Переменный ток или постоянный: «Чем переменный ток отличается от постоянного?» – Яндекс.Кью — ESR Energy — Дизельные генераторы, электростанции, цены на дизель-генераторные установки

Содержание

Каким образом происходит выпрямление переменного тока

Переменный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Как известно, электростанции вырабатывают переменный ток. Переменный ток легко преобразуется с помощью трансформаторов, он передается по проводам с минимальными потерями, на переменном токе работают многие электродвигатели, в конце концов, все промышленные и бытовые сети работают сегодня именно на переменном токе.

Однако для некоторых применений переменный ток принципиально не годится. Заряжать аккумуляторы необходимо постоянным током, электролизные установки питаются постоянным током, светодиоды требуют постоянного тока, и много где еще просто не обойтись без постоянного тока, не говоря уже о гаджетах, где изначально используются аккумуляторы.

Так или иначе, иногда приходится добывать постоянный ток из переменного путем его преобразования, для решения этой задачи и прибегают к выпрямлению переменного тока.

Для выпрямления переменного тока используют диодные выпрямители. Простейшая схема выпрямителя, содержащая всего один полупроводниковый диод, называется однополупериодным выпрямителем. Переменный ток здесь проходит через первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого одним своим выводом соединена с анодом диода, а другим — с цепью нагрузки, которая в свою очередь, будучи присоединена к катоду диода, замыкает вторичную цепь трансформатора.

Рассмотрим, что происходит в первый момент времени, когда к аноду диода приложено положительное, относительно его катода, напряжение, действующее в течение первого полупериода переменного тока.

В этот момент электроны движутся от катода к аноду диода, через провод вторичной обмотки трансформатора, через дроссель и далее через нагрузку, — так замыкается цепь.

Когда начинается противоположный полупериод, электроны от анода к катоду проникнуть не могут, поэтому тока в цепи во время этого полупериода нет. С наступлением следующего полупериода процесс повторяется.

Итак, поскольку ток в цепи течет лишь во время одного из полупериодов, такой тип выпрямления называется однополупериодным выпрямлением. А по причине того, что во время отрицательных полупериодов ток в цепь нагрузки не попадает, форма его получается пульсирующей, ведь действует он в одном направлении, хотя и изменяется по величине.

Сглаживающий фильтр, состоящий из дросселя (катушки индуктивности) и конденсаторов, применяется в данной схеме для того, чтобы снизить уровень пульсаций на нагрузке, и сделать ток почти идеально постоянным. Практически переменную составляющую схема фильтра в нагрузку не пропускает, пропускает лишь постоянную составляющую.

Катушка обладает индуктивным сопротивлением, которое зависит от частоты тока, и чем выше частота — тем больше индуктивное сопротивление катушки, поэтому переменной составляющей пульсирующего тока катушка сопротивляется. Постоянную составляющую катушка пропускает легко.

Конденсатор же пропускает переменную составляющую, но не пропускает постоянную, и чем выше частота тока, тем сильнее конденсатор ее пропускает. В общем и целом чем больше емкость конденсатора и чем выше индуктивность катушки дросселя — тем меньше ненужной переменой составляющей в постоянном токе, текущем конкретно через нагрузку.

Итак, когда в цепи действует положительная полуволна тока, первый конденсатор заряжается до амплитудной величины переменного напряжения вторичной обмотки (минус падение напряжения на диоде). Когда действует отрицательная полуволна, электричество в конденсатор не поступает, и он, разряжаясь на нагрузку, поддерживает в ней постоянный ток.

Если бы не было дросселя, то поскольку напряжение на конденсаторе в ходе данного процесса уменьшалось бы, ток на нагрузке так или иначе имел бы сильные пульсации. Чтобы пульсации понизить, в цепь и добавляется дроссель (катушка), да еще и с дополнительным конденсатором, расположенным за ним. Второй конденсатор принимает на себя ток, идущий через дроссель, который уже почти не содержит пульсаций.

Чтобы пульсации сгладить еще лучше, применяют двухполупериодный выпрямитель. Двухполупериодный выпрямитель может быть реализован одним из двух способов. Он может быть выполнен по мостовой схеме (состоящей из четырех диодов), либо включать в себя всего два диода, но тогда вторичная обмотка трансформатора должна иметь удвоенное количество витков и вывод посередине между половинами обмоток.

Двухполупериодный выпрямитель работает следующим образом. В течение одного из полупериодов (допустим, положительного) ток направлен от анода к катоду верхнего по схеме диода, а нижний по схеме диод ток в это время не пропускает, он заперт (так же ведет себя единственный диод в однополупериодном выпрямителе во время отрицательной полуволны тока).

Ток замыкается через фильтр, нагрузку, и далее — через средний вывод на обмотку трансформатора. Когда наступает второй полупериод, полярность тока такова, что нижний по схеме диод пропускает ток через фильтр и через нагрузку, а верхний диод заперт. Далее процессы повторяются.

Поскольку ток здесь подается к нагрузке в течение каждого из двух периодов, такое выпрямление называется двухполупериодным выпрямлением, а выпрямитель — двухполупериодным выпрямителем. Пульсации на выходе здесь вдовое меньше, чем у однополупериодного выпрямления, поскольку частота выпрямленных импульсов вдвое больше, индуктивное сопротивление дросселя получается вдвое большим, а конденсаторы не успевают значительно разряжаться.

Ранее ЭлектроВести писали о переменном и постоянном токе в индустрии красоты.

По материалам electrik.info.

Какой ток опаснее постоянный или переменный для человека — AC

Во всех современных квартирах и частных домах есть электроприборы и электропроводка, поэтому у жильцов всегда есть опасность попадания человека под высокое напряжение. Со времён Эдисона и Теслы в быту используется переменный ток, частота которого в Европе и странах СНГ составляет 50Гц.

Это значит, что его положительный и отрицательный вывода в розетке меняются местами 100 раз в секунду. Необходимое для работы многих устройств постоянное пониженное напряжение вырабатывается во встроенных или внешних блоках питания.

Несмотря на кажущуюся безопасность бытового напряжения, при неосторожном обращении с ним можно получить серьёзные электротравмы, вплоть до летального исхода. В этой статье рассказывается, каковы последствия воздействия электроэнергии на организм, а также какой ток опаснее — постоянный или переменный.

Отличие между постоянным и переменным током

Согласно школьному курсу физики, электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. В металлических проводах это свободные электроны, а в организме человека, на 55-70% состоящем из воды, эту роль выполняют ионы различных элементов, в основном поваренной соли.

Есть два типа электрического тока:

Переменный ток (от англ. Alternative Current — AC). Направление движения электронов в проводах и полярность на выводах периодически меняется.
Постоянный ток (от англ. Direct Current — DC). Его особенность в том, что полярность и направление движения электронов остаются неизменными.

В начале ХХ века было много споров между сторонниками постоянного и переменного напряжения. Победила концепция переменного тока. Его легче передавать от электростанции к потребителю, изменять величину напряжения, а электродвигатели переменного тока устроены проще и дешевле.

Несмотря на то, что величина переменного напряжение частотой 50Гц поднимается до максимума и снижается до «0» 100 раз в секунду, лампы накаливания светят ровным светом.

Это связано с тем, что такую частоту мерцания глаза не замечают, а нагретая нить накала не успевает остыть, что уменьшает их амплитуду. В светодиодных и энергосберегающих лампочках питание осуществляется от встроенного драйвера (блока питания), который исключает колебания светимости.

Постоянный ток: безопасность при низком напряжении

Электрическое напряжение любого типа является безопасным только до определённого уровня.

Например, вывода плоской батарейки 3R12 4,5В при прикосновении к ним языка имеют кислый вкус, «Крона» 9В вызывает болезненные ощущения, а вывода из прикуривателя автомобиля пробовать языком вообще не следует, но совсем не ощущаются сухими руками без порезов.

Аппарат электрофореза, который используется в поликлиниках, имеет выходное напряжение =60В, что приводит к протеканию тока через организм 50мА. Это воздействие вызывает лёгкое пощипывание. Такое же переменное напряжение, поданное через электроды и влажную марлю, может нарушить ритм сердечных сокращений. В связи с этим постоянный ток при напряжении до 48В считается безопаснее переменного.

Важно! Некоторые «мастера» при ремонте зарядок мобильных телефонов и планшетов проверяют исправность аппарата языком. Несмотря на низкое 5В напряжение, при некоторых неисправностях аппарата на выходе может оказаться потенциал 220В, поэтому такая проверка является смертельно опасной.

