Содержание

КАК: Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC): что нужно знать

Электричество делится на два типа тока: чередующиеся и прямые. Переменный ток чередует свою полярность много раз в секунду, а постоянный ток остается постоянным и неизменным.

Электричество, которое поступает из вашей стены, является переменным током, а электричество от батареи – постоянным током. Но это не просто устройства с батарейным питанием, которые используют постоянный ток: почти все электронные устройства преобразуют AC из вашей стены в постоянный ток с помощью устройства, называемого выпрямителем.

Постоянство постоянного тока имеет важное значение для запуска таких устройств, как компьютеры, которые требуют постоянного состояния для сравнения цифровых и нулей, которые заставляют систему работать.

Что такое электричество, во всяком случае?

Электричество – это поток электронов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Электроны сталкиваются друг с другом в длинной цепи, что приводит к общему движению электронов по проводам.

Это движение электронов через проводник создает электричество, а также магнитное поле. Эта электрическая энергия питает все в вашей жизни с помощью вилки или переключателя «on».

Электричество имеет три основных компонента, которые говорят нам, насколько мощный ток. Этими тремя атрибутами являются напряжение, ток и сопротивление. Напряжение говорит нам, насколько мощный электрический поток, ток говорит нам, как быстро течет электричество, а сопротивление говорит нам, как трудно для электронов течь вдоль нашего проводника. Это обобщенное определение недостаточно точно для учебника, но оно достаточно полно для целей этой статьи.

Разница между AC и DC

Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) имеют напряжение, ток и сопротивление. Это то, как течет поток, который делает разницу.

Переменный ток быстро течет вперед и назад, изменяя полярность между 50 и 60 раз в секунду. Это сразу же сталкивается с интуитивным пониманием: если электроны вступают, а затем снова возвращаются, как они могут что-либо использовать?

Однако не накопление электронов создает энергию. Электроны не имеют назначения, которые им нужно достичь, прежде чем будет создана сила. Это движение самих электронов, которые создают электрическую энергию. Так же, как вода, протекающая через трубу, создает силу независимо от направления, электроны, текущие через провод, создают электричество.

DC, с другой стороны, не чередуется вообще. В идеальных условиях это постоянный ток без изменения напряжения с течением времени. В то время как DC, преобразованный из переменного тока с выпрямителем, часто является приближением к этой устойчивой линии, он определенно не переворачивается, как AC. Если мы визуализируем DC как поток воды, он создает постоянную скорость движения только в одном направлении.

Что такое AC и DC?

Благодаря различной природе AC и DC имеют разные применения.

Большинство электрических двигателей в мире работают от переменного тока. В этих двигателях быстрое переключение тока тока используется для быстрого переключения полярности магнита вперед и назад. Это быстрое изменение полярности заставляет проволоку внутри магнитов вращаться, создавая вращающуюся силу, которая питает двигатель.

AC также используется для передачи энергии. Напряжение AC сравнительно легко изменяется, что делает его лучшим выбором для передачи на большие расстояния, чем постоянный ток. AC можно посылать при огромных напряжениях через провода, что приводит к очень небольшим потерям на пути к клиенту.

По прибытии напряжение резко снижается с примерно 765 000 вольт до более управляемых 110-220 вольт и отправляется в ваш дом. Прямой ток не может обеспечить таких резких трансформаций напряжения без значительных потерь мощности.

Прямой ток обычно используется для питания более мелких и более деликатных устройств. Вся бытовая электроника, от вашего планшета до ПК, работает от постоянного тока, как и все, что питается от батареи.

Эти устройства не только выигрывают от DC: они просто не могут функционировать на AC. Устройствам, работающим на 1s и 0s (например, компьютерах), требуется твердотельный уровень напряжения, чтобы отличать высокий сигнал, представляющий один, и низкий сигнал, который представляет собой нуль. При постоянном перевернутом токе AC электронные устройства не имеют устойчивого состояния для сравнения. Без стабильного тока эти устройства не смогут работать. Поскольку переменный ток постоянно меняется, он просто не может обеспечить стабильный уровень сравнения для электроники.

Мощность переменного и постоянного тока широко используется в устройствах разных типов: от холодильников до компьютеров. Некоторые устройства могут использовать оба устройства, используя AC для питания двигателя и постоянного тока для питания сенсорного экрана. Один не лучше, чем другой, но просто другой.

что это такое и где они применяются? — 2017 — Блог — Пресс-центр — Компания — KЭAЗ

Многие знают из школьного курса физики, что ток бывает переменным и постоянным. Если о применении переменного тока мы еще что-то можем с уверенностью сказать (все бытовые электроприемники питаются от переменного тока), то о постоянном мы не знаем практически ничего. Но раз существуют сети постоянного тока, значит есть и потребители, и соотвественно защита таким сетям тоже нужна. Где встречаются потребители постоянного тока и в чем отличие аппаратов защиты для этого рода тока мы рассмотрим в этой статье.

Ни один из типов электрического тока не «лучше», чем другой — каждый подходит для решения определенных задач: переменный ток идеален для генерации, передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния, в то время как постоянный ток находит свое применение на специальных промышленных объектах,  установках солнечной энергии, центрах обработки данных, электрических подстанциях и пр.

Шкаф распределения постоянного оперативного тока электрической подстанции

Понимание отличий переменного и постоянного тока дает четкое представление о задачах, с которыми сталкиваются автоматические выключатели постоянного тока. Переменный ток промышленной частоты (50 Гц) меняет свое направление в электрической цепи 50 раз в секунду и столько же раз «переходит» через нулевое значение. Этот «переход» значения тока через ноль способствует скорейшему гашению электрической дуги. В цепях постоянного тока значение напряжения постоянно — также как и направление тока постоянно во времени. Этот факт существенно затрудняет гашение дуги постоянного тока, и потому требует специальных конструкторских решений.

Совмещенные графики нормального и переходного режимов при отключении: а) переменного тока; б) постоянного тока.

Одно из таких решений — использование постоянного магнита (4). Движение дуги в магнитном поле является одним из способов гашения в аппаратах до 1 кВ и находит применение в модульных автоматических выключателях. На электрическую дугу, которая по своей сути является проводником, воздействует магнитное поле, и та затягивается в дугогасительную камеру, где окончательно затухает.

1 — подвижный контакт
2 — неподвижный контакт
3 — серебросодержащая контактная напайка
4 — магнит
5 — дугогасительная камера
6 — скоба

Полярность надо соблюдать

Еще одним и, пожалуй, ключевым отличием между автоматическими выключателями переменного и постоянного тока, является у последних наличие полярности.

Схемы подключения однополюсного и двухполюсного автоматического выключателя постоянного тока

Если вы защищаете однофазную сеть переменного тока при помощи двухполюсного автоматического выключателя (с двумя защищенными полюсами), то нет разницы в какой из полюсов подключать фазный или нулевой проводник. При подключении же в сеть постоянного тока автоматических выключателей необходимо соблюдать правильную полярность. При подключении однополюсного выключателя постоянного тока питающее напряжение подается на клемму «1», а при подключении двухполюсного — на клеммы «1» и «4».

Почему это так важно? Смотрите видео. Автор ролика проводит несколько тестов с 10-ти амперным выключателем:

1) Включение выключателя в сеть с соблюдением полярности — ничего не происходит.
2) Выключатель установлен в сеть обратной полярностью; параметры сети U=376 В, I=7,5 А. Как итог: сильное дымовыделение с последующим воспламенением выключателя.
3) Выключатель установлен с соблюдением полярности, а ток в цепи составляет 40 А, что в 4 раза превышает его номинал. Тепловая защита, как это и должно быть, разомкнула защищаемую цепь через несколько секунд.
4) Последний и самый жесткий тест проводился с таким же 4-х кратным превышением по току и обратной полярностью. Результат не заставил себя долго ждать — мгновенное воспламенение.

Этот ролик наглядно демонстрирует то, почему необходимо соблюдать полярность при подключении автоматических выключателей постоянного тока. Подключение с обратной полярностью, и с током цепи, не превышающим номинал автоматического выключателя, выводит его из строя. Во избежание повторения подобных «печальных опытов» производители маркируют клеммы выключателей «+» и «-», а также дают схемы подключения в руководствах по эксплуатации.

Таким образом, автоматические выключатели постоянного тока — это устройства защиты, применяемые для объектов альтернативной энергетики, систем автоматизации и управления промышленных процессов и пр. Специальные исполнения защитных характеристик Z, L, K позволяют защищать высокотехнологичное оборудование промышленных предприятий.

Для их электроустановки всегда рекомендуется пользоваться услугами квалифицированных инженеров и техников, чтобы убедиться, что соответствующие автоматические выключатели постоянного тока будут выбраны и установлены правильно.

Перейти в каталог

1. Что такое переменный ток? | 1. Основы теории переменного тока | Часть2

1. Что такое переменный ток?

Что такое переменный ток?

Основная масса начинающих радиолюбителей начинает изучение электроники с основ постоянного тока (DC), который течет в одном направлении и/или обладает напряжением постоянной полярности. Постоянный ток – это вид электричества, производимого батареями (имеющими положительные и отрицательные клеммы), или вид заряда, производимого трением определенных типов материалов друг о друга.

Однако, постоянный ток не является единственным видом электричества. Некоторые источники электропитания (в первую очередь роторные электромеханические генераторы) производят такое напряжение, полярность которого меняется с течением времени.

Такой вид электричества известен как переменный ток (АС):

 

 

Так же как знакомое нам условное обозначение батареи используется для обозначения любого источника постоянного напряжения, кружок с волнистой линией внутри используется для обозначения любого источника переменного напряжения.

