вольтах. Даже любое электрическое устройство, используемое в домашнем хозяйстве, при определенных условиях, может передать роковой ток.
Любое количество тока более 10 мА (0,01 ампер) способно произносить болевой тяжелый удар, токи от 100 до 200 мА (от 0,1 до 0,2 ампер) смертельны
Токи выше 200 мА (0,2 ампер) могут вызвать ожоги и потерю сознания, но как правило, не вызывает смерть, если жертве после удара вызывает немедленное внимание.Это внимание заключается в реанимации, состоящей из искусственного дыхания
С практической точки зрения нельзя сказать, что электрический ток всегда идет через жизненно важные органы тела. Искусственное дыхание следует применять немедленно, если дыхание остановилось.
Опасность электрического тока для человека
В статьях нашего портала, посвященных электрохозяйству — системам проводки дома или квартиры, осветительным приборам, бытовой технике и электроинструментам всегда отводится должное внимание безопасности.Это касается и монтажных работ, и эксплуатации
Специальная публикация подробно рассказывают о системах защиты — заземлении в частном доме, автоматических выключателях, дифференциальных автоматах и УЗО. Особое внимание уделено правильности домашней или квартирной электрической сети.
Не следует относиться к каким рекомендациям по безопасности, как-то навязчивым нравоучениям. Электричество не прощает ошибок и небрежности. Его основная опасность в том, что угроза здоровью и жизни человека вообще может себя никак не проявлять.
Органы предупреждают нас о многих опасностях. Можно увидеть приближающуюся угрозу, услышать ее, почувствовать запах газа или горения, ощутить кожей повышение температуры и т.п. Электричество же не имеет ни цвета, ни запаха, разит молниеносно, часто не давая ни доли секунды на ответную реакцию. Причем, даже те объекты (домашняя бытовая техника, приборы, сантехническое оборудование, инструменты, предметы обстановки т.п.), которые, казалось бы, никогда не представляют никакой угрозы, внезапно стать опасными.
Еще одна важнейшая опасность электричества — при его воздействии поражаются не только участки непосредственного контакта, но и системы и органы, находящиеся на пути прохождения тока через тело человека. Но и это не всё. Воздействие электричеством вызывает рефлекторные реакции, судорожные сокращения мышечных тканей, приводит к глубоким поражениям нервной системы и другим необратимым последствиям.
Для начала рассмотрим, в каких условиях человек может быть поражен электрическим током.
Какой электрический ток опаснее для человека постоянный или переменный. Какой ток опаснее постоянный или переменный
Наша жизнь немыслима без электричества — оно освещает города и квартиры, приводит движение поезда, руководит работой мобильных гаджетов. Но порой электричество представляет прямую угрозу жизни и здоровью человека. Попробуем разобраться, какой ток опаснее, постоянный или переменный, и как он может повлиять на организм.
Постоянный
Для создания потока электронов необходима цепь постоянного электрического тока
Постоянным током называется направленное движение заряженных частиц от отрицательного полюса к положительному, которое не изменяется по величине и направлению.Так как электроны сменяются другими по мере их движения.
Переменный
Переменный ток в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония) и это благодаря тому напряжению и силе тока, которое можно преобразовывать почти без потерь энергии
Переменный ток изменчив, он заставляет электроны проводника двигаться хаотично, не имеет стабильной величины и направления.На графике переменное электрическое поле подобно синусоиде, в которой равные «пики» чередуются равными «провалами». Расстояние между ними определяется значением тока. Общепринятый на постсоветском пространстве стандарт частоты — 50 Гц.
Какой ток опаснее?
Переменный ток протекает в розетках и распределительных коробках, поэтому его опасность более актуальна
До сих пор законы воздействия электричества на человеческий организм мало изучены. На характер и поражение влияет множество факторов, наиболее значимыми из которых являются:
- Напряжение.В диапазоне от нуля до 400 В более опасным считается переменный ток. На отметке в 500 В у обоих видов тока равная поражающая сила, а при напряжении в 600 В и выше постоянный ток превращается в злейшего врага. То есть при высоком вольтаже переменный ток менее опасен, чем постоянный.
- Частота (для переменного тока). Ток до 500 считается считается безопасным, как и ток превышает 1 тыс. Гц. Самые опасные значения — 600–900 Гц.