Постоянный ток: опасность при высоком напряжении

При величине напряжения выше 500В постоянный ток также опасен, как и переменный. Попадание человека под постоянное напряжение может вызвать нарушение работы сердца. Это относится не только к сети, но и к заряженным конденсаторам ёмкостью большой ёмкости.

Энергии, запасённой в элементе, достаточно для нанесения вреда здоровью. Сравнивая эти два вида напряжения можно сказать, что однозначного ответа, что опаснее — переменный или постоянный ток дать нельзя.

Это зависит от напряжения:

до 500 В переменный ток AC может причинить бОльший вред, чем постоянный;
при 500 В оба вида напряжений опасны примерно одинаково;
выше 500 В постоянный ток DC более опасен.

Важно! Полностью безопасным является только пониженное напряжение. Его величина зависит от типа помещений и указывается в ПТБ и ПУЭ.

Переменный ток: безопасность при высокой частоте

Есть разновидность переменного напряжения, которая является безопасной при любом потенциале. Это напряжение частотой более 20кГц. Благодаря скин-эффекту ток сверхвысокой частоты проходит по поверхности кожи, не попадая внутрь организма к жизненно важным органам. Никола Тесла при демонстрации этого явления прикасался к электродам, находящимся под напряжением 100кВ с частотой 100кГц без вреда для здоровья.

Какой ток опасен для человек

На самом деле само по себе напряжение опасным не является. Опасен ток, проходящий через организм человека. Он зависит не только от потенциала, но и от сопротивления кожных покровов в месте контакта и других факторов:

сухая обувь, чистые руки и деревянный пол уменьшают опасность поражения;
приём спиртных напитков перед работой также уменьшает сопротивление и увеличивает поражающую силу высокого напряжения.

Интересно! Несмотря на то, что напряжение на электродах ионизатора воздуха достигает 25 кВ, ток при прикосновении настолько мал, что не ощущается человеком.

При одинаковых условиях переменный ток считается более травмоопасным. Это связано с тем, что опасный ток для человека зависит от вида напряжения — безопасная величина переменного тока, на которую настраивается уставка УЗО, составляет 10 мА, а для постоянного опасное воздействие начинается с 50 мА, которые являются максимальными для работы аппарата электрофореза.

Кроме силы тока, проходящего через организм, степень воздействия зависит от пути его прохождения и продолжительности контакта пострадавшего с токоведущими частями.

И всё же, почему переменный ток опаснее постоянного? Есть несколько факторов, делающих его воздействие более опасным:

Постоянный ток при протекании через организм вызывает спазм мускулатуры. Это менее опасно, чем сокращение и расслабление мышц под воздействием переменного тока. Поэтому для причинения одинакового вреда здоровью величина постоянного тока и, соответственно, напряжение должны быть в несколько раз выше, чем переменного.
Электротравмы со смертельным исходом чаще всего происходят от фибрилляции желудочков сердца. Это состояние возникает от воздействия переменного напряжения и может потребовать реанимационных действий и использования дефибриллятора. При воздействии постоянного тока происходит спазм сердечной мышцы, который может пройти после освобождения человека от напряжения.
Есть широко распространённое мнение, что при попадании под переменное напряжение легче освободиться самостоятельно. Это связано с тем, что при таком воздействии происходит периодическое расслабление мускулатуры. Такая версия была бы правильной, если бы частота в розетке была 1-2 Гц, но при частоте 50Гц сокращения и расслабления происходят 100 раз в секунду и паузы между спазмами настолько короткие, что человек не успевает на них отреагировать.

Проведённые эксперименты подтверждают, что взятый в руку электрод с постоянным напряжением, получается отпустить легче и быстрее.

Как видно из материалов статьи, при одинаковом напряжении травмы при поражении переменным током опаснее, чем постоянным.

Важно! Полностью безопасного напряжения, кроме сверхнизкого, не существует. При работе необходимо соблюдать осторожность и все требования, указанные в ПТБ и ПТЭЭП.

Пути прохождения тока через тело человека

То, какой ток опасен для человека, зависит не только от его величины, но и от пути прохождения через тело.

При попадании человека под напряжение ток стремится пройти по кратчайшему расстоянию. В зависимости от места контакта попасть в зону поражения могут различные органы и части тела. Есть различные варианты прохождения электрического тока через тело. Некоторые из них встречаются реже, другие чаще.

Особенно опасным являются те пути прохождения тока, при которых происходит поражение сердца, спинного и головного мозга и лёгких. Правда, это не значит, что остальные пути являются безопасными.

Информация! В статистику электротравматизма попали только такие случаи, при которых пострадавшенму потребовалась медицинская помощь.

Рука — рука

Чаще всего электромонтёры травмируются во время работы при прикосновении разными руками к фазному проводнику и к заземлённой конструкции или к другому фазному проводу.

Такие травмы составляют около 40% всех обращений к врачам. Ток идёт через верхнюю часть груди и до 3,3% проходит через сердце. При травмировании напряжением 220 В до 83% пострадавших теряют сознание.

Правая рука — ноги

Прохождение электрического тока по пути «рука-ноги» является опасным для жизни. Электроэнергия проходит через сердце, ноги и спинной мозг, причём на сердечную мышцу приходится 6,7%.

Такая электротравма происходит, если на работнике надета обувь с гвоздями в подошве, а пол бетонный или влажный деревянный.

Частота этих травм составляет 20%, количество потерявших сознание 87%.

Левая рука — ноги

Причины травмирования в этом случае аналогичны ситуации «правая рука — ноги», но встречается несколько реже — в 17% случаев. Это связано с тем, что большинство людей предпочитают работать правой рукой.

Доля тока, проходящего через сердце, составляет 3,7%, поэтому количество пострадавших потерявших сознание 80%.

Нога — нога

Такое прохождение тока происходит при попадании человека под шаговое напряжение. Этих случаев всего — 6%. Доля тока через сердце составляет 0,4%.

Основная опасность таких травм заключается в судорогах или спазмах ног. При этом человек может упасть и величина шагового напряжения увеличится, а ток пойдёт по пути «руки-ноги» или «голова-ноги», поэтому пострадавшие теряют сознание в 15% случаев.

Голова — ноги

Достаточно редкая, около 5% случаев, но опасная ситуация. Возникает при работе без головного убора в распредустройствах и высоких панелях управления.

Поражаются головной и спинной мозг, позвоночник и внутренние органы. Часть тока, проходящая через сердце 6,8%, До 88% пострадавших теряют сознание и нуждаются в реанимационных мероприятиях и госпитализации.

Голова — руки

Эта ситуация опаснее, чем травма «голова-ноги». Часть тока, проходящего через сердце, составляет 7%, попавшие под напряжение теряют сознание в 92% случаев.

Причины травмирования аналогичны предыдущей, частота появления составляет 4%.

Другие пути

Около 8% случаев электротравматизма связаны с прикосновением к токоведущим частям другими частями тела. Чаще всего это происходит при работе без спецовки или летом, в расстёгнутых куртках без рубашки.

Важно! Для предотвращения электротравматизма необходимо соблюдать требования ПТБ и использовать основные и дополнительные защитные средства — перчатки, галоши, коврики и инструмент с изолированными ручками.

Величина тока опасная для жизни человека в Амперах

В таблице можно увидеть, какой ток опаснее постоянный или переменный при разных значениях — от практически неощутимых до смертельно опасных.

Как видно из материалов статьи и таблицы, ответ на вопрос «какой ток опаснее постоянный или переменный» однозначный — переменное напряжение является значительно более опасным.

Сила тока, мА	Воздействие на организм
Сила тока, мА	Переменный ток	Постоянный ток
0,6-1,5	небольшой зуд и незначительное покалывание кожи	не ощущается
2-3	при протекании через руку её сводит незначительной судорогой, может ощущаться не только кистью, но и запястьем	не ощущается
5-7	сильные болезненные судороги	лёгкое покалывание и нагрев поверхности кожи
8-10	сильная боль и судороги, сохраняется возможность самостоятельно разжать руки и освободиться от воздействия тока	возрастают покалывание и нагрев кожи
20-25	паралич конечностей, значительно затрудняется дыхание, возможность отпустить оголённый провод	усиливается нагрев и покалывание поверхности кожи, появляются незначительные судороги
50-80	паралич дыхательных мышц, нарушение сердечного ритма	значительный нагрев кожи, усиливаются судороги мышц, затрудняется дыхание
90-100	остановка дыхания, через 3 секунды начинается фибрилляция сердца, без реанимационных действий возможен летальный исход	паралич дыхательной мускулатуры

С переменным напряжением современные люди сталкиваются всё время, дома и на производстве. Для того чтобы предотвратить электротравмы необходимо соблюдать технику безопасности при эксплуатации электроприборов. Особенно важно обучить правилам пользования электричеством детей.