Можно было бы подумать, что практическое применение переменного тока ограничено. И действительно, в некоторых случаях переменный ток уступает постоянному по части практического применения. В тех системах, где электричество используется для рассеивания энергии в форме тепла, полярность или направление тока не имеет значения, — вполне достаточно, чтобы напряжения и тока хватало нагрузке для производства необходимого тепла (рассеивания энергии).   Однако, используя переменный ток, можно создавать гораздо более эффективные электрогенераторы, электродвигатели и системы распределения энергии. Благодаря этому, в высокомощных системах преобладает использование именно переменного тока.

Чтобы понять, почему это так, нам нужно узнать немного больше о переменном токе как таковом.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Это основополагающий принцип работы генератора переменного тока, или альтернатора.

 

Принцип работы альтернатора

 

Заметьте, как меняется полярность напряжения на катушках, когда при вращении возле них оказываются разные полюсы магнита. При соединении с нагрузкой такое напряжение будет создавать ток, периодически меняющий направление своего движения. Чем быстрее вращается вал альтернатора, тем быстрее будет вращаться магнит, и тем чаще напряжение будет менять полярность, а ток – направление за определённый промежуток времени.

Несмотря на то, что генераторы постоянного тока работают так же по принципу электромагнитной индукции, их устройство гораздо сложнее, чем у их соперников, генераторов переменного тока. У генераторов постоянного тока обмотка находится на валу (у альтернаторах на валу находится магнит), и эта вращающаяся обмотка соприкасается с неподвижными угольными «щётками». Такая конструкция необходима для переключения изменяющейся полярности на выходе катушки во внешнюю схему, чтобы на последней создавалась постоянная полярность: 

 

Принцип работы генератора постоянного тока

 

Генератор, показанный на данном рисунке, производит два импульса напряжения за одно вращение вала. Оба импульса имеют одинаковую полярность. Чтобы генератор постоянного тока производил

постоянное напряжение, а не короткие импульсы за каждый полупериод вращения, создаётся набор обмоток, которые периодически входят в контакт с щётками.  Приведенный выше рисунок в упрощенной форме показывает то, что вы увидите на практике.

Проблемы, связанные с возникновением и прерыванием электрического контакта при движении обмотки очевидны (искрение и перегрев), особенно если вал генератора вращается с большой скоростью. Если в среде вокруг генератора содержатся легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, проблемы, связанные с искрообразованием, усугубляются. Для работы генератора переменного тока (альтернатора) никаких щёток и коммутаторов не требуется,  поэтому он застрахован от проблем, присущих генераторам постоянного тока.

Генераторы переменного тока имеют очевидные преимущества перед генераторами постоянного тока и при использовании их в качестве электродвигателей. В отличие от электродвигателей постоянного тока, двигатели переменного тока не страдают проблемой соприкосновения щёток с подвижной обмоткой.  Электродвигатели постоянного и переменного тока по своему устройству очень похожи на соответствующие электрогенераторы.

Таким образом, становится понятно, что конструкция генераторов и электродвигателей переменного тока гораздо проще конструкции генераторов и электродвигателей постоянного тока. Относительная простота этих устройств на практике выливается в гораздо большую надежность и рентабельность. Для чего же еще используют переменный ток? Наверняка должно быть что-то еще кроме применения его в генераторах и электродвигателях! И действительно, спектр применения переменного тока очень широк. Наверняка вы слышали о таком явлении, как

взаимная индукция.  Она возникает при размещении двух или более обмоток таким образом, что переменное магнитное поле, создаваемое одной из обмоток наводит напряжение в другой. Если на одну обмотку мы подадим переменное напряжение, то на другой мы также получим переменное напряжение. Такое устройство известно как трансформатор.

 

 

Главное предназначение трансформатора состоит в его способности повышать и понижать напряжение на вторичной обмотке. Напряжение переменного тока, возникающее во вторичной обмотке равно напряжению переменного тока на первичной обмотке, умноженному на коэффициент отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Если же со вторичной обмотки ток подаётся в нагрузку, то изменение тока на вторичной обмотке будет прямо противоположным: ток первичной обмотки умножается на коэффициент отношения числа витков первичной к числу витков вторичной обмотки. Механическим аналогом подобных отношений может служить пример с крутящим моментом и скоростью (вместо напряжения и тока, соответственно): 

 

 

Если соотношение витков обмоток обратное, т.е. первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, то трансформатор увеличивает напряжение источника до более высокого уровня: 

 

 

Способность трансформатора повышать и понижать переменное напряжение дает переменному току неоспоримое преимущество над постоянным в области распределения энергии (см. рисунок ниже). Гораздо эффективнее передавать электроэнергию на большие расстояния при высоком напряжении и низком токе (провода меньшего диаметра с меньшими потерями на сопротивление), а затем понижать напряжение и усиливать ток при подаче энергии конечным потребителям.

 

 

Благодаря трансформаторам передача электрической энергии на большие расстояния стала гораздо более практичной. Не имея возможности эффективного увеличения и понижения напряжения было бы непомерно дорого создавать системы энергообеспечения для больших расстояний (более нескольких десятков километров).

Для работы трансформаторов необходим только переменный ток. Поскольку явление взаимоиндукции основано на переменных магнитных полях,  трансформаторы просто не будут работать на постоянном токе (постоянный ток способен создавать только постоянные магнитные поля). Конечно, на первичную обмотку трансформатора можно подать постоянный прерывистый (импульсный) ток, чтобы создать переменное магнитное поле (как это делается в автомобильной системе зажигания, для создания искры в свече от низковольтной батареи постоянного тока), но в таком варианте импульсный постоянный ток ничем не отличается от переменного.  Возможно, именно по этой причине переменный ток находит более широкое применение в энергосистемах.

Импульсный и постоянный ток разница примеры. Какой ток в обычной розетке: постоянный или переменный

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.

Сейчас невозможно представить себе человеческую цивилизацию без электричества. Телевизоры, компьютеры, холодильники, фены, стиральные машины – вся бытовая техника работает на нем. Не говоря уже о промышленности и больших корпорациях. Основным источником энергии для электроприемников является переменный ток. А что это такое? Каковы его параметры и характеристики? Чем отличаются постоянный и переменный ток? Мало кто из людей знает ответы на эти вопросы.

Переменный против постоянного

В конце девятнадцатого века, благодаря открытиям в области электромагнетизма, возник спор по поводу того, какой же ток лучше применять, чтобы удовлетворить человеческие потребности. Как же все начиналось? Томас Эдисон в 1878 году основал свою компанию, которая в будущем стала знаменитой General Electric. Компания быстро разбогатела и завоевала доверие инвесторов и простых граждан Соединенных Штатов Америки, так как было построено по всей стране несколько сотен электростанций, работающих на постоянном токе. Заслуга Эдисона – в изобретении трехпроводной системы. Постоянный ток замечательно работал с первыми электрическими двигателями и лампами накаливания. Это были фактически единственные приемники энергии на то время. Счетчик, который также был изобретен Эдисоном, работал исключительно на постоянном токе. Однако в противовес развивающейся компании Эдисона выступили конкурентные корпорации и изобретатели, которые хотели противопоставить постоянному току переменный.

Недостатки изобретения Эдисона

Джордж Вестингауз, инженер и бизнесмен, заметил в патенте Эдисона слабое звено – огромные потери в проводниках. Однако ему не удалось разработать конструкцию, которая могла бы конкурировать с этим изобретением. В чем же недостаток Эдисоновского постоянного тока? Основная проблема – передача электроэнергии на расстояния. А так как при его увеличении растет и сопротивление проводников, то это значит, что будут увеличиваться и потери мощности. Для понижения этого уровня необходимо либо повышать напряжение, а это приведет к понижению силы самого тока, либо утолщать провод (то есть снижать сопротивление проводника). Способов эффективного повышения напряжения постоянного тока в то время не было, поэтому электростанции Эдисона держали напряжение, близкое к двум сотням вольт. К сожалению, передаваемые таким образом потоки мощности не могли обеспечить нужды промышленных предприятий. Постоянный ток не мог гарантировать генерацию электроэнергии мощным потребителям, которые находились на значительном расстоянии от электростанции. А повышать толщину проводов или строить больше станций было слишком дорого.

Переменный ток против постоянного

Благодаря разработанному в 1876 году инженером Павлом Яблочковым трансформатору, изменять напряжение у переменного тока было очень просто, что давало потрясающую возможность передавать его на сотни и тысячи километров. Однако на тот момент не существовало двигателей, которые работали бы на переменном токе. Соответственно, не было и генерирующих станций, и сетей для передачи.

Изобретения Николы Теслы

Несомненное преимущество постоянного длилось недолго. Никола Тесла, работая инженером в фирме Эдисона, понял, что постоянный ток не может обеспечить человечество электроэнергией. Уже в 1887 году Тесла получил сразу несколько патентов на аппараты переменного тока. Началась целая борьба за более эффективные системы. Основными конкурентами Теслы были Томсон и Стенли. А 1888 году однозначную победу получил сербский инженер, который предоставил систему, способную транспортировать электрическую энергию на расстояния в сотни миль. Молодого изобретателя быстро взял к себе Вестингауз. Однако сразу же началось противостояние между компаниями Эдисона и Вестингауза. Уже в 1891 году была разработана Теслой система трехфазного переменного тока, что позволило выиграть тендер по строительству огромной электрической станции. С тех пор однозначно позицию лидера занял переменный ток. Постоянный же сдавал свои позиции по всем фронтам. Особенно когда появились выпрямители, способные преобразовывать переменный ток в постоянный, что стало удобно для всех приемников.

Определение переменного тока

Пример простейшего генератора

В качестве самого простого источника используют прямоугольную рамку, изготовленную из меди, которая закреплена на оси и вращается в магнитном поле при помощи ременной передачи. Концы этой рамки припаяны контактными кольцами к медным, которые скользят по щеткам. Магнит создает равномерно распределенное в пространстве магнитное поле. Плотность силовых магнитных линий здесь одинакова в любой части. Вращающаяся рамка пересекает эти линии, и на ее сторонах индуцируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). С каждым поворотом направление суммарной ЭДС меняется на обратное, так как рабочие стороны рамки за оборот проходят через разные полюса магнита. Так как меняется скорость пересечения силовых линий, то становится другой и величина электродвижущей силы. Поэтому если равномерно вращать рамку, то индуктированная электродвижущая сила периодически будет меняться как по направлению, так и по величине, ее можно измерить при помощи внешних приборов и, как следствие, использовать для того, чтобы создавать переменный ток во внешних цепях.