- Сила тока. Серьёзные травмы организму возможности нанести переменный ток в 20 мА и выше, а также постоянный ток силой не менее 100 мА.При равной силе тока переменный опаснее.
- Зона воздействия. Поражения конечностей не так опасны, как поражение туловища и головы.
Выделяют четыре степени тяжести при поражении электрическим током:
- Первой свойственны исключительно судорожные мышцы мышц.
- На второй добавляется потеря сознания.
- Третья стадия приводит нарушение км в работе сердца и дыхательной системы.
- Четвёртой является клиническая смерть.
Любая стадия может сопровождаться более или менее сильными ожогами.
Будьте внимательны и осторожны, следите за исправностью электроприборов, соблюдайте правила техники безопасности, и тогда поражайте электрическим током вам не грозит.
Какой ток опасен для человек
На самом деле само по себе напряжение опасным не является. Опасен ток, проходящий через организм человека. Он зависит не только от возможности, но и от сопротивления кожных покровов в месте контакта и других факторов:
- сухая обувь, чистые руки и деревянный пол уменьшают опасность поражения;
- приём спиртных напитков перед работой увеличивает сопротивление и увеличивает поражающую силу высокого напряжения.
Интересно! Несмотря на то, что напряжение на электродах ионизатора воздуха достигает 25 кВ, ток при прикосновении настолько мал, что не ощущается человеком.
При одинаковых условиях переменный считается более травмоопасным. Это связано с тем, что опасный ток для человека зависит от вида напряжения — безопасная величина переменного тока, на которую настраивается уставка УЗО, составляет 10 мА, а для постоянного опасного воздействия начинается с 50 мА, которые являются максимальными для работы аппарата электрофореза.
Кроме силы тока, проходящего через степень воздействия зависит от пути его прохождения и продолжительности контактаавшего с токоведущими частями.
И всё же, почему переменный ток опаснее постоянного? Есть несколько факторов, делающих его воздействие более опасным:
- Постоянный ток при протекании через вызывающие спазм мускулатуры. Это менее опасно, чем сокращение и расслабление мышц под воздействием переменного тока. Поэтому для причинения одинакового вреда здоровью величина постоянного тока и, соответственно, напряжения должна быть в несколько раз выше, чем переменная.
- Электротравмы со смертельным исходом чаще всего происходит от фибрилляции желудочков сердца. Это состояние возникает от переменного напряжения и может потребовать реанимационных действий и использования дефибриллятора. При воздействии постоянного тока происходит спазм сердечной мышцы, который может пройти после освобождения человека от напряжения.
- Есть широко распространённое мнение, что при попадании под переменное напряжение легче освободиться самостоятельно.Это с тем, что такое при воздействии происходит периодическое расслабление мускулатуры. Такая версия была бы правильной, если бы частота в розетке была 1-2 Гц, но при частоте 50 сокращений и расслабления происходит 100 раз в секунду и паузы между спазмами настолько короткими, что человек не успевает на отреагировать.
Проведённые эксперименты подтверждают, что взятый в руку электрод с постоянным напряжением получается легче и быстрее.
Как видно из материалов, при одинаковом напряжении травмы при поражении переменным током опаснее, чем постоянным.
Важно! Полностью безопасного напряжения, кроме сверхнизкого, не существует
При работе необходимо соблюдать осторожность и все требования, используйте в ПТБ и ПТЭЭП
Токобезопасность на производстве
Изучение электричества стоило жизни многим ученым — взять хотя бы друга Михайлы Ломоносова Георга Рихмана. Сейчас сказали бы, что причиной его смерти стало отсутствие заземления. Такой защитой, как и другими мерами защиты от поражения током, каким бы он ни был по характеристикам, пренебрегать не стоит
На производстве нужно обращать внимание на такие мероприятия:
- Отключение электропитания при проведении работ с обязательной проверкой напряжения.
- Использование запрещающих знаков, ограждение места работ.
- Организация заземления либо зануления.
- Изоляция опасных частей приборов и установок.
- Применение принудительных выключателей, прерывателей, сигнализации. Они срабатывают напряжение автоматически в случае незапланированного опасного напряжения.
- Монтаж силовых блоков в обычно труднодоступных для людей местах, например, на высоте.
- Индивидуальная и коллективная защита.
