Чем отличается переменный ток от постоянного тока простыми словами: В чем разница между постоянным и переменным током — T&P

Содержание

Чем отличается переменный ток от постоянного — объяснение простыми словами

В электричестве есть два рода тока – постоянный и переменный. Устройства также требуют для питания один или другой вид тока. От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность после подключения к неправильному питанию. Чем отличается переменный ток от постоянного мы расскажем в этой статье, дав краткий ответ наиболее простыми словами.

  • Определение
  • Происхождение
  • Формулы для расчета постоянного тока
  • Формулы для расчета переменного тока

Определение

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.

Переменный ток (Alternative Current – AC) отличается от постоянного (Direct Current – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении. Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени. Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).

Для так сказать чайников в электрике изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:

Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток. Вы можете видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.

Если сказать по-простому, то разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах. Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля. Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).

Происхождение

Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.

Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.

Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.

Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.

Формулы для расчета постоянного тока

Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:

E=I/R

E=I/(R+r)

Мощность также просто рассчитываются:

P=UI

Формулы для расчета переменного тока

В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:

Для ёмкости:

Для индуктивности:

Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.

Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:

wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.

На видео ниже более подробно рассказывается, в чем отличие переменного тока от постоянного:

Материалы по теме:

  • Как повысить постоянное и переменное напряжение
  • Что такое активная, реактивная и полная мощность
  • Что такое линейное и фазное напряжение

«Чем переменный ток отличается от постоянного?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

Физика

Анонимный вопрос

  ·

127,9 K

ОтветитьУточнить

Asutpp

1,2 K

⚡Информационный сайт «ASUTPP». Статьи и рекомендации по ремонту электрооборудования…  · 15 дек 2019  · asutpp.ru

Отвечает

Юрий Макаров

Переменный ток представляет собой движение заряженных частиц, которое обуславливается приложенным к проводнику переменным электромагнитным полем или электродвижущей силой. Которое постоянно воздействует на носители зарядов в проводящей среде (ионы или электроны, в зависимости от типа материала) и создает колебательные движения с определенной частотой. В бытовой сети, к примеру, частота изменения направления движения заряженных частиц составляет 50Гц.

Постоянный ток, в сравнении с переменным, имеет постоянную по величине электромагнитную силу, воздействующую на проводник. Поэтому все носители заряда в проводнике движутся в одном направлении – от точки с большим потенциалом, к точке с меньшим. Величина постоянного тока, при сравнении его с переменным, никак не изменяется.

Это отличие продемонстрировано на рисунке ниже:

Как видите, для постоянного тока, в какую бы единицу времени вы не сравнили величину тока, она всегда будет одинаковой. Для переменного тока, амплитуда с течением времени постоянно изменяется.

Помимо этого, переменный ток имеет отличное воздействие на электрические приборы и элементы цепи, к примеру, на те же катушки индуктивности, конденсаторы и полупроводниковые элементы. Для каждого рода тока разрабатываются свои типы электрических машин, так как переменный ток не сможет вращать двигатель постоянного тока, а постоянный переменного, или трансформатор не сможет преобразовать величину постоянного напряжения.

P.S. Для дополнительного чтения рекомендую статью на своем сайте — https://www.asutpp.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html

Больше полезной информации по электрике вы можете найти на нашем сайте:

Перейти на asutpp.ru

51,9 K

Ed Pro

16 января 2020

никакие частицы не проходят через физические тела не повреждая их ))) и электрический ток не является частицами а. .. Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Александр Алешин

Финансы

657

Банки, инвестиции, страхование, негосударственное пенсионное страхование, экономика  · 14 авг 2018

Самый простой пример: в РЖД есть электрификация двух типов переменного тока и постоянного (для электричек, электровозов). Переменный ток течёт по проводам то в одном, то в другом направлении и имеет на разных участках контактной сети разное напряжение (в любом доме ток переменный), в связи с чем имеет наименьшую эффективность перед постоянным током. Постоянный ток течёт… Читать далее

Татьяна З.