Синусоидальность

Что это такое? Переменный ток графически характеризуется волнообразной кривой – синусоидой. Соответственно, ЭДС, ток и напряжение, которые изменяются по этому закону, называются параметрами синусоидальными. Кривая так названа потому, что является изображением тригонометрической переменной величины – синуса. Именно синусоидальный характер переменного тока – наиболее распространенный во всей электротехнике.

Параметры и характеристики

Переменный ток – это явление, которое характеризуется определенными параметрами. К ним относят амплитуду, частоту и период. Последний (обозначается буквой Т) – это промежуток времени, в течение которого напряжение, ток или ЭДС совершает цикл полного изменения. Чем быстрее будет вращение ротора у генератора, тем период будет меньше. Частотой (f) называют количество полных периодов тока, напряжения или ЭДС. Она измеряется в Гц (герцах) и обозначает количество периодов за одну секунду. Соответственно, чем больше период, тем меньше частоты. Амплитудой такого явления, как переменный ток, называют наибольшее его значение. Записывается амплитуда напряжения, тока или электродвижущей силы буквами с индексом «т» – U т I т, Е т соответственно. Часто к параметрам и характеристикам переменного тока относят действующее значение. Напряжение, ток или ЭДС, которая действует в цепи в каждый момент времени – мгновенное значение (помечают строчными буквами – і, u, e). Однако оценивать переменный ток, совершенную им работу, создаваемое тепло сложно по мгновенному значению, так как оно постоянно меняется. Поэтому применяют действующее, которое характеризует силу постоянного тока, выделяющего за время прохождения по проводнику столько же тепла, сколько это делает переменный.

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 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.

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

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

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

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

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

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

Переменным называется ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени Т.

В области производства, передачи и распределения электрической энергии переменный ток имеет по сравнению с постоянным, два основных преимущества:

1) возможность (при помощи трансформаторов) просто и экономично повышать и понижать напряжение, это имеет решающее значение для передачи энергии на большие расстояния.

2) большую простоту устройств электродвигателей, а следовательно, и их меньшую стоимость.

Значение переменной величины (тока, напряжения, ЭДС) в любой момент времени t называется мгновенным значением и обозначается строчными буквами (ток i, напряжение u, ЭДС – е).

Наибольшее из мгновенных значений периодически изменяющихся токов, напряжений или ЭДС, называются максимальными или амплитудными значениями и обозначаются прописными буквами с индексом «м» (I м, U м).

Наименьший промежуток времени, по прошествии которого мгновенные значения переменной величины (ток, напряжение, ЭДС) повторяется в той же последовательности, называется периодом Т, а совокупность изменений, происходящих в течение периода, – циклом.

Величина обратная периоду называется частотой и обозначается буквой f.

Т.е. частота – число периодов за 1 секунду.

Единица частоты 1/сек – называется герц (Гц). Более крупные единицы частоты – килогерц (кГц) и мегагерц (МГц).

Получение переменного синусоидального тока.

Переменные токи и напряжения в технике стремятся получить по простейшему периодическому закону – синусоидальному. Т. к. синусоида – единственная периодическая функция, имеющая подобную себе производную, в результате чего во всех звеньях электрической цепи форма кривых напряжений и токов получается одинаковой, чем значительно упрощаются расчеты.

Для получения токов промышленной частоты служат генераторы переменного тока в основе работы которых лежит закон электромагнитной индукции, согласно которому при движении замкнутого контура в магнитном поле в нем возникает ток.

Схема простейшего генератора переменного тока

Генераторы переменного тока большой мощности, рассчитанные на напряжения 3 – 15 кв, выполняются с неподвижной обмоткой на статоре машины и вращающимся электромагнитом-ротором. При такой конструкции легче надежно изолировать провода неподвижной обмотки и проще отвести ток во внешнюю цепь.

Одному обороту ротора двухполюсного генератора соответствует один период переменной ЭДС, наведенной на его обмотке.

Если ротор делает n оборотов в минуту, то частота индуктированной ЭДС

.

Т.к. при этом угловая скорость генератора
, то между ней и частотой, наведенной ЭДС существует соотношение
.

Фаза. Сдвиг фаз.

Предположим, что генератор имеет на якоре два одинаковых витка, сдвинутых в пространстве. При вращении якоря в витках наводятся ЭДС одинаковой частоты и с одинаковыми амплитудами, т.к. витки вращаются с одинаковой скоростью в одном и том же магнитном поле. Но вследствие сдвига витков в пространстве ЭДС достигают амплитудных знамений неодновременно.

Если в момент начала отсчета времени (t=0) виток 1 расположен относительно нейтральной плоскости под углом
, а виток 2 под углом
. То наведенная в первом витке ЭДС:,

а во втором:

В момент отсчета времени:

Электрические углы иопределяющие значения ЭДС в начальный момент времени, называетсяначальными фазами.

Разность начальных фаз двух синусоидальных величин одной частоты называется углом сдвига фаз .

Та величина, у которой нулевые значения (после которых она принимает положительные значения), или положительные амплитудные значения достигаются раньше, чем у другой, считается опережающей по фазе, а та у которой те же значения достигаются позже – отстающей по фазе.

Если две синусоидальные величины одновременно достигают своих амплитудных и нулевых значений, то говорят, что величины совпадают по фазе . Если угол сдвига фаз синусоидальных величин равен 180 0
, то говорят, что они изменяются впротивофазе.

Информация об адаптерaх питания для устройств NETGEAR | Answer

Многие устройства NETGEAR работают с помощью “сетевого адаптера” (также известного как блок питания или адаптер переменного/постоянного тока (AC/DC)) с шнуром  для  подключения к   источнику электричества. Блок питания преображает переменный ток из розетки в постоянный ток, используемый устройствами.

Всегда будьте осторожны при обращении с любым электрическим прибором, который подключается к розетке. Кроме того строго следуйте инструкциям в руководствах, поставляемых вместе с продуктом. Настоятельно рекомендуется использовать адаптер питания, который поставляется вместе с продуктом. Замена блока питания NETGEAR возможна через Вашего поставщика.

Для каждого адаптер питания продукта NETGEAR действует следующее:

  • Входная мощность.  Это 120 Вольт или 220 Вольт (некоторые адаптеры могут работать на обеих (проверьте наклейку ).
  • Выходная мощность. Она указывается в Вольтах постоянного тока (DC), например, “12 V”. (Если только адаптер питания не выдаёт переменный ток AC.)
  • Выходная мощность: Она указывается в Амперах, например, “1А”.
  • Соблюдение полярности. В штекере, который вставляется в Ваше устройство, есть две клеммы – положительная и отрицательная. Положительная клемма ” + ” находится посередине, внутри штекера. Отрицательная ” – ” – на внешней стороне, снаружи. Полярность клемм указана на самом адаптере питания для Вашего удобства.

 

Что случится, если я буду использовать неправильный адаптер питания?

  • Устройство может быть опасным для использования.
  • Вы можете нанести серьезные повреждения устройству.
  • Возможны внезапные перезагрузки, обрывы связи или проблемы с обхватом и  производительностью устройства и т.п.
  • Используя такое устройство,  Вы можете нарушить закон.

 

Дополнительная информация:

  • Когда ток преобразуется из одного вида в другой, то часть энергии данного преобразования  выделяется в виде тепла. Вы можете сами почувствовать тепло, исходящее от адаптера питания. Нормальная рабочая температура зависит от типа устройства.
  • У адаптеров линейки Powerline нет внешних блоков питания.
  • В некоторых устройствах используется технология Power over Ethernet (возможность запитвания по Ethernet), что позволяет постоянному току (DC) от одного сетевого устройства  передаваться по кабелю Ethernet на другое устройство. Таким образом можно избежать использование сетевого адаптера на одном из устройств.
  • Некоторые устройства поставляются с ” компактным” адаптером, который меньше и легче обычного.
  • У небольшого числа NETGEAR адаптеров на выходе будет переменный ток (AC), а не постоянный (DC).

Обновлено:11/28/2016 | Article ID: 26906

Категории применения электрооборудования при работе на постоянном (DC) и переменном (AC) токе

Переменный AC-1 Электроцепи сопротивления; неиндуктивная или малоиндуктивная нагрузка
AC-2 Пуск и торможение противовключением электродвигателей с фазным ротором
AC-3 Прямой пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся двигателей
AC-4 Пуск и торможение противовключением электродвигателей с короткозамкнутым ротором
AC-11 Управление электромагнитами переменного тока
AC-20 Коммутация электрических цепей без тока или с незначительным током
AC-21 Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
AC-22 Коммутация смешанных активных и индуктивных нагрузок, включая умеренные перегрузки
AC-23 Коммутация нагрузок двигателей или других высокоиндуктивных нагрузок
Переменный и постоянный A Отключение электрических цепей в условиях короткого замыкания при отсутствии специальной избирательности (селективности) по времени относительно последовательно соединенных нижестоящих на стороне нагрузки аппаратов
B Отключение электрических цепей в условиях короткого замыкания при наличии специальной избирательности (селективности) по времени относительно последовательно соединенных нижестоящих на стороне нагрузки аппаратов
Постоянный DC-1 Электропечи сопротивления; неиндуктивная или малоиндуктивная нагрузка
DC-2 Пуск электродвигателей с параллельным возбуждением и отключение вращающихся двигателей с параллельным возбуждением
DC-3 Пуск электродвигателей с параллельным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, торможение противовключением
DC-4 Пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и отключение вращающихся электродвигателей с последовательным возбуждением
DC-5 Пуск электродвигателей с последовательным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противовключением
DC-11 Управление электромагнитами постоянного тока
DC-20 Включение и отключение цепи без нагрузки или с незначительным током
DC-21 Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
DC-22 Коммутация смешанных активных и индуктивных нагрузок, включая умеренные перегрузки, например, двигателей с параллельным возбуждением
DC-23 Коммутация высокоиндуктивных нагрузок, например, двигателей с последовательным возбуждением

Как работает трансформатор?