Нужно помнить, что токопоражение происходит, как правило, при неисправности механизмов и установок, пробоях изоляции или ее отсутствии, прикосновениях к приборам, которые находятся под напряжением.Риск опасности возрастает в помещениях с высокими температурными показателями воздуха и влажностью, наличием опасных паров, жидкостей, газов, пыли.
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Какой ток опаснее: постоянный или переменный? И почему?
Если вы работаете с электронными и электрическими устройствами, то, вероятно, знакомы с переменным током (AC) и постоянным током (DC) и понимаете между ними. Но, к сожалению, не все знают их влияние на человека и то, какой из них является более опасным.
Конечно, любой ток в большом количестве выше определенного порогового значения опасен для человека. Помимо величины тока степени влияния также зависит во многом от продолжительности его действия, пути прохождения через тело человека, приложенного напряжения, а также полного сопротивления самого тела человека.
Но все же при прочих равных переменный ток опаснее постоянного тока. И на это есть ряд причин.
Во-первых, для того, чтобы оба тока имели тот же эффект на организм человека, сила постоянного тока должна быть в 2-4 раза больше силы переменного тока.То есть для предотвращения тела в той же степени, что и при приложении переменного тока, необходимо приложить больше постоянного тока. Это объясняется тем, что влияние токов на организм является следствием их раздражительного воздействия. Так, переменный ток в силу своей природы и частоты возбуждает нервы и стимулирует мышцы и сердце.
Во-вторых, когда наступает смерть от электрического током, это происходит, как правило, из-за фибрилляции желудочков. Риск такого, как следует из предыдущего абзаца, значительно при действии переменного тока.
Значение сопротивления человеческого тела выше для постоянного тока. Таким образом, сетевой переменный ток с частотой 50 Гц, опаснее постоянного тока, поскольку частота постоянного тока без учета помех равна 0 Гц.
В-четвертых, легче освободиться от контакта с постоянным током, чем с переменным. Это противоречит распространенным мнениям, поскольку чередующиеся циклы тока проходят через нуль, то у человека есть некоторые моменты времени, чтобы отпустить проводник с переменным током, а поскольку постоянный ток течет непрерывно, то у человека нет таких спасительных моментов.Но, к сожалению, частота переменного тока слишком велика для этого даже у сетевого тока 50 Гц. К тому же были проведены доказавшие эксперименты, что это мнение ошибочно. При этом, не вдаваясь во все подробности фактического эксперимента, испытуемым было легче освободить электрод, когда по нему проходил постоянный, а не переменный ток.
Таким образом, по приведенным выше причинам переменный ток является более опасным, чем постоянный ток
Через любые контакты с проводниками.Во время работы с электронными и электрическими приборами соблюдайте технику безопасности и пользуйтесь средствами индивидуальной защиты
Напряжение 220 В «заходит» в любую современную квартиру, а далее расходится по розеткам. Следовательно, у людей в квартирах всегда есть опасность током. Однако ток в розетке всегда является переменным, и его направление потока электронов меняется на 100 раз в секунду, то есть меняются полюса «плюс» и «минус» местами. В большинстве случаев типа ударяет током именно переменного тока.Постоянный ток необходим для работы любых бытовых приборов в доме, и он становится постоянным после трансформации в блоке питания. Давайте разберемся, какой ток опасен — переменный или постоянный.
ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА !!!
⇐ Предыдущая2Следующая ⇒
|
Допущено ошибок:
Результат тестирования: ________________________
При проверке нарушений его зафиксировано
Ответственный за проведение тестирования
Тестируемый / ______________________________ /
ЭБ 141.1 Аттестация электротехнического и электротехнологического персонала по электробезии (II группа допуска)
_____________
(Ф.И.О.Тестируемого)
Дата проведения тестирования: «____» __________ 20_ г.
Допустимое количество ошибок 2
Билет 2
Вопрос 1. Какие буквенные и цветовые обозначения должны иметь шины при переменном трехфазном токе?
|
Вопрос 2.К каким распределительным электрическим сетям присоединяться сварочного тока?
|
Вопрос 3.Как делятся электроустановки по условиям электробезопасности?
|
Вопрос 4.Кто относится к оперативно-ремонтному персоналу?
|
Вопрос 5.У кого должны храниться ключи от электроустановок?
|
Вопрос 6.В какой последовательности напряжения необходимо выполнять технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием?
|
Вопрос 7.Каким образом создается присоединение заземляющих проводников к заземлению и заземляющим конструкциям?
|
Вопрос 8. В каких электроустановках диэлектрические перчатки применяются в качестве дополнительного изолирующего электрозащитного средства?