1 ноября 2019

и имеет на разных участках контактной сети разное напряжение ( АГА 50 раз в секкунду

Комментировать ответ…Комментировать…

sdgfsdgs

3,4 K

Веселый и отличный парень. Получил большой урок от жизни.  · 13 авг 2018

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

16,3 K

Сергей

23 января 2020

Эдисон и Тесла Вам подскажут

Комментировать ответ…Комментировать…

Артем Калинин

8 окт 2022

Постоянный электрический ток всегда стабилен (постоянен — из его же названия) по величине и направлению, а переменный с течением времени меняет свое направление и величину по определенному закону с заданной частотой. Например, в электродвигателе переменного тока магнитные полюса устройства постоянно вращаются в обмотках электромотора и направление тока в роторе… Читать далее

Владимир Яшагин

10 октября 2022

Автор не указал главные отличия токов.
Основное и главное отличие переменного тока от постоянного
-это способность… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Ашот Аверьян

19

20 янв 2020

Постоянный кислый на вкус, а переменный горьковат, после пробы першит горло. Пробывать не советую, врачи в поликлинике неодобрили.Всем бобра.не повторять!!!Н

14,2 K

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Ivan N.

1

3 окт 2019

переменный ток, это пульсирующий постоянный, по большому счёту, разница в количестве проводов и удобстве для энергетиков. Также важно при генерации электричества, и прочего

15,0 K

Сергей

23 января 2020

Всё зависит от расстояния. Постоянный ток на очень малое расстояние. Переменный на бесконечность

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Евгений Аркадьевич

35

4 авг 2019

Коэффициент полезного действия у постоянного тока выше чем у переменного.
По одному проводнику всегда идёт минус, по второму всегда идёт плюс, в переменном токе в одном проводе идёт то плюс то минус с частой смены потенциалов 50 раз в секунду.

32,7 K

Мурка

20 августа 2019

Доступно для гуманитарихи объяснила. Муж не смог))))))

Комментировать ответ…Комментировать…

Сергей

625

Видеоблогер, электронщик, мастер по ремонту бытовой техники и ПК.  · 13 авг 2018  ·

Stream6880

Переме́нный ток  — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению.
Постоя́нный ток  — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

69,4 K

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

1 ответ скрыт(Почему?)

Разница мощности постоянного и переменного тока | Tech

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, в отличие от течения реки. Он относится к потоку электричества, полученному от батарей, аккумуляторов, солнечных элементов и т. д.
С другой стороны, переменный ток (AC) представляет собой метод, при котором положительная и отрицательная стороны постоянно периодически переключаются, а направление потока соответственно изменяется электричество. Это поток электричества, получаемый от генератора или розетки. Электроэнергия, произведенная на электростанциях и отправленная в дома, также передается в виде переменного тока.
На приведенной ниже диаграмме показаны потоки электроэнергии постоянного и переменного тока.

При постоянном токе напряжение всегда постоянно, а электричество течет в определенном направлении. Напротив, в переменном токе напряжение периодически меняется с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительное, и соответственно периодически меняется и направление тока.
При постоянном токе напряжение всегда постоянно, и электричество течет в определенном направлении. Напротив, в переменном токе напряжение периодически меняется с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительное, и соответственно периодически меняется и направление тока.

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

Преимущества

  • Отсутствие опережения или задержки в цепи
  • Реактивная мощность не генерируется
  • Может накапливать электричество

Недостаток

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

В переменном токе направление тока постоянно меняется. Поэтому, когда в цепь включают, например, конденсатор или катушку индуктивности, происходит задержка или опережение тока, протекающего к нагрузке, в зависимости от поведения напряжения.
Однако при постоянном токе напряжение и направление тока всегда постоянны, поэтому поведение конденсаторов и катушек также всегда постоянно. Следовательно, при постоянном токе в цепи нет ни опережения, ни задержки.
В переменном токе (AC) направление тока переключается, поэтому не все электричество проходит через нагрузку, а некоторая мощность вырабатывается, просто перемещаясь между нагрузкой и источником питания. Это называется реактивной мощностью.
При постоянном токе вся электроэнергия проходит через нагрузку, поскольку ток всегда течет в постоянном направлении. Это изображение выталкиваемого гребешка. Следовательно, реактивная мощность не вырабатывается, и мощность может использоваться эффективно.
Еще одним преимуществом постоянного тока является то, что его можно накапливать от батареек, аккумуляторов, конденсаторов и т.п.