Используемая человеком электрическая энергия в основном вырабатывается на крупных электростанциях. Эти предприятия передают электричество на районные подстанции, которые затем распределяют его по потребителям.

Так как линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электрического тока теряется, превращаясь в теплоту. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении; переменный ток (АС) периодически изменяет свое направление. Первоначально для электроснабжения применялся только постоянный ток. По ряду причин передача и преобразование постоянного тока связаны со значительными трудностями, поэтому по соображениям безопасности электростанции передавали его под низким напряжением. Однако к тому времени, когда постоянный ток достигал потребителей, сопротивление съедало 45 процентов его энергии.

Выход был найден в передаче переменного тока высокого напряжения, которое может быть легко изменено при помощи трансформатора (рисунок внизу). Так как высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи одного и того же количества энергии, ее потери на преодоление сопротивления стали намного меньшими. Когда переменный ток покидает электростанцию, повышающие трансформаторы увеличивают его напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а перед поступлением в дома другие трансформаторы, понижающие, уменьшают его до ПО или 220 вольт.

Принцип действия трансформатора

Трансформаторы увеличивают или уменьшают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит по первичной обмотке, охватывающей стальной сердечник (рисунок сверху). Периодически изменяющийся ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. При перемещении во вторичную обмотку это магнитное поле генерирует в ней переменный ток. Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше, чем входное.

Потери энергии при протекании постоянного тока

Электрическая мощность (Р) вычисляется путем умножения силы тока (I) на напряжение (V), т.е. Р = I х V. Если напряжение возрастает, сила тока, необходимая для обеспечения заданной мощности, уменьшается. Низковольтная мощность постоянного тока требует большей силы тока, чем высоковольтная мощность переменного, чтобы передать одно и то же количество электроэнергии.

Переменный ток легко трансформируется

В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает.

Текущая война: почему Westinghouse (AC) победил Эдисона (DC)?

Поскольку сообщества по всей Калифорнии сталкиваются с массовыми отключениями электроэнергии и бушуют дебаты о том, как сохранить надежность сети, я решил пойти в кино, чтобы узнать некоторый исторический контекст нашей электросети, посмотрев Текущая война: Режиссерская версия в ночь открытия. . Мои надежды были высоки, учитывая громкий состав актеров, но фильм был просто неплохим.

Жаль, что фильм не получился более захватывающим, потому что это увлекательная история, заслуживающая гораздо большего внимания.Фильм изображает «войну» конца 19-го -го -го века между Джорджем Вестингаузом и Томасом Эдисоном, которая в конечном итоге определит, какие технологии были использованы для создания основы электрической сети, которую мы используем сегодня. В то время как Эдисон отстаивал системы постоянного тока (DC), Westinghouse продвигал системы переменного тока (AC), и конкуренция между ними была жесткой.

Выходя из театра, я не мог перестать задаваться вопросом: почему именно системы переменного тока Westinghouse победили системы постоянного тока Эдисона?

Покопавшись, я нашел ответ.

Предупреждение: этот пост содержит спойлеры, если такое есть для исторического фильма.

Переменный ток и постоянный ток

Основное различие между электричеством переменного и постоянного тока заключается в том, что постоянный ток течет постоянно в одном направлении (отсюда «постоянный» ток) и не меняется с течением времени, в то время как переменный ток колеблется взад и вперед (отсюда «переменный» ток) и постоянно изменяется со временем. .

Электричество переменного тока чередуется с течением времени, в то время как электричество постоянного тока остается постоянным.

В фильме объясняется, что основной проблемой для электричества постоянного тока Эдисона было то, что его нельзя было передавать на большие расстояния. В результате система Эдисона требовала установки электростанции примерно через каждую милю. Хотя это хорошо работает в густонаселенных районах, таких как Нью-Йорк (где находилась первая в США электростанция, построенная Эдисоном), эта модель была чрезвычайно дорогой и непрактичной в более сельских районах.

Но я также знал, что сегодня некоторые из самых протяженных линий электропередачи в мире используют электричество постоянного тока.

Так что же дает? Если электричество постоянного тока – отличный вариант для современных линий передачи на большие расстояния, почему Эдисон не мог передавать свою электроэнергию постоянного тока дальше?

Трансформаторы сделали AC победителем

Ответ на самом деле не столько в различиях между переменным и постоянным током, сколько в малоизвестном компоненте нашей электросети: трансформаторах.

Что бы вы ни делали, передача электроэнергии связана с потерями энергии. (Если у вас нет сверхпроводника!) Но вы можете минимизировать эти потери, передавая электричество более высокого напряжения.Напряжение можно рассматривать как «толчок», который перемещает заряженные частицы и создает электрический ток – чем сильнее вы толкаете, тем меньше энергии вы теряете. Трансформаторы – это ключевая технология, используемая для изменения напряжения, чтобы вы могли работать сильнее (и терять меньше энергии) при передаче электроэнергии.

Производство и потребление электроэнергии происходит при более низких напряжениях, а трансформаторы используются для повышения напряжения перед передачей (для уменьшения потерь энергии) и понижения напряжения до того, как электричество будет потреблено.

Вы можете думать о высоковольтных линиях электропередачи как о пустом шоссе, по которому автомобили движутся с высокой скоростью, а вы можете думать о линиях низкого напряжения как о переулках, по которым автомобили едут намного медленнее. Трансформатор – это соединение между линиями высокого и низкого напряжения, или, по аналогии с шоссе, это шоссе на съезде и съезде, которое соединяет переулки с шоссе.

Трансформаторы являются важной частью сети – они повышают напряжение («повышающие трансформаторы») перед передачей на большие расстояния и снижают напряжение («понижающие трансформаторы») перед распределением электроэнергии потребителям для использования.Передача электроэнергии при более высоком напряжении помогает минимизировать потери энергии.

Изобретатели конца 19 века, -го, -го века понимали, как делать трансформаторы, но главное здесь то, что трансформаторы работают только на электричестве переменного тока . Возвращаясь к фундаментальному различию между электричеством переменного и постоянного тока, которое я объяснил ранее, трансформаторам для работы требуется изменяющееся во времени напряжение, а поскольку постоянный ток является постоянным, а переменный ток изменяется во времени, трансформаторы работают только с электричеством переменного тока.

В то время не было никакого простого метода изменения напряжения постоянного тока, и это то, что (временно) обрекло постоянное электричество. Поскольку не было возможности увеличить напряжение постоянного тока перед передачей, электричество постоянного тока не могло пройти очень далеко без больших потерь, что делало системы постоянного тока хуже, чем системы переменного тока.

Высоковольтные линии электропередачи постоянного тока несут электричество между границей Вашингтона и Орегона и Южной Калифорнией через Тихоокеанский округ Колумбия Intertie.

Но DC вернулся

Лишь намного позже инженеры разработали технологию, которую можно было использовать для эффективного преобразования переменного тока в постоянный, что помогло открыть эру высоковольтных линий электропередачи постоянного тока. Поскольку при передаче высокого напряжения постоянного тока потери энергии ниже, чем при передаче переменного тока на очень большие расстояния, самые длинные в мире линии передачи используют электричество постоянного тока. Например, в США есть высоковольтная линия электропередачи постоянного тока протяженностью 846 миль, соединяющая границу Вашингтона / Орегона с Южной Калифорнией.

Westinghouse для победы

Кульминация фильма наступает, когда Вестингауз играет в бильярд с Николой Тесла (да, изобретателем, в честь которого названа компания по производству электромобилей). Звонит телефон, и Вестингауз узнает, что его заявка на участие в Чикагской всемирной выставке 1893 года была принята.

На этом игра для Эдисона окончена. Westinghouse и его системы электроснабжения переменного тока победили.

Признание: я все время болел за Вестингауз

Прежде чем закончить этот пост, я должен признать, что болел за Westinghouse на протяжении всего фильма.Так уж получилось, что мой дед всю свою карьеру проработал в Westinghouse Electric Corporation. Мой дед даже запатентовал множество изобретений (многие из которых были новыми технологиями для трансформаторов), и эти патенты принадлежали Westinghouse Electric Corporation.

Но что еще больше усложняет ситуацию, дед моей жены работал в General Electric (которая является преемницей компании Edison). Так что, я думаю, хорошо, что моя жена не пришла со мной посмотреть этот фильм!

Solar Fundamentals: в чем разница между переменным током и переменным током?ОКРУГ КОЛУМБИЯ?

В солнечной отрасли производство электроэнергии – наш хлеб с маслом. Это означает, что профессионалам в области солнечной энергетики важно хорошо разбираться в основах электроэнергетики.

Если вы новичок в солнечной энергии, вам есть чему поучиться – вы не можете просто подключить панели к стене и закончить это дело. В сегодняшней статье мы рассмотрим одну из основных тем, которые необходимо знать каждому монтажнику об электричестве: разницу между двумя типами электрического тока: переменным и постоянным.

переменного и постоянного тока задействованы в солнечной фотоэлектрической системе.Итак, если ваше знакомство с AC / DC начинается и заканчивается со знаменитой группой, эта статья для вас!

Разница между мощностью переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

AC означает переменный ток, а DC – постоянный ток. Мощность переменного и постоянного тока относится к текущему потоку электрического заряда. Каждый представляет собой тип «потока» или формы, которую может принимать электрический ток.