⇐ Предыдущая2Следующая ⇒
Дата добавления: 2016-12-31; просмотров: 2699 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Переменный ток
Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении.Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование электрического электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.
Переменный ток — переменный ток (AC). Постоянный ток — постоянный ток (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.
Расположение электродов
Однако еще в 1903 году было установлено, что опасность в большей степени зависит от полюсов источника постоянного тока.В тех случаях, когда электрод с отрицательным полюсом подключен к верхней части тела человека, а электрод с положительным полюсом — к нижней части, может быть поражение выше, чем при обратном расположении. Ученый Ажибаев развил это утверждение, и его исследования на собаках подтвердили, что фибрилляция наступает раньше при расположении электрода с отрицательным полюсом вверху. Впрочем, реакция у разных животных может также проявляться по-разному.В 1970-1972 гг. были исследования Гудэрски, заключающиеся в сравнении эффективности постоянного тока промышленных частот.В ходе исследования ученых плавно увеличилось напряжение от нуля, в результате чего нагрузка на животных при постоянном токе была намного ниже (в несколько раз) по сравнению с нагрузкой при переменном (частота при этом была равна 50-60 Гц). Это еще раз дает понять, какой ток более опасен — переменный и постоянный.
Сколько ампер в розетке 220В
Домашние розетки делаются на разную силу тока, которую она способна пропустить. На наибольшее значение — 16 А для напряжения в 220 Вольт.Каждая электророзетка промаркирована — если принято значение 6 А, то суммарная подключаемая нагрузка более этого числа.
Нагрузка, которую может выдержать соединение, определяется по сумме подключенных электроприборов. Например, микроволновая печь, стиральная машина подключаются через отдельные розетки не менее чем на 16 А, а для осветительных приборов, телефоны требуются устройства с меньшим номиналом.
Живя в ХХІ веке, используя блага научных открытий, человеку обязательно знать тип и значение тока, протекающего в домашней сети.Без этой информации невозможно купить электророзетку, правильно рассчитать нагрузку для электроприборов. Стандарты различаются для разных стран, и это стоит учитывать при поездке в другое государство.
Обозначение тока и применение его в быту
Постоянный ток обозначается DC. На английском языке пишется как Постоянный ток. Он в процессе работы со временем не меняет своих свойств и направлений. Частота постоянного тока равна нулю. Обозначают его на чертежах и оборудовании прямой короткой горизонтальной черточкой или двумя параллельными черточками, одна из которых пунктирная.
Используется постоянный ток в привычных нам аккумуляторах и батарейках, используемых в огромном числе различных типов устройств, таких как:
- счетные машинки;
- детские игрушки;
- слуховые аппараты;
- прочие механизмы.
Все ежедневно пользуются мобильным телефоном. Зарядка его происходит через блок питания, компактный преобразователь DC / AC, включаемый в бытовую розетку.
Электрические приборы потребляют переменный однофазный ток.Электроприборы заработают только с подключением трансформатора и выпрямителя тока. Многие производители устанавливают преобразователь DC / AC непосредственно в сам агрегат. Это намного упрощает эксплуатацию электрооборудования.
Для чего нужно знать сколько ампер в розетках в квартире
Сила тока измеряется в Амперах (А). Знать этот показатель необходимо, так как розетки различаются по нему.
Стандартные современные розетки рассчитаны на 6, 10 и 16 А. У советских приборов максимальное номинал равен 6,3 А.Для потребителей с повышенной мощностью выбирают соответствующие розетки, у которых повышенная стойкость к большим значениям.
Знание основ электротехники пригодится при поездке в другую страну. Подключить привезенные с собой устройства в сети. Каждая розетка имеет маркировку, на которой указана максимальная сила тока.
Чем лучше всего запитать приборы, потребляющие постоянный ток
Многие пользователи не имеют ни малейшего понятия, о том, какое именно напряжение поступает в их дом, какое нужно для питания разных приборов, которые их окружают.Множество электрических механизмов работают от переменного тока, поскольку именно он транспортируется к конечному потребителю, благодаря возможности доставки его на длинные дистанции. Но потребность в постоянном энергоносителе остается актуальной, поскольку это зависит от типа используемого деталей приборов.