С другой стороны, постоянный ток также имеет свои недостатки. Одна из них заключается в том, что ток трудно прервать. Поскольку к постоянному току всегда прикладывается постоянное напряжение, особенно при высоком напряжении, в момент прерывания могут возникнуть такие проблемы, как дуги (искры), или может возникнуть риск поражения электрическим током в окружающей среде.
В случае переменного тока, когда напряжение переключается с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное, напряжение мгновенно падает до нуля. Если вы стремитесь к тому времени, когда напряжение низкое, вы можете прерывать ток более безопасно, чем при постоянном токе.
Также при преобразовании постоянного напряжения необходимо один раз преобразовать его в переменное, а затем снова обратно в постоянное. По этой причине оборудование для преобразования постоянного напряжения больше и дороже, чем оборудование переменного тока.
Еще одним недостатком постоянного тока является сильная коррозия подземных труб и изоляторов, необходимых для передачи электроэнергии. Поскольку электричество всегда течет в одном и том же направлении в постоянном токе, коррозия оборудования для передачи энергии увеличивается из-за электростатической индукции и электрической коррозии.
Это постоянный ток, который выходит из хранящихся элементов, таких как аккумуляторы, аккумуляторы и конденсаторы. Поэтому изделия с питанием от батареек совместимы с постоянным током.
С другой стороны, источником питания в обычном доме является переменный ток, но то, что используется в электронных устройствах, таких как компьютеры и бытовая техника, такая как телевизоры, представляет собой постоянный ток. Для работы таких устройств переменный ток из розетки преобразуется в постоянный с помощью конденсаторов и других устройств.
Однако в центрах обработки данных, где в основном используется постоянный ток, поощряется использование источников питания постоянного тока, чтобы уменьшить потери при преобразовании переменного тока в постоянный.

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

Преимущества

  • Меньшие потери мощности из-за передачи высокого напряжения
  • Легко трансформируется
  • Легко отключается при подаче питания
  • Не нужно беспокоиться о положительном и отрицательном напряжении

Недостатки

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

Особенно при передаче электроэнергии на большие расстояния, например, от электростанции в город, для повышения эффективности передачи используется очень высокое напряжение 600 000 В (вольт). Это связано с тем, что потери мощности намного больше, когда мощность передается при низком напряжении.
Это связано с тем, что при подаче электричества на провод одинаковой длины (сопротивления) в течение одинакового времени выделяется тепло пропорционально квадрату силы тока. Поскольку тепло — это энергия, которая уходит, это потеря мощности.
Например, если вам требуется мощность 3000 Вт (ватт), при напряжении 100 В вам потребуется ток 30 А (ампер), а при напряжении 1000 В вам потребуется ток всего 3 А.
Другими словами, если напряжение увеличить в 10 раз, величина тока уменьшится до 1/10, а результирующие потери мощности могут быть уменьшены 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. Подаваемое напряжение составляет 100 000 В для крупных заводов, 6 600 В для зданий и 200 В или 100 В для домов и офисов.
Следовательно, напряжение электроэнергии, отправляемой электростанцией, должно быть снижено в соответствии с регионом или местоположением.
По сравнению с постоянным током, переменный ток можно легко преобразовать с помощью трансформаторов, что делает его более подходящим для электроснабжения в качестве инфраструктуры.

Еще одним преимуществом переменного тока является то, что его легко отключить во время подачи питания, поскольку время, когда напряжение падает до нуля, наступает периодически.
Также можно использовать без различения плюса и минуса, как бытовой блок питания (розетку), что упрощает подключение и эксплуатацию устройств.
С другой стороны, переменный ток требует более высокого напряжения, чем целевое напряжение, для необходимого количества тепла, потому что значение напряжения постоянно меняется, и бывают моменты, когда напряжение достигает нуля.
Форма волны напряжения переменного тока синусоидальна, а максимальное напряжение в √2 раза превышает рабочее значение. Характеристики изоляции и технические 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, в результате чего ток в цепи опережает или отстает.
Электроэнергия, вырабатываемая и подаваемая на электростанцию, представляет собой переменный ток. На электростанции одновременно излучаются три волны переменного тока, причем форма волны переменного тока смещена на 120 градусов. Этот вид электричества называется трехфазным переменным током.