Как мы объясняем в нашем учебнике по натяжке солнечных панелей, ток – это скорость протекания электрического заряда (т.е.е. поток электронов).

Хотя это может показаться немного техническим, разница между ними довольно проста:

  • Постоянный ток всегда течет в одном и том же направлении.
  • Переменный ток, как и следовало ожидать из названия, часто меняет направление (хотя возвратно-поступательное движение электронов по-прежнему передает энергию конечному устройству).

«Самый простой способ визуализировать разницу состоит в том, что на графике постоянный ток выглядит как плоская линия, тогда как поток переменного тока на графике образует синусоиду или волнообразный узор», – говорит Карл К.Берггрен, профессор электротехники Массачусетского технологического института.

История электричества: борьба между переменным и постоянным током

Когда электроэнергия только разрабатывалась и использовалась, было неясно, станет ли переменный или постоянный ток доминирующим способом подачи электроэнергии. Два известных пионера электричества – Томас Эдисон и Никола Тесла – предложили каждый из этих вариантов.

Тесла запатентовал переменный ток, а Эдисон – постоянный ток. Вначале стандарт DC был стандартом.Однако одна проблема с постоянным током заключается в том, что его нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения, что, очевидно, полезно для различных приложений.

AC решает эту проблему. Его можно преобразовать в другое напряжение с помощью трансформаторов, а энергетическим компаниям также проще передавать мощность переменного тока на большие расстояния. Итак, несмотря на дезинформационную кампанию Эдисона по дискредитации AC как опасной (в которой он зашел так далеко, что публично казнил животных электрическим током!), В конечном итоге она победила.

Используется ли в предметах домашнего обихода постоянный или переменный ток?

Короткий ответ – «оба».Электросеть США и электричество, поступающее в ваш дом, – это переменный ток. В результате большинство подключаемых к электросети бытовых приборов – холодильников, электрических духовок, микроволновых печей и т. Д. – работают от сети переменного тока

. Однако батареи

используют постоянный ток: у них есть положительная и отрицательная клеммы, и ток всегда течет в одном направлении между этими точками – от положительной клеммы к отрицательной, когда они разряжены.

Поскольку батареи работают с постоянным током, многие из используемых вами электронных устройств – например, ваш ноутбук и сотовый телефон – также работают от постоянного тока.

Солнечная энергия – постоянный или переменный ток?

Солнечные панели производят постоянный ток: солнце, падающее на панели, стимулирует поток электронов, создавая ток. Поскольку эти электроны текут в одном направлении, ток прямой.

Инвертор в доме, преобразующий постоянный ток в переменный.
Потребность в инверторах

Вот почему солнечные фотоэлектрические системы используют инверторы. Инвертор преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока, поэтому его можно использовать дома или отправить обратно в электрическую сеть (в дополнение к некоторым другим функциям).

А что насчет устройств с питанием от постоянного тока? Адаптер питания, входящий в состав зарядного устройства для этих устройств, по сути, представляет собой инвертор. Они преобразуют сеть переменного тока в мощность постоянного тока, которая может использоваться устройством.

Итак, когда вы подключаете свой ноутбук к дому, работающему на солнечной энергии, мощность постоянного тока от солнечных панелей преобразуется в переменный ток вашим инвертором, а затем обратно в постоянный ток инвертором вашего ноутбука, чтобы ваш ноутбук мог его использовать!

Это может показаться много. К счастью, существует программное обеспечение для солнечной энергии, которое может помочь облегчить бремя фактического применения этих концепций на практике при проектировании солнечных систем.В этом руководстве для покупателя программного обеспечения для солнечной энергии подробно описаны некоторые особенности, на которые следует обратить внимание при выборе решения.

А как насчет солнечных панелей переменного тока?

Как мы уже говорили выше, традиционные солнечные панели производят энергию постоянного тока. Затем эта энергия преобразуется инвертором в мощность переменного тока. Это тот случай, если ваша фотоэлектрическая система включает в себя струнный инвертор (который преобразует энергию из одной или нескольких цепочек солнечных панелей) или микроинверторы (которые преобразуют ее для отдельных или, в некоторых случаях, нескольких солнечных панелей).

Однако вы, возможно, слышали и о солнечных панелях переменного тока. Если солнечные панели по своей природе производят постоянный ток, то что это?

Что такое солнечные панели переменного тока?
Панели

AC – это просто солнечные панели, в которые встроены микроинверторы.

Проектирование системы с использованием панелей переменного тока такое же, как и проектирование системы с микроинверторами, за исключением того, что установщику не нужно покупать и прикреплять микроинверторы.

А как насчет домашнего хранения?

Домашние аккумуляторные батареи, подключенные к солнечной батарее, используют ту же общую модель.Батареи постоянного тока пропускают энергию через инвертор, чтобы преобразовать ее в переменный ток. «Батареи переменного тока» на рынке просто имеют встроенный инвертор, который позволяет им напрямую преобразовывать постоянный ток в переменный.

Понимание различий между переменным и постоянным током важно в солнечной промышленности. Это важно не только для понимания того, как работает солнечная батарея и как она устроена, эти знания также могут помочь вам обучить клиентов и, в конечном итоге, укрепить доверие в процессе продаж.

Готовы узнать больше? Присоединяйтесь к Aurora Solar на конференции Empower 2021!

9 причин, по которым DC может заменить AC

Грегори Рид

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

Технология и приложения постоянного тока

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

Мощность постоянного тока (DC)

Электроэнергия постоянного тока начинает эволюционировать в сторону замены переменного тока в качестве всемирного стандарта инфраструктуры доставки электроэнергии во многих приложениях по девяти причинам, перечисленным ниже:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Прочтите остальную часть серии:
– 9 причин, почему постоянный ток может заменить переменный ток: часть 2


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

Разница между переменным и постоянным (ток и напряжение)

Разница между переменным током (переменный ток) и постоянным током

Переменный ток (переменный ток) и Постоянный ток (постоянный ток) являются два типа электрических токов, сосуществующих в нашей повседневной жизни.Оба они используются для подачи питания на электрические устройства. Но они очень разные. Розетки в нашем доме обеспечивают питание переменного тока, а батареи обеспечивают питание постоянного тока. Мы не можем подключить устройство постоянного тока к розетке переменного тока (ну, мы можем, но это не будет работать, и в худшем случае оно взорвется). Причина в различии их поведения и того, как они влияют на цепи.

Рис. 1. Разница между переменным и постоянным током

В этой статье мы кратко обсудим разницу между переменным током (AC) и постоянным током (DC) , но сначала давайте обсудим переменного тока и постоянного тока .

Электрический ток

Электрический ток – это движение или поток свободных электронов в проводящем материале под действием разности потенциалов. Материал, содержащий свободные электроны, называется проводником, и он используется для проведения электрического тока.

Свободные электроны, существующие в материале, возбуждаются при приложении напряжения или разности потенциалов, и они текут в определенном направлении, то есть от высокого потенциала к низкому.Высокий потенциал или напряжение обозначается положительным знаком (+), а низкий потенциал обозначается отрицательным знаком (-), и они формируют полярность электрического тока.

В зависимости от направления движения электрона или электрического тока он подразделяется на два основных типа; Переменный ток (AC) и Постоянный ток (DC)

Переменный ток (AC)

Когда направление электрического тока периодически меняет направление, говорят, что это переменного тока .Поскольку направление тока периодически меняется, полярность напряжения также меняется на противоположную, т.е. высокий потенциал (+) и низкий потенциал (-) меняются местами. Поэтому переменный ток обозначается знаком волны (~). Количество раз, когда электрический ток меняет свое направление за одну секунду, называется его частотой и обычно составляет 50 Гц (Европа) или 60 Гц (США).

Поколение

Когда катушка или проволочная петля помещаются в переменное магнитное поле, в катушке индуцируется электрический ток.Этот принцип применяется в устройствах, называемых генераторами переменного тока, которые используются для генерации переменного тока.

Генератор состоит из катушки, которая вращается (с помощью любых средств, таких как водяная или паровая турбина) внутри стационарного магнитного поля. Вращение катушки изменяет силовые линии магнитного поля, воздействующие на катушку; поэтому в катушке индуцируется электрический ток. Поскольку вращающаяся катушка меняет полярность магнитного поля, электрический ток и напряжение, индуцируемые в катушке, периодически меняют свое направление.

Формы сигналов

Величина переменного тока и напряжения непрерывно изменяется во времени. Он колеблется между своей максимальной пиковой точкой и своей минимальной пиковой точкой вдоль общей контрольной точки. Результирующая форма волны может быть синусоидальной, прямоугольной, треугольной, зубчатой ​​и т. Д. Наиболее распространенная форма волны переменного тока, которую мы используем в наших домах, – это синусоидальная волна.

Частота и фаза

Мы уже знаем, что переменный ток имеет определенную частоту, и мы знаем, что частота влияет на реактивное сопротивление конденсатора и катушки индуктивности.Следовательно, переменный ток вносит в цепь реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление вызывает разность фаз между волнами напряжения и тока. Мы также можем сказать, что по этой причине коэффициент мощности присутствует только в системах переменного тока. Поскольку коэффициент мощности определяется как cos (θ), где θ – это разность фаз между формой волны напряжения и формой волны тока

Разность фаз – это разность относительно временного сдвига между двумя волнами переменного тока. В таких случаях величина одной волны отстает от величины другой волны.Это вызывает потерю мощности в цепи. Чтобы обеспечить полную мощность нагрузки, переменное напряжение и ток должны быть синхронизированы (или синфазны). Таким образом, коэффициент мощности колеблется от cos 0 ° (коэффициент мощности = 1, разность фаз 0 °) до cos 90 ° (коэффициент мощности = 0, разность фаз 90 °).