Розетки в доме должны иметь заземляющий контакт, необходимо также во вводном щитке установить УЗО или дифференциальный автомат.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Переменный ток — это… Что такое Переменный ток?

Переме́нный ток, AC (англ. alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Преимущества сетей переменного тока

Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями^{[источник не указан 1115 дней]}).
Возможность передачи на более длинные расстояния, нежели постоянный.

Генерирование переменного тока

Преобразователь постоянного тока в переменный.

Переменный ток получают путем вращения рамки в магнитном поле. Принцип действия — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается якорь из магнита (электромагнита) с несколькими полюсами (2, 4, 6 и т. д.), а с обмоток статора снимается переменное напряжение.

Стандарты частоты

В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 — этот вариант принят в США) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).

В текстильной промышленности, авиации, метрополитене и военной технике для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения могут применять частоту 400 Гц (однако, чаще всего — метрополитены электрифицированы по системе постоянного тока), а в морском флоте 500 Гц.

Электрификация ПТ

В России и СНГ около половины всех ЖД работает на переменном токе частотой 50Гц.^{[источник не указан 345 дней]}

Ссылки

См. также

Постоянный и переменный ток в технике » Детская энциклопедия (первое издание)

Что будет завтра Энергетика будущего

Гальванические элементы дают постоянный ток.

В наше время нет такой отрасли народного хозяйства, в которой не применялось бы электричество. И каждая из них предъявляет к электрическим машинам и аппаратам определенные требования, от которых зависит не только конструкция этих машин, но и род используемого тока. Хотя в технике и в промышленности широко используются и переменный и постоянный токи, области их применения весьма четко разграничены.

Впервые люди получили электрический ток от гальванических элементов. Эти элементы создавали в электрической цепи поток электронов, движущихся все время в одном определенном направлении. Такой ток получил название «постоянного».

Первые вращающиеся генераторы, электрические двигатели и приборы также работали на постоянном токе. И когда в конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский предложил применять трехфазный переменный ток, многие ученые отнеслись к этому с недоверием. Даже знаменитый американский электротехник Эдисон считал переменный ток выдумкой, не заслуживающей внимания. Однако очень скоро переменный ток стали использовать во многих областях электротехники. Электрические генераторы переменного тока создают в электрической цепи поток электронов, непрерывно изменяющий направление своего движения. Так, в цепи электрической лампочки, освещающей вашу комнату, электроны успевают за одну секунду

Генераторы электрических станций вырабатывают переменный ток с частотой 50 пер/сек.

100 раз изменить направление своего движения: 50 раз они движутся в одном направлении и 50 — в обратном. Про такой ток говорят, что он имеет частоту 50 периодов в секунду.

Эта особенность движения электронов придает переменному току целый ряд свойств, определивших его главенствующее положение в современной электротехнике.

Одно из важнейших свойств переменного тока — его способность к трансформации. Как мы знаем, передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при очень высоком напряжении, достигающем 110, 220 и даже 500-800 тыс. в. Столь высокое напряжение нельзя получить непосредственно в генераторах. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен электрический ток напряжением в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь-то и пригодилась его способность к трансформации,— она позволила с помощью трансформаторов изменять напряжение переменного тока в любых пределах.

С помощью трансформаторов можно изменять напряжение переменного тока в любых пределах.

Мало того. Соединение обмоток генератора в трехфазную систему позволило получить трехфазный переменный ток. Это система трех переменных токов, которые имеют одинаковую частоту, но различаются по фазе на одну треть периода. Трехфазный ток обладает важными достоинствами. Во-первых, трехфазные линии электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов и изоляции можно передать больше электрической энергии, чем при однофазном переменном токе. А во-вторых, благодаря свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле, удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрические двигатели без коллектора и щеток.

Эти качества переменного тока и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.

Больше половины электрической энергии, вырабатываемой этими электростанциями, расходуется электрическими двигателями. Чтобы они могли выполнять разнообразную работу, их делают различными и по устройству и по размерам.

Электрические двигатели позволили создать автоматические станочные линии.

Кроме простых асинхронных двигателей, которые широко используются для привода станков, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Они развивают большие усилия при трогании с места и поэтому успешно применяются на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. По своим размерам электрические двигатели бывают маленькими — с катушку ниток — и огромными, как карусель.

Применение для привода станков сразу нескольких электрических двигателей дало возможность упростить механизмы станка, облегчило управление ими и позволило создать автоматические станочные линии.

Малые размеры электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки и другой электрифицированный инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным.

Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам.

Электрические дуговые и индукционные печи широко применяются в технике и промышленности. Небольшие печи сопротивления можно встретить в вагонах поездов, в троллейбусах и даже дома.

Переменный ток — хороший источник тепла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи сопротивления широко используются для кондиционирования воздуха, обогрева сушильных шкафов и различных помещений.

Электрические лампочки дают свет независимо от того, какой ток идет через их нити. Но поскольку передача переменного тока более экономична, а трансформаторы позволяют легко поддерживать необходимое для них напряжение, вся осветительная сеть городов и сел обслуживается переменным током.

Непрерывное изменение направления движения электронов в переменном токе, его способность к трансформации открыли ему широкую дорогу во многие области техники. Но не всегда хорош ток, все время меняющий свое направление. Вот вы сели в троллейбус, поезд метро или в вагон «электрички» на железной дороге. Здесь вы попали во владения постоянного тока.

Дело в том, что простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. А вспомните, сколько раз водителю приходится изменять скорость движения троллейбуса; с такой беспокойной работой хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питание этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных подстанций. Приходящий на них с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.

Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах.

Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. А он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса или гребные винты.

Однако высокая стоимость и сложность преобразовательных подстанций заставили ученых и инженеров задуматься над использованием переменного тока на транспорте. Сейчас уже есть участки железных дорог, использующие однофазный переменный ток. С успехом используют его и на многих дизель-электрических кораблях.

Для питания двигателей электровозов вдоль электрифицированной железной дороги устанавливаются тяговые выпрямительные подстанции, на которых переменный ток преобразуется в постоянный при помощи ртутных выпрямителей.

Дальнейшая электрификация железных дорог в нашей стране будет осуществляться преимущественно с использованием переменного тока напряжением 25 тыс. в. Этот ток будет превращаться в постоянный непосредственно на электровозах при помощи выпрямительных устройств.

Хорошие регулировочные способности электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, которые вы видите на строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных кранах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать его в изложницы или подавать раскаленные болванки на прокатные станы.

Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.

В гальванических ваннах при помощи постоянного тока покрывают различные предметы тонким слоем никеля или хрома.

Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения — до 25 тыс. об/мин. Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей, элеронов и закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.

Неизменное направление движения электронов в цепи постоянного тока определило большую и важную область его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может. Речь идет об электролизе — процессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы — электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах — на аноде или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии — для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца. В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.

В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий. Таким образом наносят защитные покрытия на металлические изделия (никелирование, хромирование), изготавливают металлические монументы, печатные формы и т. д. Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.

Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.

Зайдите на киностудию. Мощные дуговые кинопроекторы заливают светом съемочный павильон. На переменном токе дуга горит менее устойчиво, дает меньше света и издает гул, мешающий записи звука при киносъемке. Поэтому кинопрожекторы питают постоянным током, который дает бесшумную устойчивую дугу. В мощных военных прожекторах и дуговых кинопроекционных аппаратах также используется постоянный ток.

На киностудиях на постоянном токе работают мощные дуговые кинопрожекторы.

Чтобы получить переменный ток, нужно непрерывно вращать генератор переменного тока, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи или же гальванические элементы. Эти свойства источника электрического тока также в ряде случаев определяют область применения постоянного тока.

Автомобиль стоит на месте. Как завести его двигатель? К вашим услугам аккумуляторная батарея. Вы нажимаете кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заводит мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который заряжает аккумулятор, восстанавливает израсходованную энергию. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.