Существует два типа переменного тока: однофазный переменный ток и трехфазный переменный ток. Трехфазный переменный ток используется, прежде всего, для передачи электроэнергии высокого напряжения. При подаче в бытовую розетку происходит его преобразование в одну фазу вместе с преобразованием напряжения.
AC используется в общих источниках питания (розетках) и используется как есть для двигателей, не требующих деликатного управления, таких как пылесосы и вентиляторы.
С другой стороны, двигатели для кондиционеров, стиральных машин, холодильников и т. д. не используют переменный ток как таковой, а используют инверторы для точного управления.

Связанные технические статьи

  • Способ генерирования постоянного тока (DC)
  • Что такое блок питания постоянного тока? (Базовые знания)
  • Для обеспечения стабильного питания переменного тока
  • Для новых инженеров-электронщиков, как безопасно использовать блок питания
  • Типы и характеристики батарей (базовые знания)

Рекомендуемые продукты

Matsusada Precision производит и продает широкий спектр оборудования для источников питания, включая источники питания постоянного и переменного тока, высоковольтные источники питания, четырехквадрантные усилители и электронные нагрузки.

Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC)

  • Дом
  • Учебники
  • Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC)

≡ Страниц

Авторы:
Шон Хаймел

Избранное

Любимый

53

Гром!

Откуда австралийская рок-группа AC/DC получила свое название? Да ведь переменный ток и постоянный ток, конечно же! И AC, и DC описывают типы тока, протекающего в цепи. В постоянный ток (DC), электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. С другой стороны, электрический заряд переменного тока (AC) периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, поскольку ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свою музыкальную шкатулку Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также обладает некоторыми полезными свойствами, такими как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства передачи электроэнергии на большие расстояния.

Чему вы научитесь

  • История переменного и постоянного тока
  • Различные способы получения переменного и постоянного тока
  • Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

  • Что такое электричество
  • Что такое цепь?
  • Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома
  • Электроэнергия

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. Переменный ток используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. д.

Генерация переменного тока

Переменный ток можно производить с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой электрический генератор особого типа, предназначенный для выработки переменного тока.

Проволочная петля вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток вдоль проволоки. Вращение проволоки может осуществляться любыми способами: ветряной турбиной, паровой турбиной, проточной водой и так далее. Поскольку провод вращается и периодически переходит в другую магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:

(Видео предоставлено Khurram Tanvir)

Генерацию переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

трубы туда-сюда (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что сжатый участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Формы сигналов

Переменный ток может принимать различные формы, пока напряжение и ток являются переменными. Если мы подключим осциллограф к цепи с переменным током и построим график зависимости напряжения от времени, то сможем увидеть ряд различных сигналов. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную и треугольную волны:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и коммутационной электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и полезны для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоиды

Нам часто требуется описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоида состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза.

Глядя только на напряжение, мы можем описать синусоиду как математическую функцию:

V(t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение меняется с течением времени. Уравнение справа от знака равенства описывает изменение напряжения во времени.

V P это амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое может достигать наша синусоида в любом направлении, а это означает, что наше напряжение может быть +V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

Функция sin() указывает, что наше напряжение будет иметь форму периодической синусоиды, которая представляет собой плавное колебание около 0 В.

— это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (в радианах в секунду).

f описывает частоту синусоиды. Это дано в виде герц или единиц в секунду . Частота говорит, сколько раз конкретная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоиды — подъем и спад) возникает в течение одной секунды.

t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах). Поскольку время меняется, наша форма волны меняется.

φ описывает фазу синусоиды. Фаза — это мера того, насколько форма сигнала сдвинута во времени. Его часто задают в виде числа от 0 до 360 и измеряют в градусах. Из-за периодического характера синусоидальной волны, если форма волны смещается на 360°, она снова становится той же формой волны, как если бы она была сдвинута на 0°. Для простоты мы по-прежнему будем считать, что фаза равна 0° до конца этого урока.