Формулы переменного тока, напряжения, сопротивления и мощности

Переменный ток

Однофазные цепи переменного тока

  • I = P / (V x Cosθ)
  • I = (V / Z)

Трехфазные цепи переменного тока

Напряжение переменного тока

Однофазные цепи переменного тока

  • В = P / (I x Cosθ)
  • В = I / Z

Трехфазные цепи переменного тока

900 Сопротивление переменному току

  • Z = √ (R 2 + X L 2 )… В случае индуктивной нагрузки
  • Z = √ (R 2 + X C 2 )… In случай емкостной нагрузки
  • Z = √ (R 2 + (X L – X C ) 2 … В случае как индуктивной, так и емкостной нагрузки.

Питание переменного тока

Однофазные цепи переменного тока

  • P = V x I x Cosθ (в однофазных цепях переменного тока)

Трехфазные цепи переменного тока

Активная мощность

  • P = √3 x V L x I L x Cosθ (в трехфазных цепях переменного тока)
  • P = 3 x V Ph x I Ph x Cosθ
  • P = √ (S 2 – Q 2 )
  • P = √ (VA 2 – VAR 2 )

Реактивная мощность

  • Q = VI Sinθ
  • VAR = √ (VA 2 – P 2 )
  • kVAR = √ (kVA 2 – kW 2 )

Полная мощность

  • S = √ (P + Q 2 )
  • kVA = √kW 2 + kVAR 2

Комплексная мощность

  • S = VI
  • S = P + jQ… (In дуктивная нагрузка)
  • S = P – jQ… (емкостная нагрузка)

Где

  • I = ток в амперах (A)
  • V = напряжение в вольтах (В)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)
  • Cosθ = R / Z = коэффициент мощности
  • Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока
  • I Ph = фазный ток
  • I L = линейный ток
  • V Ph = фазное напряжение
  • V L = линейное напряжение
  • X L = индуктивное реактивное сопротивление = 2πfL… где L = индуктивность в Генри.
  • X C = емкостное реактивное сопротивление = 1 / 2πfC… где C = емкость в фарадах.

Постоянный ток (DC)

Тип электрического тока, направление которого не меняется, называется постоянным током или DC. Это однонаправленный ток, который течет только в одном направлении и, в отличие от переменного тока, не течет в обратном направлении. Поскольку направление тока не меняет полярность его напряжения также не меняют. Следовательно, постоянный ток всегда обозначается положительным (+) и отрицательным (-). Маркировка

Поколение

Постоянный ток может генерироваться разными способами.Тот же метод генерации переменного тока можно использовать для генерации постоянного тока, подключив устройство, называемое коммутатором. Коммутатор – это вращающееся устройство, обеспечивающее однонаправленность тока.

Постоянный ток обычно генерируется с помощью батарей и элементов. Батареи содержат химическое вещество, которое при химической реакции выделяет электроны и подает их в электрическую цепь.

Переменный ток также можно преобразовать в постоянный с помощью устройства, называемого выпрямителем.

Форма волны

У постоянного тока нет определенной формы волны, потому что он течет только в одном направлении. Если вы подключите постоянный ток к осциллографу, он покажет прямую линию. Однако, если напряжение пульсирует, скажем, в цифровой схеме, которая работает только от постоянного напряжения, форма сигнала может выглядеть как последовательность импульсов или прямоугольные волны. Но форма волны никогда не опускается ниже 0 В.

Формулы постоянного тока, напряжения, сопротивления и мощности

Постоянный ток

Постоянное напряжение

  • В = I x R
  • В = P / I
  • В = √ (P x R)

Сопротивление постоянному току

Питание постоянного тока

Где

  • I = ток в амперах (A)
  • V = напряжение в вольтах (В)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)

Хранение и преобразование между переменным и постоянным током

В повседневной жизни нам нужны оба типа электрического тока.Цифровые устройства, такие как смартфоны, ноутбуки, компьютеры и т. Д., Работают от постоянного тока, в то время как наши домашние и кухонные приборы, такие как вентиляторы, лампы, микшеры и т. Д., Работают от переменного тока.

Переменный и постоянный ток взаимозаменяемы. Их можно легко преобразовать из одной формы в другую. Устройство, которое преобразует переменного тока в постоянный ток , называется Rectifier , а устройство, которое преобразует постоянного тока в переменный ток , называется Inverter . Мы используем оба из них для преобразования между источниками питания в соответствии с нашими потребностями.

Розетки в нашем доме обеспечивают питание переменного тока, но когда нам нужно запитать устройство постоянного тока с помощью той же розетки, мы используем выпрямитель (например, блок питания в ПК или адаптер питания в кабеле ноутбука). Это помогает нам использовать один и тот же источник питания для питания обоих типов устройств. И мы также можем использовать источник постоянного тока для аккумуляторов для питания устройств переменного тока с помощью инверторов.

Но существует ограничение переменного тока, то есть электрический ток может сохраняться только тогда, когда он находится в форме постоянного тока.Следовательно, переменный ток преобразуется в плавный постоянный ток перед зарядкой аккумулятора, например, в мобильных телефонах.

Зарядное устройство обеспечивает мобильность и возможность беспроводной связи для устройства. Он также используется в качестве аварийного резервного питания в суровых условиях для питания важного оборудования, такого как больницы и т. Д.

Преобразование и передача напряжения

Линии передачи испытывают потери мощности (I 2 R) в виде тепла из-за величине тока, протекающего через них.Чтобы уменьшить ток, мы увеличиваем напряжение, чтобы поддерживать ту же мощность (P = I * V).

В переменном токе напряжения можно легко преобразовать между высоким и низким напряжением с помощью устройства, называемого трансформатором . Мы используем повышающие трансформаторы на генерирующих станциях для повышения напряжения для передачи на большие расстояния. Кроме того, с помощью понижающего трансформатора , который обычно устанавливается на опорах электросети, те же самые напряжения снижаются до безопасного уровня для домашнего или коммерческого использования.

Потери при высоковольтной передаче постоянного тока очень малы, и для этого требуется только два провода, но его обслуживание и преобразование между высоким и низким напряжением очень дорого, поэтому он никогда не применялся. Напряжение постоянного тока опасно, чем переменное, потому что переменное напряжение колеблется, а постоянное – это постоянный поток тока, и он никогда не отпустит вас.

Основные различия между переменным и постоянным током (напряжение и ток)

В следующей таблице показано сравнение и основные различия между переменным током «AC» и постоянным током «DC».

Характеристики Переменный ток – AC Постоянный ток – DC
Определение Электрический ток, который периодически течет вперед и назад. Электрический ток, который течет только в прямом направлении
Символ
Направление тока Он является двунаправленным, то есть может течь как в прямом, так и в обратном направлении. Он однонаправлен и течет только в одном направлении, т.е. вперед
Напряжение и ток Ток и напряжение непрерывно меняются. Ток и напряжение постоянны.
Полярность В переменном токе нет полярности, потому что он колеблется. Имеется фиксированная полярность постоянного тока, отмеченная положительным (+) и отрицательным (-) знаками
Перестановка клемм или полярность Перестановка клеммы источника не повлияет на схему Перестановка клеммы источника может повредить схему.
Частота Частота переменного тока обычно составляет 50 или 60 Гц Частота постоянного тока равна 0.
Комплексное сопротивление Переменный ток вносит в цепь реактивное сопротивление, поэтому возникает комплексное сопротивление. Цепь постоянного тока имеет чисто резистивные нагрузки. Таким образом, полное сопротивление является чисто резистивным.
Коэффициент мощности Коэффициент мощности переменного тока всегда равен или находится в диапазоне от 1 до 0. Частота равна 0, поэтому коэффициент мощности всегда равен 1.
Поколение Переменный ток генерируется с помощью генератора переменного тока. Он создается с помощью коммутатора с генератором, солнечных батарей и химической реакции в батареях и элементах.
Форма волны Переменный ток может быть синусоидальной, квадратной, треугольной, зубчатой ​​и т.д.
Преобразование Выпрямитель используется для преобразования его в постоянный ток Инвертор используется для преобразования его в переменный ток
Хранение Не может храниться Его можно хранить напрямую.
Передача Есть некоторые потери при передаче на большие расстояния. Имеет очень низкие потери при передаче высокого напряжения на большие расстояния.
Линии передачи Для передачи требуется минимум 3 отдельных проводника Для передачи требуется только 2 проводника
Стоимость передачи и техническое обслуживание Это дорого, но обслуживание и преобразование напряжения проще чем DC Это дешевле, но его обслуживание довольно опасно и дороже, чем AC
Опасность Переменный ток менее опасен, чем постоянный ток, потому что он достигает 0 В через определенные промежутки времени.(нельзя играть с высоким напряжением) Постоянный ток очень опасен и опасен для жизни, чем переменный ток, потому что он поддерживает постоянный ток.

Похожие сообщения:

3.5 Сравнение переменного и постоянного тока

переменного тока

Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он также становится постоянным.Постоянный ток (DC) – это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) – это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая удовлетворяет многие наши потребности.На рисунке 3.19 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рис. 3.19 (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Рисунок 3.20. Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано на рисунке. Математическое выражение для VV дается формулой V = V0sin 2 πft. V = V0sin 2 πft. size 12 {V = V rSub {size 8 {0}} “sin” “2” π ital “ft”} {}

На рисунке 3.20 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, равным

. 3.38 V = V0sin 2πft, V = V0sin 2πft, размер 12 {V = V rSub {size 8 {0}} “sin” “2” π ital “ft”} {}

, где VV размер 12 {V} {} – напряжение в момент времени t, t, размер 12 {t} {} V0V0 размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} – пиковое напряжение, а размер ff 12 {f} {} – частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления I = V / R, I = V / R, размер 12 {I = ital “V / R”} {}, поэтому переменный ток равен

3.39 I = I0 sin 2πft, I = I0 sin 2πft, размер 12 {I = I rSub {size 8 {0}} “sin 2” π ital “ft”} {}

где II размер 12 {I} {} – ток в момент времени t, t, размер 12 {t} {} и I0 = V0 / RI0 = V0 / R размер 12 {I rSub {size 8 {0}} = V rSub {size 8 {0}} ital “/ R “} {} – пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на Рисунке 3.19 (b).