Что было бы, если бы в поездах освещение питалось переменным током? Остановился поезд — перестали вращаться колеса вагонов, а вместе с ним остановились бы электрические генераторы и свет в вагонах погас бы. Но этого не происходит, потому что под вагонами установлены генераторы постоянного тока, работающие параллельно с аккумуляторными батареями. Идет поезд — генераторы вращаются, дают энергию для освещения и одновременно заряжают батарею. Остановился состав — аккумуляторная батарея посылает ток в осветительную сеть.

Представьте себе, что на электростанции произошла авария: все турбо- или гидрогенераторы остановились и линии электропередачи, связывавшие ее с другими электростанциями, отключились. В таких случаях выручает постоянный ток, получаемый от больших аккумуляторных батарей. С его помощью приводят в движение вспомогательные механизмы, включают отключившиеся выключатели и снова пускают в работу главные турбо- или гидрогенераторы. Питание от аккумуляторной батареи очень надежно, поэтому все цепи защиты управления, автоматики и сигнализации на больших электростанциях работают на постоянном токе.

Аккумуляторные батареи применяются в различных областях техники.

Может ли плавать подводная лодка без постоянного тока? На поверхности воды может. В этом случае ее гребные винты вращаются дизелями. Но под водой дизели останавливаются — не хватает воздуха. Там работает двигатель постоянного тока, получающий энергию от аккумуляторных батарей. Когда лодка вновь всплывает на поверхность и включаются в работу дизели, электрический двигатель превращается в генератор и вновь заряжает батареи.

В шахтах не везде можно подвесить контактный провод для электровозов. Как же им передвигаться? И тут опять выручает аккумуляторная батарея. На многих шахтах рудничные аккумуляторные электровозы доставляют уголь из самых отдаленных забоев. Электрические тележки с аккумуляторами — электрокары — вы часто видите на вокзалах. Они есть и в цехах больших заводов и фабрик.

Обратите внимание, как кинооператор снимает какое-нибудь важное событие. В руках у него легкий киносъемочный аппарат, а на поясе — аккумулятор. Нажал кнопку, и аппарат заработал. Такие легкие аккумуляторные батареи широко применяются для переносных радиостанций, сигнальных устройств, электрических измерительных приборов.

Конечно, перечисленными здесь примерами не исчерпываются все области применения электрической энергии. Мы ничего не рассказали о ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и других целей — об этом вы прочтете в соответствующих статьях нашего сайта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Что будет завтра Энергетика будущего

Пульсирующий ток — Основы электроники

Мы познакомились с постоянным и переменным токами. Постоянным током мы называем ток, который не изменяется ни по величине, ни по направлению. Переменный же ток, наоборот, все время изменяется и по величине, и по направлению.

Изучая переменный ток, была принята синусоида как основная форма его изменения.

Однако в радиотехнике приходится иметь дело и с несинусоидальными переменными токами, ЭДС и напряжениями, графики которых отличаются от графика синусоиды.

Существуют токи, направление которых постоянно, а величина все время изменяется.

Одним из примеров такого несинусоидального тока может служить пульсирующий ток, график которого изображен на рисунке 1.

Согласно ГОСТ 19880-74 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. Термины и определения:пульсирующий ток — это периодический электрический ток, не изменяющий своего направления.

Рисунок 1. Изображение пульсирующего тока.

Как видно из графика, такой ток непрерывно изменяется по величине, но проходит по цепи в одном направлении. Действительно, кривая тока расположена выше оси времени, нигде не пересекая ее, а следовательно, и направление тока в цепи не изменяется.

При пульсирующем токе электроны в проводнике движутся все время в одном направлении, но их движение то убыстряется, то замедляется. Движение каждого отдельного электрона в этом случае походит на движение пассажира, прогуливающегося взад и вперед по вагону движущегося поезда. Пассажир движется вместе с поездом все время вперед, но скорость его движения убыстряется, когда он идет по ходу поезда, и замедляется, когда он идет обратно.

Примером цепи, в которой создается пульсирующий ток, может служить любое выпрямительное устройство.

Пульсирующий ток можно также получить, если одновременно пропускать по цепи постоянный и переменный токи. То есть всякий пульсирующий ток можно представить в виде суммы двух токов — постоянного и переменного. Необходимым условием является только, чтобы постоянный ток был больше амплитудного значения переменного тока.

На рисунке 2 изображен график пульсирующего тока, а также графики постоянного и переменного токов, из которых он состоит.

Рисунок 2. Создание пульсирующего тока. а) направление пульсирующего тока не именяется, изменяется только его величина; б) переменная составляющая пульсирующего тока; в) постоянная составляющая пульсирующего тока.

Проверим графически процесс возникновения пульсирующего тока, путем сложения двух графиков — постоянного и переменного синусоидального токов (рисунок 3).

Рисунок 3. Результирующая кривая, полученная от сложения потоянного и синусоидального токов.

На рисунке 3 кривая переменного тока и складываемая с ней прямая постоянного тока нанесены пунктиром, при этом амплитуда переменного тока взята чуть меньше величины постоянного тока.

В начальный момент времени, когда величина переменного тока равна, нулю, сумма токов будет равна величине постоянного тока. Следовательно, точка 1 будет начальной точкой графика результирующего тока.

Так как в течение первой четверти периода своего изменения переменный ток возрастает, совпадая по направлению с постоянным током, то общий ток в цепи будет также возрастать и достигнет своего максимального значения в тот момент, когда переменный ток достигнет наибольшей величины (точка 2).

По истечении времени, равного половине периода T/2, переменный ток уменьшится до нуля и общий ток в цепи станет равным постоянному току (точка 3). В следующую половину периода переменный ток начнет проходить в обратном направлении, т. е. навстречу постоянному току. Общий ток в цепи станет меньше постоянного и его значение станет минимальным, когда переменный ток достигнет своего максимального отрицательного значения (точка 4).

К концу последней четверти периода уменьшение величины переменного тока приведет к тому, что в цепи на мгновение установится величина постоянного тока (точка 5), после чего весь процесс повторится.

Итак, сложив графически постоянный и переменный токи,, мы получили график пульсирующего тока. Следовательно, пульсирующий ток, графически изображенный на рисунке 3— это сложный ток, состоящий из двух простых токов: постоянного, называемого постоянной составляющей пульсирующего тока, и переменного синусоидального тока, называемого переменной составляющей пульсирующего тока.

Постоянную и переменную составляющие пульсирующего тока можно легко отделить друг от друга, т. е. получить отдельно переменный ток и отдельно постоянный.

Пример такого разделения показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема для разделения переменной и постоянной составляющих пульсирующего тока.

Переменная составляющая направляется по наиболее легкому для нее пути через конденсатор, а постоянная составляющая — через дроссель.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

: переменный ток (AC) против постоянного (DC)

Ток, поток носителей электрического заряда, является одной из основных базовых концепций, лежащих в основе электроники. В повседневной жизни мы замечаем, что существует два способа протекания тока: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Вы когда-нибудь задумывались, в чем разница между переменным током (AC) и постоянным током (DC)? Вы думаете, что это очень просто, не так ли? DC — это прямая линия, а AC — периодическая линия? Конечно нет! Давайте посмотрим, что такое переменный и постоянный ток.

В этом блоге я рассмотрю следующие темы:

Основные концепции переменного и постоянного тока
Генерация переменного и постоянного тока
Инструменты для создания и анализа переменного и постоянного тока
Различия между переменным и постоянным током
Закон Ома для переменного и постоянного тока
Примеры применения переменного и постоянного тока

Что такое переменный ток (AC) против постоянного (DC)

Переменный ток (AC) :

Определение

Переменный ток означает, что поток электрического заряда периодически меняет направление.

Генератор переменного тока

переменного тока может генерироваться генератором, состоящим из магнитов и проволочной петли. Проволока вращается внутри магнитного поля и индуцирует ток вдоль проволоки. Затем, когда петля поворачивается на 180 градусов, сила меняется на противоположную, давая электрический ток в противоположном направлении вдоль провода.

Источники энергии: генераторы на электростанциях, ветряных турбинах и т. Д.

Формы сигналов переменного тока

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются.Существует три распространенных формы переменного тока, включая синусоидальную волну, прямоугольную волну и треугольную волну. Синусоидальный сигнал переменного тока является наиболее часто используемым.