Мы можем обратиться к нашему надежному поставщику за хорошим примером того, как работает сигнал переменного тока. В Соединенных Штатах электроэнергия, подаваемая в наши дома, представляет собой переменный ток с напряжением около 170 В от нуля до пика (амплитуда) и частотой 60 Гц (частота). Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить это уравнение. Если нет графического калькулятора, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам, возможно, придется использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и падает до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоиды. Если бы мы измерили напряжение в наших розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это также правильно. Как? Говоря о переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичное значение». (RMS). Часто полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере напряжение варьировалось от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Применение

Домашние и офисные розетки почти всегда подключены к сети переменного тока. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно легко. При высоких напряжениях (свыше 110 кВ) меньше потерь энергии при передаче электроэнергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее выделение тепла в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

Переменный ток также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на клеммах возникает напряжение!). Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. д., которые работают от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный ток. Вместо того, чтобы колебаться туда-сюда, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

Постоянный ток может быть получен несколькими способами:

  • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатором», может производить постоянный ток
  • Использование устройства под названием «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный
  • Батареи обеспечивают постоянный ток, который генерируется в результате химической реакции внутри батареи

Снова используя нашу аналогию с водой, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не будет течь по трубам.

Описание постоянного тока

Постоянный ток определяется как «однонаправленный» поток тока; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут меняться с течением времени, пока не меняется направление потока. Для упрощения предположим, что напряжение является константой. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1,5 В, что может быть описано в математических терминах как:

Если изобразить это во времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока будут обеспечивать постоянное напряжение во времени. В действительности батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. Для большинства целей мы можем предположить, что напряжение является постоянным.

Applications

Почти все электронные проекты и детали для продажи на SparkFun работают на DC. Все, что работает от батареи, подключается к розетке с помощью адаптера переменного тока или использует кабель USB для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

  • Мобильные телефоны
  • D&D Dice Gauntlet на базе LilyPad
  • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток поступает в телевизор, который преобразуется в постоянный ток)
  • Фонари
  • Гибридные и электрические транспортные средства

Битва течений

Почти каждый дом и офис подключен к сети переменного тока. Однако это решение было принято не в одночасье. В конце 1880-х годов множество изобретений в США и Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, купил патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

Переменный ток и постоянный ток

Томас Эдисон (Изображение предоставлено сайтом biography.com)

В конце 1800-х постоянный ток нельзя было легко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые могли бы снабжать энергией отдельные районы или районы города. Питание распределялось по трем проводам от силовой установки: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Свет и двигатели можно было подключить между розеткой +110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110В допускало некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дом, офис и т.д.).

Несмотря на то, что было учтено падение напряжения на линиях электропередач, электростанции должны были располагаться в пределах 1 мили от конечного потребителя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Никола Тесла (Изображение предоставлено wikipedia.org) Джордж Вестингауз (Изображение предоставлено pbs.org)

Используя патенты Теслы, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и снижения его до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо более низком токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления в проводах. В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль и обслуживать большее количество людей и зданий.

Клеветническая кампания Эдисона

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию, направленную на то, чтобы решительно воспрепятствовать использованию переменного тока в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации об переменного тока. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных электрическим током, пытаясь показать, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П. Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Эдисона, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк, использующий переменный ток.

Возникновение переменного тока

В 1891 году во Франкфурте (Германия) проходила Международная электротехническая выставка, на которой была представлена ​​первая на выставке передача трехфазного переменного тока на большие расстояния, от которого питались лампы и двигатели. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой. В следующем году была создана General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Компания Westinghouse выиграла контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции для использования энергии Ниагарского водопада и подачи переменного тока в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и промышленность Буффало начала получать электроэнергию переменного тока. Эта веха ознаменовала упадок постоянного тока в Соединенных Штатах. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220-240 вольт при 50 Гц, стандарт в Северной Америке станет 120 вольт при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока в 1880-х годах, которую можно было использовать для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и обслуживания систем Thury HVDC никогда не применялись почти столетие.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование переменного тока в постоянный. Для выработки электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (некоторые из них достигают 800 кВ) можно использовать специальное оборудование. В некоторых частях Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

Линии постоянного тока высокого напряжения имеют меньшие потери, чем эквивалентные линии переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. AC и DC могут сосуществовать, и каждый из них служит определенной цели.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны хорошо понимать различия между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более осуществимой. Постоянный ток, с другой стороны, встречается почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к сетевой розетке.

Back to top