Ток в резисторе меняется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку I = V / R.I = V / R. размер 12 {I = ital “V / R”} {} Если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, например, он становится ярче и гаснет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность P = IV.P = IV. размер 12 {P = ital “IV”} {} Используя выражения для II размера 12 {I} {} и VV размера 12 {V} {} выше, мы видим, что зависимость мощности от времени равна P = I0V0sin2 2πftP = I0V0sin2 2πft размер 12 {P = I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}} “sin” rSup {size 8 {2}} “2” π ital “ft”} {}, как показано на Рисунок 3.21.

Установление соединений: домашний эксперимент – лампы переменного / постоянного тока

Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами своей машины? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение. Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рис. 3.21. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0 размером 12 {I rSub {размер 8 {0}} В rSub {размер 8 {0}}} {}.Средняя мощность (1/2) I0V0. (1/2) I0V0. размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}}} {}

Чаще всего нас беспокоит средняя мощность, а не ее колебания – этот 60-ваттный свет Например, средняя потребляемая мощность лампы в настольной лампе составляет 60 Вт. Как показано на Рис. 3.21, средняя мощность PavePave размером 12 {P rSub {size 8 {“ave”}}} {} составляет

3.40 Pave = 12I0V0.Pave = 12I0V0. размер 12 {P rSub {size 8 {“ave”}} = {{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}}} {}

Это видно из график, поскольку области выше и ниже (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}} } {} равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем средний или среднеквадратичный ток IrmsIrms размером 12 {I rSub {size 8 {“rms”}}} {} и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms, размер 12 {V rSub {size 8 {“rms”}}} {} быть,

3.41 Irms = I02Irms = I02 размер 12 {I rSub {size 8 {“rms”}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}}} {}

и

3,42 Vrms = V02, Vrms = V02, размер 12 {V rSub {size 8 {“rms”}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {}

, где rms обозначает среднеквадратическое значение, особый вид среднего.Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее значение (или среднее значение) и извлекается квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь

3,43 Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {“ave”}} = I rSub {size 8 {“rms”}} V rSub {size 8 {“rms”}}} {}

что дает

3.44 Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, размер 12 {P rSub {size 8 {“ave”}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}) }} cdot {{V rSub {размер 8 {0}}} больше {sqrt {2}}} = {{1} больше {2}} I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0} }} {}

, как указано выше.Стандартной практикой является указание IrmsIrms размера 12 {I rSub {size 8 {“rms”}}} {}, VrmsVrms размера 12 {V rSub {size 8 {“rms”}}} {} и размера PavePave 12 {P rSub {size 8 {“ave”}}} {}, а не пиковые значения. Например, напряжение в большинстве домашних хозяйств составляет 120 В переменного тока, что означает, что величина VrmsVrms 12 {V rSub {size 8 {“rms”}}} {} равна 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет длительную работу IrmsIrms. 12 {I rSub {size 8 {“rms”}}} {} больше 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave = 1.0 кВт, Pave = 1,0 кВт, размер 12 {P rSub {size 8 {“ave”}} = 1 “.” 0` “кВт”} {} и так далее. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи.

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока записан закон Ома

3.45 Irms = VrmsR.Irms = VrmsR. размер 12 {I rSub {size 8 {“rms”}} = {{V rSub {size 8 {“rms”}}} больше {R}}} {}

Различные выражения для мощности переменного тока PavePave размер 12 {P rSub {размер 8 {“ave”}}} {}

3.46 Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {размер 8 {“среднеквадратичное значение”}} = I rSub {размер 8 {“rms”}} V rSub {размер 8 {“rms”}}} {} 3,47 Pave = Vrms2R, Pave = Vrms2R, размер 12 {P rSub {size 8 {“ave”}} = {{V rSub {size 8 {“rms”}} rSup {размер 8 {2}}} больше {R}} } {}

и

3.48 Проложить = Irms2R. Проложить = Irms2R. размер 12 {P rSub {size 8 {“ave”}} = I rSub {size 8 {“rms”}} rSup {size 8 {2}} R} {}

Пример 3.9 Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока? (б) Какова пиковая потребляемая мощность 60-го.Лампа переменного тока 0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что размер 12 VrmsVrms {V rSub {размер 8 {“rms”}}} {} составляет 120 В, а размер PavePave 12 {P rSub {size 8 {“ave”}}} {} – 60,0 Вт. можно использовать Vrms = V02Vrms = V02, размер 12 {V rSub {size 8 {“rms”}} = {{V rSub {size 8 {0}}} над {sqrt {2}}}} {}, чтобы найти пиковое напряжение , и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (а)

Решение уравнения Vrms = V02Vrms = V02 size 12 {V rSub {size 8 {“rms”}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {} для пика напряжение V0V0 размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} и замена известного значения на VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {“rms”}}} {} дает

3.49 V0 = 2Vrms = 1,414 (120 V) = 170 V.V0 = 2Vrms = 1,414 (120 V) = 170 V. Размер 12 {V rSub {размер 8 {0}} = sqrt {2} V rSub {size 8 { “rms”}} = “1” “.” “414” \ (“120” “V” \) = “170 В”} {}

Обсуждение для (а)

Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –170 В – 170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение.Таким образом,

3,50 P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave.P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave. размер 12 {P rSub {размер 8 {0}} = I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} = “2” осталось ({{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}} right) = “2” P rSub {size 8 {“ave”}}} {}

Мы знаем, что средняя мощность составляет 60,0 Вт, поэтому

3,51 P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. Размер 12 {P rSub {size 8 {0}} = “2” \ (“60” “.” “0 Вт “\) =” 120 Вт “} {}

Обсуждение

Таким образом, мощность меняется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Электрический ток – это количество электрических зарядов, проходящих по проводу, относительно времени. Когда батарея подключается через проводник, электроны перемещаются от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи. Они движутся с очень высокой скоростью (превышающей скорость света) и, таким образом, производят некоторое количество тепловой энергии. Благодаря этому светятся лампочки.

Электрический ток подразделяется на два типа: переменного тока, (переменного тока) и постоянного тока, (постоянный ток).Разница в том, что постоянный ток течет в одном направлении, а переменный ток быстро меняет свое направление. И переменный, и постоянный ток имеют свое собственное применение, но переменный ток является более распространенным типом тока, который мы сегодня используем дома, в офисе и т. Д.

Никола Тесла и Томас Эдисон изобрели переменный и постоянный ток соответственно. Они боролись за стандартизацию нынешних обозначений. В конце концов, AC выиграл битву, когда запустил France Fair и, наконец, появился на свет.

Переменный ток (AC)

Электрический ток – это ток, который меняет направление много раз в секунду с регулярными интервалами.Обычно используется в источниках питания. Количество раз, когда ток меняет свое направление за одну секунду, можно определить как частоту переменного тока. 50 Гц. частота означает, что она изменяется 50 раз в секунду. Частота в США 60 Гц. в то время как в Индии это 50 Гц.

переменного тока генерируется устройствами, называемыми генераторами переменного тока. Генератор – это машина, преобразующая механическую энергию в переменный ток. Он работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Здесь механические источники механической энергии включают паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания и водяные турбины.Сегодня генератор обеспечивает почти всю мощность электрических сетей.

Форма волны переменного тока

AC может быть представлен множеством форм сигналов, таких как треугольная волна, прямоугольная волна, но наиболее распространенным представителем является синусоидальная волна. Он представлен амплитудой и временем. Амплитуда – это пиковое значение тока.

Форма сигнала переменного тока

Применения переменного тока:

AC широко используется в отраслях транспорта и производства электроэнергии. Практически каждый дом питается от сети переменного тока.Переменный ток также используется для питания электродвигателей. Постоянный ток не используется для электроснабжения домов из-за высокого риска затрат и преобразования напряжений.

Преимущества AC:

  • Переменный ток генерировать легче, чем постоянный.
  • Это дешевле.
  • Потери энергии при передаче незначительны.
  • AC можно легко преобразовать в постоянный ток.
  • Легко передать.
  • В переменном токе сопротивление больше постоянного.

Недостатки АС:

  • При высоком напряжении опасно работать с переменным током, поскольку удар переменного тока привлекателен, но удар постоянного тока имеет отталкивающий характер.
  • AC неэффективен и требует управления коэффициентом мощности для повышения эффективности.
  • Большинство устройств не работают напрямую от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Под постоянным током понимаются электрические заряды, протекающие в одном направлении. Этот тип тока чаще всего вырабатывается батареями.

Форма сигнала постоянного тока

Цепи постоянного тока имеют однонаправленный поток тока и, как и переменный ток, он не меняет направление периодически.

Форма сигнала постоянного тока представляет собой чистую синусоидальную волну.Как видите, напряжение постоянно во времени.

Форма сигнала постоянного тока

Приложения постоянного тока:

Питание постоянного тока широко применяется в низковольтных устройствах, таких как зарядка аккумуляторов, автомобильных и авиационных приложениях, а также почти во всех электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, музыкальные плееры и т. Д.

Преобразование переменного тока в постоянный:

Получаем DC от следующих вещей:

  1. Батареи, в которых происходят химические реакции, а затем эта химическая энергия преобразуется в электрическую.
  2. Преобразование переменного тока в постоянный через выпрямитель. Выпрямитель – это электронная схема, преобразующая переменный ток в постоянный. Эти выпрямители можно увидеть в наших мобильных зарядных устройствах, аккумуляторных батареях и т. Д. Большинство устройств питаются или заряжаются косвенно от переменного тока, а затем этот переменный ток преобразуется в постоянный ток.

Источники переменного и постоянного тока:

Источники переменного и постоянного тока могут быть обозначены этими символами.