Измерения переменного тока

Пиковое значение
Пиковое значение
Среднее значение
Среднеквадратичное значение (RMS)

В общем, мы говорим, что американские стандартные домашние цепи имеют эффективное напряжение около 120 вольт, однако пиковое значение к пиковому напряжению от -170В до +170В.Как это произошло? Поскольку напряжение переменного тока постоянно меняется, мы используем более простой метод, называемый среднеквадратичным (RMS), для его подсчета. Среднеквадратичное значение может значительно упростить расчет электрической мощности для сигнала переменного тока. Это квадратный корень из среднего по времени квадрата напряжения. Значение Vrms синусоидального сигнала равно V0 / √2, что эквивалентно 0,707 * V0. В этом примере V0 составляет 170 В, поэтому среднеквадратичное значение составляет 120 В.

Примеры применения AC

переменного тока обычно используются для передачи на большие расстояния для подачи питания в дома и офисы.
Меньше потерь энергии при передаче электроэнергии для высоких напряжений (> 110 кВ).
Также используются силовые электродвигатели и генераторы.
Он обеспечивает источник питания для крупных бытовых приборов, таких как холодильник, посудомоечная машина и т. Д.
Переменный ток можно легко преобразовать с высокого напряжения в низкое и наоборот с помощью трансформаторов.

Постоянный ток (DC):

Определение

В отличие от течения в реке, течение может течь постоянно без каких-либо изменений, это называется постоянным или постоянным током.Постоянный ток — это однонаправленный поток электрического заряда.

Генерация постоянного тока

постоянного тока можно получить разными способами:

Используйте коммутатор с электрическим генератором может генерировать сигнал постоянного тока.
Выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный, в котором он преобразует входной переменный ток в выходной постоянный ток путем изменения направленного потока тока.
Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи.

Форма сигнала постоянного тока

В отличие от сигнала переменного тока, постоянный ток представляет собой однонаправленный поток электрического заряда, что означает, что ток течет только в одном направлении. Для сигнала постоянного тока, пока направление потока остается неизменным, значения напряжения и тока могут изменяться. Чтобы упростить задачу, мы предполагаем, что уровень напряжения фиксированный. Следовательно, напряжение постоянного тока может быть указано как:

В (t) = x Вольт

где,

х — амплитуда напряжения, эл.грамм. 9

Примечание , на самом деле, если мы используем батареи в качестве источника постоянного тока, уровень напряжения будет уменьшаться по мере использования.

Примеры применения DC

Большинство электронных датчиков, исполнительных механизмов и вычислительных устройств, которые мы находим на веб-сайте Seeed, используют постоянный ток в качестве источника питания. Например, Seeeduino Xiao и его аксессуары. Чтобы было понятнее, все устройства, работающие от батарей или USB-кабелей, используют постоянный ток, в том числе:

Сравнение переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

	Переменный ток (AC)	Постоянный ток (DC)
Направление	Двунаправленное	Однонаправленное
Причина направления 9014 потоков электронов 9014 провод	устойчивый магнетизм вдоль провода
Ток	Зависит от времени	постоянный
Передача энергии на большие расстояния	Да, потери при передаче небольшие	Нет, потери при передаче велики & сложно создать сигнал высокого напряжения
Пассивные параметры	Импеданс	Только сопротивление
Частота	варьируется	0
	0
	Элемент или батарея, переменный ток -Преобразователь постоянного тока
Типы	Варьируется e.грамм. Синусоидальная, прямоугольная и треугольная волна	Чистая и пульсирующая
Простота	Легче усилить	Легче измерить

Закон Ома

Закон Ома — важнейший закон электричества. Он устанавливает взаимосвязь между тремя фундаментальными электронными величинами: током, напряжением и сопротивлением.

Закон Ома определяется как:

I = V / R

где:
I = электрический ток (амперы, A)
V = напряжение (вольт, В)
R = сопротивление (Ом)

Как определено в Законе Ома, электрический ток (I) пропорционален напряжению (В) и обратно пропорционально сопротивлению (R) .Следовательно, если напряжение увеличивается, ток будет увеличиваться с неизменным сопротивлением цепи.

Закон Ома действителен как для цепей постоянного, так и для переменного тока, но обычно применяется в цепях постоянного тока. Обратите внимание, что в цепи переменного тока, состоящей исключительно из резистивных элементов, ток и напряжение всегда находятся в фазе друг с другом.

Инструменты для генерации и анализа переменного и постоянного тока

Осциллограф

Осциллограф — один из самых важных инструментов, которые вы будете использовать в электронных лабораториях.Осциллографы позволяют вам проверять напряжения в цепях, поскольку они меняются с течением времени, и измерять все, что вы хотите знать о них, включая частоту, пиковое напряжение, среднее напряжение, форму сигнала и т. Д. DSO Nano v3 — это карманный совместимый 32-битный цифровой запоминающий осциллограф. со встроенным генератором сигналов. Другой вариант — MiniDSO DS213 Nano 4 Channel 100MSa / s, 5-канальный 4-проводной универсальный цифровой запоминающий осциллограф для электронных инженерных задач, основанный на ядре ARM Cortex M3.

Блок питания

Источник питания предназначен для подачи электроэнергии на нагрузку.Otii Standard Power Supply and Measure — это небольшой портативный блок питания, блок измерения тока и напряжения и модуль сбора данных. Созданный специально для разработчиков, Otii решает главную проблему оптимизации для низкого энергопотребления в дизайне устройств и приложений.

Сводка

Это руководство знакомит с одной из основных концепций электроники — переменным и постоянным током. У каждого из этих двух токов есть свои преимущества. Чтобы добиться лучших результатов, вы должны учитывать цель и требования вашего проекта при выборе между использованием постоянного или переменного тока.

У вас есть какие-либо другие базовые знания в области электроники, которые вас интересуют, пожалуйста, дайте нам знать в разделе комментариев ниже!

Продолжить чтение

Разница между переменным и постоянным током

Электричество — это тип энергии, генерируемый потоком электронов. Поток электронов в замкнутой цепи называется электрическим током. Это движение электронов может происходить внутри проводника, например проволоки.Направление потока этих электронов определяет тип электрического тока.

Электрический ток делится на , два, — переменного тока и постоянного тока. Переменный ток (AC) Электрический ток, который меняет направление через частые промежутки времени и не следует устойчивому пути. Вот почему напряжение переменного тока периодически меняется на противоположное при изменении его направления. Но в Direct Current электроны текут только в одном направлении.

В статье ниже подробно обсуждаются эти два типа токов.

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Основа различий	Переменный ток (AC)	Постоянный ток (DC)
Направление	Электроны в цепи меняют свое направление в переменном токе.	В случае постоянного тока они текут только в одном направлении.
Причина потока электронов	В переменном токе ток течет при вращении катушки в магнитном поле.Это также возможно, вращая магнитное поле внутри неподвижной катушки.	В постоянном токе электроны текут из-за постоянного магнетизма вдоль провода.
Частота	Частота переменного тока составляет 50 или 60 Гц в зависимости от стандартов страны или региона.	Частота постоянного тока равна нулю.
Коэффициент мощности	Для переменного тока коэффициент мощности составляет от 0 до 1.	Коэффициент остается неизменным для постоянного тока.
Виды тока	Различные типы переменного тока: синусоидальный, квадратный, треугольный и трапециевидный.	Пульсирующий и чистый — это два типа постоянного тока.
Токовая нагрузка	Нагрузка переменного тока может быть индуктивной, резистивной или емкостной.	Нагрузка постоянного тока всегда резистивная.
Пройденное расстояние	Переменный ток может передаваться на большие расстояния с небольшими потерями.	Передача сигналов на большие расстояния при постоянном токе может повлечь за собой значительные потери.
Генерация тока	Устройство генерирует переменный ток, называемое генератором переменного тока.	Батареи, элементы и генераторы вырабатывают постоянный ток.
Представительство	AC представлен в виде графиков через прямоугольные волны, треугольные волны, периодическую волну, синусоидальную волну и пилообразную волну.	DC можно представить в виде графиков в виде прямой линии.
Количество подстанций	Для передачи и генерации переменного тока требуется меньшее количество подстанций.	Для постоянного тока требуется большое количество подстанций.
Величина	В переменном токе величина меняется со временем.	В постоянном токе величина остается постоянной.
Опасность	Из-за своей устойчивости, если человека поражают переменным током, ток будет входить и выходить из тела через равные промежутки времени.	Если человека поражает током постоянного тока, степень травмы будет более серьезной. Это связано с тем, что величина постоянного тока остается прежней.

Что такое переменный ток?

Ученый Никола Тесла представил миру переменный ток. В переменном токе электроны периодически меняют направление. В результате напряжение также меняется на противоположное вместе с током, величина и полярность меняются со временем.

Он использует форму волны, используется синусоида, и ее можно рассматривать как изогнутую линию. Изогнутые линии показывают электрические циклы, измеряемые в секунду.Это измерение читается в Гц, .

Используя трансформатор, можно преобразовать переменный ток с более высокой стоимости в более дешевую и наоборот. Вот почему переменный ток в основном используется в электростанциях, офисах и зданиях. Кроме того, транспортировка тока на большие расстояния относительно проста.

Поколение AC

переменного тока генерируется с использованием устройства, называемого генератором переменного тока . Здесь петля из проволоки скручена внутри магнитного поля. Это вызывает протекание тока вместе с проводкой устройства.Вращение провода может быть вызвано проточной водой, ветряной турбиной или паровой турбиной. Итак, проволока раскручивается и периодически переходит в другую магнитную полярность. В результате внутри провода колеблются напряжение и ток.

Генерируемый ток может иметь разную форму волны, например синус, треугольник и квадрат. Но синусоидальная волна обычно предпочтительнее других волн, поскольку ее легче генерировать. Для других волн требуется отдельное устройство, чтобы преобразовать их в необходимую форму волны.В некоторых случаях необходимо изменить форму оборудования, чтобы генерировать полезный переменный ток.

Применение AC

В большинстве офисов и домашних хозяйств используется переменный ток.
Применяется для питания электродвигателей. Генераторы и двигатели работают с использованием переменного тока для преобразования электрической энергии в механическую.
Холодильники, кондиционеры, посудомоечные машины, телевизоры и стиральные машины используют кондиционер.
Передача сигналов для мобильных телефонов, микроволновых печей и радиоприемников.

Что такое постоянный ток?

В постоянного тока электричество движется в одном направлении с постоянным напряжением. Частота тока равна нулю, а величина остается постоянной. Сила тока может меняться со временем, но направление движения остается прежним. Кроме того, никогда не меняется полярность напряжения.

Электроны движутся от отрицательного полюса к положительному.

Генерация DC

Постоянный ток вырабатывается фотоэлектрическими, электрохимическими элементами и батареями .Но поскольку переменный ток является наиболее предпочтительной формой тока в мире, он преобразуется в постоянный ток. Несколько способов создания DC:

Постоянный ток вырабатывается с помощью устройства, называемого коммутатором, которое является частью генератора переменного тока
Устройство, называемое выпрямителем, преобразует переменный ток в постоянный
Постоянный ток также вырабатывается внутри батарей, которые возникают в результате химических реакций внутри них

Устройство, называемое фильтром, используется для удаления пульсаций тока на выходе, генерируемых выпрямителем.

Применения DC

Для правильной работы всех компьютеров, портативных компьютеров и электронных устройств требуется постоянный ток. Твердотельному оборудованию, входящему в состав транзисторов и светодиодных телевизоров, требуется от 1,5 до 13,5 вольт.
Устройства, в которых используются электронные лампы, такие как ЭЛТ-дисплей, телевизор, мощное радио или радиопередатчик, требуют от 150 до тысяч вольт постоянного тока.
Усилителю мощности для радиосвязи может потребоваться более 100 А постоянного тока.Но для электронных часов диапазон может быть почти нулевым.
Другие устройства, использующие постоянный ток, включают мобильные телефоны, фонарики, электромобили и телевизоры с плоским экраном, в которых переменный ток переходит в постоянный ток.

Преимущества переменного тока над постоянным током

Преимущества переменного тока по сравнению с постоянным током:

Переменный ток может быть легко передан на большие расстояния с помощью ступенчатого трансформатора, но постоянный ток не может быть передан с помощью этого метода.
Генерация переменного тока дешевле, чем генерация постоянного тока. Это можно сделать с помощью генератора без коммутатора с разъемным кольцом. Устройство имеет более низкие затраты на обслуживание за счет высокой скорости вращения.
При передаче потери энергии в переменном токе меньше, чем в постоянном.
Проводник можно использовать для уменьшения величины переменного тока без больших потерь энергии, что невозможно при постоянном токе.
более эффективны по сравнению с генераторами постоянного тока

Заключение

Ранее мы обсуждали, что с точки зрения использования переменный ток намного лучше, чем постоянный ток, поскольку большинство домашних хозяйств используют переменный ток.Передача переменного тока на большие расстояния удобна, и требуется меньше подстанций по сравнению с постоянным током.

20.5 Сравнение переменного и постоянного тока — Физика колледжа, главы 1-17

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 1 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. 1. (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются. Рис. 2. Разность потенциалов В между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V дается как V = V ₀ sin 2πft .

На рисунке 2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным параметром

[латекс] \ boldsymbol {V = V_0 \; \ textbf {sin} \; 2 \ pi ft}, [/ latex]

где [latex] \ boldsymbol {V} [/ latex] — это напряжение во время [latex] \ boldsymbol {t} [/ latex], [latex] \ boldsymbol {V_0} [/ latex] — пиковое напряжение, и [латекс] \ boldsymbol {f} [/ латекс] — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления [латекс] \ boldsymbol {I = V / R} [/ latex], поэтому переменный ток равен

[латекс] \ boldsymbol {I = I_0 \; \ textbf {sin} \; 2 \ pi ft}, [/ латекс]

, где [latex] \ boldsymbol {I} [/ latex] — текущий момент времени [latex] \ boldsymbol {t} [/ latex], а [latex] \ boldsymbol {I_0 = V_0 / R} [/ latex] — пиковый ток.В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на Рисунке 1 (b).

Ток в резисторе меняется взад и вперед, как и напряжение возбуждения, поскольку [латекс] \ boldsymbol {I = V / R} [/ latex]. Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помашите рукой вперед и назад между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе.2 \; 2 \ pi ft} [/ latex], как показано на рисунке 3.

Установление соединений: эксперимент на вынос — светильники переменного / постоянного тока

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

Рис. 3. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до I ₀ V ₀ .Средняя мощность (1/2) I ₀ V ₀ .

Чаще всего нас беспокоит средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке 3, средняя мощность [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}}} [/ latex] составляет

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {2}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {I_0 V_0}. [/ латекс]

Это видно из графика, поскольку области выше и ниже линии [latex] \ boldsymbol {(1/2) I_0V_0} [/ latex] равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем средний или среднеквадратичный ток [латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {rms}}} [/ latex] и среднее или среднеквадратичное напряжение [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}}} [/ латекс] быть соответственно

[латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {rms}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {I_0} {\ sqrt {2}}} [/ латекс]

[латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V_0} {\ sqrt {2}}}. [/ Latex]

, где среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное 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. Сейчас,

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} = I _ {\ textbf {rms}} V _ {\ textbf {rms}}}, [/ latex]

, что дает

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {I_0} {2} \ cdot \ frac {V_0} {2}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {2}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {I_0 V_0}, [/ latex]

, как указано выше.Стандартной практикой является цитирование [латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {rms}}} [/ latex], [latex] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}}} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}}} [/ latex], а не пиковые значения. Например, напряжение в большинстве домашних хозяйств составляет 120 В переменного тока, а это означает, что [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}}} [/ latex] составляет 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прерывает длительное [латексное] ] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {rms}}} [/ latex] больше 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} = 1.0 \; \ textbf {kW}} [/ latex] 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 мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока записан закон Ома

[латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {rms}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V {\ textbf {rms}}} {R}}. [/ Latex]

Различные выражения для мощности переменного тока [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}}} [/ latex]:

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} = I _ {\ textbf {rms}} V _ {\ textbf {rms}},} [/ латекс]

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {rms}} ^ 2} {R},} [/ латекс]

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} = I _ {\ textbf {rms}} ^ 2 R}.[/ латекс]

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока? (b) Какова пиковая потребляемая мощность лампочки переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что [latex] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}}} [/ latex] составляет 120 В, а [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}}} [/ latex] составляет 60,0 Вт. . Мы можем использовать [latex] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}}} [/ latex], чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (а)

Решение уравнения [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}}} [/ latex] для пикового напряжения [латекс] \ boldsymbol {V_0} [/ latex] и замена известного значения на [latex] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}}} [/ latex] дает

[латекс] \ boldsymbol {V_0 = \ sqrt {2} V _ {\ textbf {rms}} = 1,414 (120 \; \ textbf {V}) = 170 \; \ textbf {V}.} [/ Latex]

Обсуждение для (а)

Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –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,

[латекс] \ boldsymbol {P_0 = I_0 V_0 = 2 \; (} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ frac {1} {2}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {I_0 V_0) = 2P _ {\ textbf {ave}}.} [/ latex]

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

[латекс] \ boldsymbol {P_0 = 2 (60.0 \; \ textbf {W}) = 120 \; \ textbf {W}.} [/ Latex]

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.

Большинство крупных систем распределения электроэнергии — это переменный ток. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоком напряжении, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве частей мира), которые мы используем дома и на работе. Благодаря эффекту масштаба строительство нескольких очень крупных электростанций обходится дешевле, чем строительство множества небольших. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно минимизировать потери энергии в пути. Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения.(См. Рис. 4.) В целях безопасности напряжение у пользователя снижено до знакомых значений. Решающим фактором является то, что намного легче увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рис. 4. Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении, чтобы уменьшить потери мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое на электростанции, повышается пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Главу 23.7 Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру).В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 2: Меньшие потери мощности при передаче высокого напряжения

(a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при 200 кВ? (б) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют сопротивление [латекс] \ boldsymbol {1,00 \; \ Omega} [/ латекс]? (c) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Нам дается [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} = 100 \; \ textbf {MW}} [/ latex], [latex] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}} = 200 \ ; \ textbf {kV}} [/ latex], а сопротивление линий равно [latex] \ boldsymbol {R = 1.2 (1,00 \; \ Omega) = 250 \; \ textbf {кВт}}. [/ Latex]

Решение

Процент потерь — это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

[латекс] \ boldsymbol {\% \; \ textbf {loss} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {250 \; \ textbf {kW}} {100 \; \ textbf {MW}} } [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ times 100 = 0,250 \%}. [/ latex]

Обсуждение

Четверть процента — приемлемая потеря. Обратите внимание, что если бы мощность 100 МВт была передана при 25 кВ, то потребовался бы ток 4000 А.Это приведет к потере мощности в линиях на 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого потребуются более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было бы экономично производить, в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в следующей главе, в сверхпроводниках тоже есть предел.Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи энергии, а напряжение переменного тока намного легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Таким образом, опасность определяется не только напряжением. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока.Томас Эдисон считал, что электрические разряды более опасны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные бои, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Тесла, которые выступали за использование переменного тока в ранних системах распределения энергии. Преобладал переменный ток в значительной степени благодаря трансформаторам и более низким потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этих явлений, исследуя магниты и узнавая, как с их помощью загорается лампочка.

Рисунок 5. Генератор

Проблемные упражнения

1: (a) Каково горячее сопротивление лампочки на 25 Вт, которая работает от 120 В переменного тока? (б) Если рабочая температура колбы составляет 2700 ° C, каково ее сопротивление при 2600 ° C?

2: В определенном тяжелом промышленном оборудовании используется питание переменного тока с пиковым напряжением 679 В. Что такое среднеквадратичное напряжение?

3: Определенный автоматический выключатель срабатывает при действующем значении тока 15.0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4: Военные самолеты используют мощность переменного тока 400 Гц, поскольку на этой более высокой частоте можно разработать более легкое оборудование. Сколько времени на один полный цикл этой мощности?

5: Турист из Северной Америки берет свою бритву мощностью 25,0 Вт и 120 В переменного тока в Европу, находит специальный адаптер и подключает его к источнику переменного тока 240 В. Предполагая постоянное сопротивление, какую мощность потребляет бритва при разрушении?

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце потерь мощности для примера 2.(а) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи [латекс] \ boldsymbol {1.00 — \; \ Omega} [/ latex]. (c) Какой процент потерь это представляет?

7: Кондиционер в небольшом офисном здании работает от сети переменного тока напряжением 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (б) Какова стоимость эксплуатации кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней и затраты на электроэнергию [латекс] \ boldsymbol {9.00 \; \ textbf {центов / кВт} \ cdot \; \ textbf {h}} [/ latex]?

8: Какова пиковая потребляемая мощность микроволновой печи на 120 В переменного тока, потребляющей 10,0 А?

9: Каков пиковый ток через обогреватель помещения мощностью 500 Вт, работающий от сети переменного тока 120 В?

10: Два разных электрических устройства имеют одинаковую потребляемую мощность, но одно предназначено для работы от 120 В переменного тока, а другое — от 240 В переменного тока. а) Каково соотношение их сопротивлений? б) Каково соотношение их токов? (c) Если предположить, что его сопротивление не изменится, во сколько раз увеличится мощность, если устройство на 120 В переменного тока подключено к 240 В переменного тока?

11: Нихромовая проволока используется в некоторых радиационных обогревателях.2} [/ латекс], нужен ли при температуре эксплуатации 500ºС? (c) Какую мощность он потребляет при первом включении?

12: Найдите время после [latex] \ boldsymbol {t = 0} [/ latex], когда мгновенное напряжение переменного тока 60 Гц сначала достигает следующих значений: (a) [latex] \ boldsymbol {V_0 / 2 } [/ latex] (b) [латекс] \ boldsymbol {V_0} [/ latex] (c) 0.

13: (a) Когда два раза в первый период после [latex] \ boldsymbol {t = 0} [/ latex] мгновенное напряжение переменного тока 60 Гц становится равным [latex] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}}} [/ latex]? (б) [латекс] \ boldsymbol {-V _ {\ textbf {rms}}} [/ латекс]?

20.5 Сравнение переменного и постоянного тока — Физика колледжа: OpenStax

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 1 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. 1. (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока частотой 60 Гц.Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются. Рис. 2. Разность потенциалов В между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V дается как V = V ₀ sin 2πft .

На рисунке 2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения.Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным параметром

[латекс] \ boldsymbol {V = V_0 \; \ textbf {sin} \; 2 \ pi ft}, [/ латекс]

[латекс] \ boldsymbol {I = I_0 \; \ textbf {sin} \; 2 \ pi ft}, [/ латекс]

Установление соединений: эксперимент на вынос — светильники переменного / постоянного тока

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {2}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {I_0 V_0}. [/ латекс]

[латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {rms}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {I_0} {\ sqrt {2}}} [/ латекс]

[латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {rms}} =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V_0} {\ sqrt {2}}}. [/ Latex]

[латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {ave}} = I _ {\ textbf {rms}} V _ {\ textbf {rms}}}, [/ latex]

, что дает

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

Стратегия

Решение для (а)

[латекс] \ boldsymbol {V_0 = \ sqrt {2} V _ {\ textbf {rms}} = 1,414 (120 \; \ textbf {V}) = 170 \; \ textbf {V}.} [/ Latex]

Обсуждение для (а)

Решение для (b)

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

[латекс] \ boldsymbol {P_0 = I_0 V_0 = 2 \; (} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ frac {1} {2}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {I_0 V_0) = 2P _ {\ textbf {ave}}.} [/ latex]

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

[латекс] \ boldsymbol {P_0 = 2 (60.0 \; \ textbf {W}) = 120 \; \ textbf {W}.} [/ Latex]

Обсуждение

Пример 2: Меньшие потери мощности при передаче высокого напряжения

Стратегия

Решение

Процент потерь — это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

Обсуждение

Исследования PhET: Генератор

Рисунок 5. Генератор

Проблемные упражнения

3: Определенный автоматический выключатель срабатывает, когда действующий ток составляет 15,0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4: Военные самолеты используют мощность переменного тока 400 Гц, поскольку на этой более высокой частоте можно разработать более легкое оборудование.Сколько времени на один полный цикл этой мощности?

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце потерь мощности для Примера 2. (a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потерю мощности в символе [латекса] \ bold {1.00 — \; \ Omega} [/ latex] линия передачи. (c) Какой процент потерь это представляет?

7: Кондиционер в небольшом офисном здании работает от сети переменного тока напряжением 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость эксплуатации кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней и затраты на электроэнергию [латекс] \ boldsymbol {9.00 \; \ textbf {cents / kW} \ cdot \ ; \ textbf {h}} [/ латекс]?

8: Какова пиковая потребляемая мощность микроволновой печи на 120 В переменного тока, потребляющей 10.0 А?

9: Каков пиковый ток через обогреватель помещения мощностью 500 Вт, работающий от сети переменного тока 120 В?

Постоянный ток и переменный ток

В переменного тока электроны движутся в обоих направлениях.

В постоянного тока электроны всегда движутся в одном направлении.

Переменный ток

Когда движение электронов вызывается движением магнита внутри катушки из металлической проволоки, говорят, что это электромагнитное происхождение. На самом деле электроны движутся вперед и назад между атомами, поскольку магнит попеременно толкает и притягивает их.Этот тип тока называется переменным током . Магнетизм используется для выработки более 99% электроэнергии в мире.

В переменного тока электроны движутся в обоих направлениях, потому что на них попеременно влияют северный и южный полюса магнита. Фактически, переменный ток меняет направление 120 раз в секунду!

Рост и преобладание переменного тока
Для передачи энергии переменный ток более эффективен, чем постоянный.Но так было не всегда. Чуть более 100 лет назад они были конкурирующими технологиями. Среди сторонников переменного тока был Джордж Вестингауз, а Томас Эдисон был среди тех, кто поддерживал постоянный ток. Это было начало эпохи электричества, и американские промышленники искали лучший и самый дешевый способ доставить эту новую энергию от электростанций на производственные предприятия. В 1887 году Никола Тесла поддержал идею переменного тока, разработав первую практическую систему для генерации и передачи переменного тока.

Постоянный ток

Электричество электрохимического происхождения генерируется в результате химической реакции, которая вызывает движение электронов в одном направлении внутри проводника: например, от отрицательного полюса аккумулятора к положительному. Этот тип тока называется , постоянный ток .

Большая часть электроэнергии, которую вы используете ежедневно, — это переменный ток. Но есть и другой вид: постоянный ток.

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 используем сегодня 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

Применение 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:

AC легче генерировать, чем DC.
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:

Электропитание 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:

Батареи, в которых происходят химические реакции, а затем эта химическая энергия преобразуется в электрическую.
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 переменного и постоянного 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:

Он может питать большинство электронных устройств.
Хранить DC легко.
DC менее опасен, чем переменный ток, потому что блокировка постоянного тока отталкивает.

Недостатки ДЦ:

Дороже в производстве.
Трудно транспортировать.
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 электроэнергией дома, расположенные 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.

Сводка

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.

[PDF] Переменный ток и постоянный ток

1 K Hinds. Переменный ток и постоянный ток. Постоянный ток. Это ток или напряжение, которые имеют постоянную поляризацию…

K Hinds | 2012

Переменный ток и постоянный ток

Постоянный ток Это ток или напряжение с постоянной полярностью. То есть положительное или отрицательное значение.

тыс. Задних | 2012

Переменный ток Это ток или напряжение с переменной полярностью. В любом цикле он будет иметь как положительное, так и отрицательное значение. Электричество переменного тока имитирует математическую синусоиду, как показано ниже:

Таким образом, типичное напряжение или ток переменного тока при анализе с помощью осциллографа выглядит следующим образом:

K Hinds | 2012

Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с так называемого постоянного тока (DC), то есть электричества, протекающего в постоянном направлении и / или имеющего напряжение с постоянной полярностью.Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый при трении определенных типов материалов друг о друга. Каким бы полезным и простым для понимания ни был постоянный ток, это не единственный используемый «вид» электричества. Определенные источники электричества (в первую очередь, вращающиеся электромеханические генераторы) естественным образом производят напряжения, меняющиеся от положительного состояния к отрицательному состоянию (полярности) с течением времени. Либо как полярность переключения напряжения, либо как направление переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC).На приведенной ниже диаграмме показано, как протекает ток в цепи переменного тока:

Постоянный и переменный ток. В то время как знакомый символ батареи используется в качестве общего символа для любого источника постоянного напряжения, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого переменного напряжения. источник. Можно задаться вопросом, зачем кому-то нужна такая вещь, как AC. Верно, что в некоторых случаях переменный ток не имеет практического преимущества перед постоянным током. В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, пока на нагрузку подается достаточное напряжение и ток для получения желаемого тепла (рассеивание мощности).Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения энергии, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, и поэтому мы обнаруживаем, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях большой мощности.

тыс. Задних | 2012

Переменный ток по сравнению с постоянным переменным током

4 Преимущество

Недостаток

1. Передача проще, поскольку генераторы на электростанциях вырабатывают переменное напряжение и токи

1. Передавать опаснее, чем постоянный ток.Требуются трансформаторы и подстанции.

2. Большая мощность может быть произведена с помощью турбин

2. Вызывает электромагнитные помехи

3. Может легко передаваться на большие расстояния

Можете ли вы придумать еще?

4. Легко масштабируется до любого желаемого напряжения 5. Мощность может течь в двух направлениях (положительном и отрицательном) и в нескольких различных фазах (2-фазный, 3-фазный). Постоянный ток

Реактивное сопротивление. Система постоянного тока не создает реактивного сопротивления в линии.

2. Мощность В системе постоянного тока мощность — это просто реальный компонент.

1. Невозможно эффективно масштабировать напряжения и токи. 2. Большое количество энергии теряется из-за удельного сопротивления провода при передаче постоянного тока на большие расстояния. Можете ли вы придумать еще?

Частота В системе постоянного тока частота равна нулю, поэтому изменение частоты не требуется.

4. Анализ Анализ системы переменного тока всегда включал комплексные числа, в то время как постоянный ток — это только действительное число, что упрощает анализ.5. ОТСУТСТВИЕ скин-эффекта. Система постоянного тока не имеет скин-эффекта, поэтому мы можем использовать всю площадь поперечного сечения линейного проводника.

тыс. Задних | 2012

Передача переменного тока от электростанции к дому

Не могли бы вы объяснить приведенную выше схему? _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

Основное преимущество переменного тока заключается в том, что с помощью переменного тока легко добиться передачи большого количества энергии на очень большие расстояния и сделать это намного дешевле, чем при использовании постоянного тока.

Каким образом происходит выпрямление переменного тока

Какой ток опаснее постоянный или переменный для человека — AC

Отличие между постоянным и переменным током

Постоянный ток: безопасность при низком напряжении

Постоянный ток: опасность при высоком напряжении

Переменный ток: безопасность при высокой частоте

Какой ток опасен для человек

Пути прохождения тока через тело человека

Рука — рука

Правая рука — ноги

Левая рука — ноги

Нога — нога

Голова — ноги

Голова — руки

Другие пути

Величина тока опасная для жизни человека в Амперах

Переменный ток — это… Что такое Переменный ток?

Преимущества сетей переменного тока

Генерирование переменного тока

Стандарты частоты

Электрификация ПТ

Ссылки

См. также

Постоянный и переменный ток в технике » Детская энциклопедия (первое издание)

Пульсирующий ток — Основы электроники

Похожие материалы:

Добавить комментарий

: переменный ток (AC) против постоянного (DC)

Что такое переменный ток (AC) против постоянного (DC)

Измерения переменного тока

Примеры применения AC

Определение

Примеры применения DC

Сравнение переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

Закон Ома

Инструменты для генерации и анализа переменного и постоянного тока

Сводка

Рекомендуемая литература

Продолжить чтение

Разница между переменным и постоянным током

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Что такое переменный ток?

Поколение AC

Применение AC

Что такое постоянный ток?

Генерация DC

Применения DC

Преимущества переменного тока над постоянным током

20.5 Сравнение переменного и постоянного тока — Физика колледжа, главы 1-17

Установление соединений: эксперимент на вынос — светильники переменного / постоянного тока

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

Пример 2: Меньшие потери мощности при передаче высокого напряжения

Исследования PhET: Генератор

Проблемные упражнения

20.5 Сравнение переменного и постоянного тока — Физика колледжа: OpenStax

Установление соединений: эксперимент на вынос — светильники переменного / постоянного тока

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

Пример 2: Меньшие потери мощности при передаче высокого напряжения

Исследования PhET: Генератор

Проблемные упражнения

Постоянный ток и переменный ток

Переменный ток

Постоянный ток

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Переменный ток (AC)

Форма волны переменного тока

Постоянный ток (DC)

Форма сигнала постоянного тока

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

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

Сводка

[PDF] Переменный ток и постоянный ток

Добавить комментарий Отменить ответ