Блоки, потребляющие постоянный ток, должны быть специальными устройствами питания, при помощи которых переменный заряд преобразуется в стабильную, другими словами, попросту выравнивают его.Постоянный заряд имеет большую мощность на выходе, после его преобразования с переменным, что обусловлено потребностями процессов работы приборов разного назначения.
Оборудование, которое меняет направление электронов и двигает по прямой линии, называют выпрямителями тока. Источники питания постоянного тока могут быть управляемые и неуправляемые, что очень актуально для автомобильных пусковых и зарядных устройств. Специально встроенные реостаты позволяют изменить не только сопротивление, но и силу тока, чего нельзя сказать о неуправляемых источниках — они имеют выходную мощность.
Современная техника бытового назначения производится с помощью вмонтированных регуляторов мощности, что помогает предотвратить их повреждение при неправильном поступлении или нерегулярном поступлении электрического заряда. Все же некоторые приспособления для работы в привычном режиме.
Реакция на смену подачи напряжения разными приборами
Первое место соприкосновения электричества с домом, устанавливается щитовая панель, активируется защитное отключение, которое активируется при утечке носителя и направленном движении его в землю.Также щитки выключателями с автоматическим срабатыванием, активируются при коротком замыкании, спровоцированным высокоскоростным импульссом и длительной нагрузкой большой силы.
Счетчики измерения тока при прямолинейной его подаче не работают, что не зависит от его типа — механический или электронный. Поэтому можно быть спокойными за неправильный подсчет потраченных киловатт, при таком сбое в сети.
Нагревательные приборы сохраняют стабильность работы в любом направлении энергетического луча, благодаря биметаллическим терморегуляторам, которые позволяют им функционировать, не зависимо от его формы и формы.
Осветительные элементы — лампы накаливания, люминесцентные и светодиодные при получении прямолинейного потока работают по-разному, невзирая на одно назначение. Лампочка Ильича чувствует себя комфортно на любом электричестве, не изменяя своего состояния и качества освещения. Ну а люминесцентные и светодиодные — не могут работать на прямолинейном энергоносителе, они нуждаются в установке регулятора мощности.
Как видим однозначного решения всех проблем можно добиться лишь при помощи дополнительных приборов — преобразователей электрического потока, с его регулировкой на выходе.
Источники питания постоянного тока предназначены для обеспечения всей электрической аппаратуры зарядом, который предусмотрен техническими требованиями и техникой безопасности. В отличие от регуляторов мощности, такие приборы постоянное напряжение, регулируя его силу и стабильность.
Они работают в двух направлениях: по напряжению и мощности.
Классификация источников питания:
- По принципу действия: линейные — применение сетевого трансформатора с регулировочной схемой, имеет малое количество помех излучения, но отличается малой мощностью и большим весом; импульсные — возможность возможность преобразовать и регулировать поток заряда, имея меньший вес и большую удельную силу.
- По — инверторы высоких частот, которые имеют высокие требования к защите сети, предотвращают ее повреждение.
- По наличию нескольких каналов — до 4 выходов, что характерно для современных моделей.
- Дополнительные возможности — наличие большого количества ячеек памяти с сохраненными функциями; фиксатор и записи времени колебаний; незамедлительное реагирование изменением по заданным параметрам.
Основные преимущества
Непосредственное преобразование напряжения гарантировано наличием трансформатора с выпрямлением, которые при использованииии обеспечивают приборы нужным напряжением и силой тока.
Схема промежуточного преобразования требует применения инвертора, для увеличения частоты переменного тока перед входом в трансформатор. Это позволяет снизить стоимость энергоносителя, благодаря уменьшению его веса. Для стабильности и качества процесса, схема нуждается в некоторых изменениях.
Основные особенности:
- обеспечение стабильности напряжения;
- возможность контролировать ток, при помощи цифровых индикаторов,
- минимизация влияния на сети,
- стабильные показатели энергии и напряжения на линии,
- плавная подача выходной мощности,
- возможность лимитной подачи тока,
- защита сети от перегрузок.
Такие показатели благотворительной нагрузки на зарядную батарею, которая имеет конденсаторы, резисторы и транзисторы, устойчивые в дополнительной защите и регулировки вольтажа, при надежной защите от нестабильной защиты блока питания.