Обозначения источников напряжения постоянного и переменного тока

Направление тока изменяется с регулярным интервалом времени в источнике переменного тока, в то время как в источнике постоянного тока изменение направления является постоянным.Вы можете увидеть разницу на рисунке ниже:

Направление тока

Преимущества DC:

  1. Он может питать большинство электронных устройств.
  2. Хранить DC легко.
  3. Постоянный ток менее опасен, чем переменный ток, потому что подушка постоянного тока отталкивает.

Недостатки ДЦ:

  1. Дороже в производстве.
  2. Трудно транспортировать.
  3. Трудно генерировать постоянный ток по сравнению с переменным током.

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Томас Эдисон предложил сеть электростанций, которые вырабатывают энергию постоянного тока, и они могут обеспечивать электроэнергией дома ближе к 1 миле от этой электростанции. DC очень сложно перевезти из одного места в другое. Итак, Тесла придумал источник переменного тока, но Эдисон считал этот тип тока чрезвычайно опасным. Затем Westinghouse работал над системой распределения электроэнергии, используя патенты Tesla. Переменный ток можно легко транспортировать из одного места в другое с помощью трансформатора.Это может обеспечить электроэнергию дома за много миль от электростанций и, таким образом, охватить большее количество людей. AC наконец появился, когда он успешно работал на выставке France Fair.

Разница между переменным током (AC) и постоянным током (DC)

Основное различие между переменным и постоянным током – это их направления. Переменный ток меняет свое направление через равные промежутки времени, в то время как постоянный ток является однонаправленным потоком. Благодаря множеству преимуществ переменного тока, он используется для питания наших домов и офисов, в то время как постоянный ток используется для питания маломощных устройств.Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. Напротив, постоянный ток присутствует почти во всей электронике.

Резюме

Таким образом, переменный и постоянный ток – это два типа электрического тока. У обоих есть свои преимущества и недостатки. Переменный ток более широко используется для питания зданий и офисов, в то время как постоянный ток более широко используется для питания электронных устройств. Наш образ жизни зависит от них обоих.

Разница мощности постоянного и переменного тока | Тех

Электричество бывает двух типов: постоянного и переменного тока.

Есть два метода электрического тока. Это постоянный ток (DC) и переменный ток (AC).
Постоянный ток – это метод, при котором электричество всегда течет в определенном направлении по сравнению с потоком река. Он относится к потоку электричества, полученному от батарей, батарей, солнечных элементов и т. Д.
С другой стороны, переменный ток (AC) – это метод, в котором положительные и отрицательные стороны постоянно периодически переключается, и соответственно меняется направление потока электричества.Это поток электричество, полученное от генератора или розетки. Электроэнергия, производимая на электростанциях и отправляемая в дома, также передается как переменный ток.
На схеме ниже показан поток электроэнергии постоянного и переменного тока.

В постоянном токе напряжение всегда постоянно, а электричество течет в определенном направлении. Наоборот, в переменном токе напряжение периодически меняется с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительный, и направление тока также периодически меняется соответственно.
В постоянном токе напряжение всегда постоянно, а электричество течет в определенном направлении. Наоборот, в переменном токе напряжение периодически меняется с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительный, и направление тока также периодически меняется соответственно.

Характеристики блока питания постоянного тока

Постоянный ток, при котором электричество всегда течет в постоянном направлении, имеет следующие достоинства и недостатки.

Преимущества

  • Нет опережения или задержки в цепи
  • Реактивная мощность не генерируется
  • Может хранить электроэнергию

Недостаток

  • Прерывание тока затруднено
  • Трудно преобразовать напряжение
  • Сильный электролитический эффект

В переменном токе направление тока постоянно меняется.Поэтому, когда конденсатор или индуктор включен в цепь, например, есть задержка или опережение тока, протекающего в нагрузку в зависимости от поведения напряжения.
Однако при постоянном токе напряжение и направление тока всегда постоянны, поэтому поведение конденсаторов и катушек также всегда постоянна. Следовательно, в округе Колумбия нет опережения или задержки в схема.
При переменном токе (AC) направление тока переключается, поэтому не все электричество проходит через нагрузка, и некоторая мощность генерируется просто перемещаясь туда и обратно между нагрузкой и источником питания.Этот называется реактивной мощностью.
При постоянном токе все электричество проходит через нагрузку, потому что ток всегда протекает с постоянным током. направление. Это изображение выталкиваемого гребешка. Следовательно, реактивная мощность не генерируется и мощность можно эффективно использовать.
Еще одним преимуществом постоянного тока является то, что он может накапливаться в батареях, батареях, конденсаторах и т. Д.

С другой стороны, у постоянного тока тоже есть свои недостатки.Один из них – это то, что трудно прервать электрический ток. Поскольку к постоянному току всегда прикладывается постоянное напряжение, особенно при высоком напряжении, в момент прерывания могут возникнуть такие проблемы, как дуга (искры), или может возникнуть риск поражения электрическим током. в окрестностях.
В случае переменного тока, когда напряжение переключается с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное, напряжение на мгновение падает до нуля. Если вы стремитесь к моменту, когда напряжение низкое, вы можете прервать ток безопаснее, чем с постоянным током.
Кроме того, при преобразовании постоянного напряжения необходимо один раз преобразовать его в переменный, а затем снова обратно в постоянный. Для этого По этой причине оборудование для преобразования постоянного напряжения больше и дороже, чем переменного тока.
Еще одним недостатком постоянного тока является сильная коррозия подземных труб и изоляторов, необходимых для передача энергии. Поскольку электричество всегда течет в одном и том же направлении на постоянном токе, коррозия передачи энергии оборудования увеличивается из-за электростатической индукции и электрической коррозии.
Это постоянный ток, который исходит из хранимых предметов, таких как батареи, батареи и конденсаторы. Следовательно, продукты с питанием от батареек совместимы с постоянным током.
С другой стороны, в обычном доме источником питания является переменный ток, но то, что используется в электронных устройствах. например, компьютеры и бытовая техника, например телевизоры, имеют постоянный ток. Для запуска таких устройств необходимо установить кондиционер от розетка преобразуется в постоянный ток с помощью конденсаторов и других устройств.
Однако в центрах обработки данных, где в основном используется постоянный ток, использование источников питания постоянного тока продвигается, чтобы для уменьшения потерь при преобразовании переменного тока в постоянный.

Характеристики блока питания переменного тока

AC, с его циклическим положительным и отрицательным напряжением, имеет следующие преимущества и недостатки.

Преимущества

  • Меньше потери мощности из-за передачи высокого напряжения
  • Легко трансформируется
  • Легко отключить при подаче электроэнергии
  • Не нужно беспокоиться о положительном и отрицательном напряжении

Недостатки

  • Требуется более высокое напряжение, чем заданное напряжение
  • Под воздействием катушек и конденсаторов
  • Не подходит для передачи на сверхдальние расстояния

Особенно при передаче мощности на большие расстояния, например, от электростанции в городскую зону, очень высокое напряжение 600000 В (вольт) используется для повышения эффективности передачи.Это связано с тем, что потери мощности намного больше, когда мощность передается при низком напряжении.
Это связано с тем, что когда электричество подается на провод той же длины (сопротивления) в течение того же времени, выделяется тепло пропорционально квадрату тока. Поскольку тепло – это энергия, которая ускользает, это потеря мощности.
Например, если вам нужна мощность 3000 Вт (ватт), при напряжении 100 В вам потребуется ток 30 А (амперы), а при напряжении 1000 В вам потребуется всего 3 А.
Другими словами, если напряжение увеличивается в 10 раз, величина тока будет уменьшена до 1/10, а результирующая потеря мощности может быть уменьшена до 1/100 или квадрата 1/10.По этой причине для передачи на большие расстояния используются очень высокие напряжения.
Конечно, напряжение как таковое нельзя использовать в домах и офисах. Поставляемое напряжение составляет 100000 В для крупных заводов, 6600 В для зданий и 200 или 100 В для домов и офисов.
Следовательно, напряжение, подаваемое с электростанции, необходимо снизить в соответствии с регионом или местоположением.
По сравнению с постоянным током, переменный ток может быть легко преобразован трансформаторами с использованием трансформаторов, что делает его более подходящим для электроснабжения в качестве инфраструктуры.

Еще одно преимущество переменного тока состоит в том, что его легко отключить во время подачи питания, поскольку время, в которое напряжение падает до нуля, приходит периодически.
Его также можно использовать, не различая положительный и отрицательный, как бытовой блок питания (розетку), что упрощает подключение и эксплуатацию устройств.
С другой стороны, переменный ток требует более высокого напряжения, чем заданное напряжение для требуемого количества тепла, потому что значение напряжения всегда меняется, и бывают моменты, когда напряжение падает до нуля.
Форма волны переменного напряжения синусоидальная, а максимальное напряжение в √2 раз больше рабочего значения. Характеристики изоляции и характеристики оборудования должны быть выше действующего значения.
Еще одной характеристикой переменного тока является то, что на него сильно влияют катушки и конденсаторы. Катушки и конденсаторы генерируют напряжения, которые заставляют ток течь в направлении, противоположном направлению тока, вызывая опережение или запаздывание тока в цепи.
Электроэнергия, вырабатываемая и отправляемая на электростанцию, представляет собой переменный ток.На электростанции одновременно посылаются три волны переменного тока, причем форма волны переменного тока смещена на 120 градусов. Этот вид электричества называется трехфазным переменным током.

Есть два типа переменного тока: однофазный и трехфазный. Трехфазный переменный ток используется в первую очередь для передачи электроэнергии высокого напряжения. Когда он подается в бытовую розетку, он преобразуется в одну фазу вместе с преобразованием напряжения.
AC используется в общих источниках питания (розетках) и используется в двигателях, не требующих деликатного управления, таких как пылесосы и вентиляторы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *