чем отличаются и что это такое, обозначение на схемах
В современном мире каждый человек с детства сталкивается с электричеством. Первые упоминания об этом природном явлении относятся к временам философов Аристотеля и Фалеса, которые были заинтригованы удивительными и загадочными свойствами электрического тока. Но лишь в 17 веке великие ученые умы начали череду открытий, касающихся электрической энергии, продолжающихся по сей день.
Открытие электрического тока и создание Майклом Фарадеем в 1831 г. первого в мире генератора кардинально изменило жизнь человека. Мы привыкли, что нашу жизнь облегчают приборы, работающие с использованием электрической энергии, но до сих пор у большинства людей нет понимания этого важного явления. Для начала, чтобы понять основные принципы электричества, необходимо изучить два основных определения: электрический ток и напряжение.
Что такое электрический ток и напряжение
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:
- сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
- мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
- частота, измеряемая в герцах (Гц).
Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.
Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.
Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).
Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.
Что такое переменный ток
Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.
Что такое постоянный ток
Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.
Источники электрического тока
Источником электрического тока обычно называется прибор или устройство, с помощью которого в цепи можно создать электрический ток. Такие устройства могут создавать как переменный ток, так и постоянный. По способу создания электрического тока они подразделяются на механические, световые, тепловые и химические.
Механические источники электрического тока преобразуют механическую энергию в электрическую. Таким оборудованием являются различного рода генераторы, которые за счет вращения электромагнита вокруг катушки асинхронных двигателей вырабатывают переменный электрический ток.
Световые источники преобразуют энергию фотонов (энергию света) в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников при воздействии на них светового потока выдавать напряжение. К такому оборудованию можно отнести солнечные батареи.
Тепловые – преобразуют энергию тепла в электричество за счет разности температур двух пар контактирующих полупроводников – термопар. Величина тока в таких устройствах напрямую связана с разностью температур: чем больше разница – тем больше сила тока. Такие источники применяются, например, в геотермальных электростанциях.
Химический источник тока производит электричество в результате химических реакций. Например, к таким устройствам можно отнести различного рода гальванические батареи и аккумуляторы. Источники тока на основе гальванических элементов обычно применяются в автономных устройствах, автомобилях, технике и являются источниками постоянного тока.
Преобразование переменного тока в постоянный
Электрические устройства в мире используют постоянный и переменный ток. Поэтому возникает потребность в том, чтобы преобразовывать один ток в другой или наоборот.
Из переменного тока можно получить постоянный ток с помощью диодного моста или, как его еще называют, «выпрямителя». Основной частью выпрямителя является полупроводниковый диод, который проводит электрический ток только в одном направлении. После этого диода ток не изменяет своего направления, но появляются пульсации, которые устраняют при помощи конденсаторов и других фильтров. Выпрямители бывают в механическом, электровакуумном или полупроводниковом исполнении.
В зависимости от качества изготовления такого устройства, пульсации тока на выходе будут иметь разное значение, как правило, чем дороже и качественнее сделан прибор – тем меньше пульсаций и чище ток. Примером таких устройств являются блоки питания различных приборов и зарядные устройства, выпрямители электросиловых установок в различных видах транспорта, сварочные аппараты постоянного тока и другие.
Для того, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный используются инверторы. Такие приборы генерируют переменное напряжение с синусоидой. Существует несколько видов таких аппаратов: инверторы с электродвигателями, релейные и электронные. Все они отличаются друг от друга по качеству выдаваемого переменного тока, стоимости и размерам. В качестве примера такого устройства можно привести блоки бесперебойного питания, инверторы в автомобилях или, например, в солнечных электростанциях.
Где используется и в чём преимущества переменного и постоянного тока
Для выполнения различных задач может потребоваться использование как переменного тока, так и постоянного. У каждого вида тока есть свои недостатки и достоинства.
Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость передачи тока на большие расстояния. Такой ток передавать целесообразнее с точки зрения возможных потерь и стоимости оборудования. Именно поэтому в большинстве электроприборов и механизмов используется только этот вид тока.
Жилые дома и предприятия, инфраструктурные и транспортные объекты находятся на расстоянии от электростанций, поэтому все электрические сети — переменного тока. Такие сети питают все бытовые приборы, аппаратуру на производствах, локомотивы поездов. Приборов, работающих на переменном токе невероятное количество и намного проще описать те устройства, в которых используется постоянный ток.
Постоянный ток используется в автономных системах, таких, например, как бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов. Он широко используется в питании микросхем различной электроники, в средствах связи и прочей технике, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций или исключить их полностью. В ряде случае, такой ток используется в электросварочных работах с помощью инверторов. Существуют даже железнодорожные локомотивы, которые работают от систем постоянного тока. В медицине такой ток используется для введения лекарств в организм с помощью электрофореза, а в научных целях для разделения различных веществ (электрофорез белков и прочее).
Обозначения на электроприборах и схемах
Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.
Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.
На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.
Почему переменный ток используется чаще
Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.
Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.
Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями. Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.
Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.
В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.
При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.
Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.
Чем отличается переменный ток от постоянного — объяснение простыми словами
Основное отличие переменного тока от постоянного. Как получают каждый из этих токов.
В электричестве есть два рода тока – постоянный и переменный. Устройства также требуют для питания один или другой вид тока. От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность после подключения к неправильному питанию. Чем отличается переменный ток от постоянного мы расскажем в этой статье, дав краткий ответ наиболее простыми словами. Содержание:
Определение
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.
Переменный ток (Alternative Current – AC) отличается от постоянного (Direct Current – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении. Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени. Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).
Для так сказать чайников в электрике изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:
Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток. Вы можете видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.
Если сказать по-простому, то разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах. Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля. Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).
Происхождение
Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.
Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.
Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.
Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.
Формулы для расчета постоянного тока
Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:
E=I/R
E=I/(R+r)
Мощность также просто рассчитываются:
P=UI
Формулы для расчета переменного тока
В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:
Для ёмкости:
Для индуктивности:
Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.
Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:
wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.
На видео ниже более подробно рассказывается, в чем отличие переменного тока от постоянного:
Материалы по теме:
- Как повысить постоянное и переменное напряжение
- Что такое активная, реактивная и полная мощность
- Что такое линейное и фазное напряжение
Нравится
0)Не нравится
0)в чем разница между ними
В электричестве есть два рода тока – постоянный и переменный. Устройства также требуют для питания один или другой вид тока. От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность после подключения к неправильному питанию. Чем отличается переменный ток от постоянного мы расскажем в этой статье, дав краткий ответ наиболее простыми словами.
Определение
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.
Переменный ток (Alternative Current – AC) отличается от постоянного (Direct Current – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении. Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени. Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).
Для так сказать чайников в электрике изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:
Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток. Вы можете видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.
Если сказать по-простому, то разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах. Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля. Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).
Происхождение
Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.
Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.
Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.
Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.
Формулы для расчета постоянного тока
Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:
E=I/R
E=I/(R+r)
Мощность также просто рассчитываются:
P=UI
Формулы для расчета переменного тока
В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:
Для ёмкости:
Для индуктивности:
Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.
Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:
wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.
На видео ниже более подробно рассказывается, в чем отличие переменного тока от постоянного:
В чем разница переменного тока и постоянного?
Лишь немногие способны реально осознать, что переменный и постоянный ток чем-то отличаются. Не говоря уже о том, чтобы назвать конкретные различия. Цель данной статьи – объяснить основные характеристики этих физических величин в терминах, понятных людям без багажа технических знаний, а также предоставить некоторые базовые понятия, касающиеся данного вопроса.
Сложности визуализации
Большинству людей не составляет труда разобраться с такими понятиями, как «давление», «количество» и «поток», поскольку в своей повседневной жизни они постоянно сталкиваются с ними. Например, легко понять, что увеличение потока при поливе цветов увеличит количество воды, выходящей из поливочного шланга, в то время как увеличение давления воды заставит ее двигаться быстрее и с большей силой.
Электрические термины, такие как «напряжение» и «ток», обычно трудно понять, поскольку нельзя увидеть или почувствовать электричество, движущееся по кабелям и электрическим контурам. Даже начинающему электрику чрезвычайно сложно визуализировать происходящее на молекулярном уровне или даже четко понять, что собой представляет, например, электрон. Эта частица находятся вне пределов сенсорных возможностей человека, ее невозможно увидеть и к ней нельзя прикоснуться, за исключением случаев, когда определенное количество их не пройдет через тело человека. Только тогда пострадавший определенно ощутит их и испытывает то, что обычно называют электрическим шоком.
Тем не менее, открытые кабели и провода большинству людей кажутся совершенно безвредными только потому, что они не могут увидеть электронов, только и ждущих того, чтобы пойти по пути наименьшего сопротивления, которым обычно является земля.
Аналогия
Понятно, почему большинство людей не могут визуализировать то, что происходит внутри обычных проводников и кабелей. Попытка объяснить, что что-то движется через металл, идет вразрез со здравым смыслом. На самом базовом уровне электричество не так сильно отличается от воды, поэтому его основные понятия довольно легко освоить, если сравнить электрическую цепь с водопроводной системой. Основное различие между водой и электричеством заключается в том, что первая заполняет что-либо, если ей удастся вырваться из трубы, в то время как второе для передвижения электронов нуждается в проводнике. Визуализируя систему труб, большинству легче понять специальную терминологию.
Напряжение как давление
Напряжение очень похоже на давление электронов и указывает, как быстро и с какой силой они движутся через проводник. Эти физические величины эквивалентны во многих отношениях, включая их отношение к прочности трубопровода-кабеля. Подобно тому, как слишком большое давление разрывает трубу, слишком высокое напряжение разрушает экранирование проводника или пробивает его.
Ток как поток
Ток представляет собой расход электронов, указывающий на то, какое их количество движется по кабелю. Чем он выше, тем больше электронов проходит через проводник. Подобно тому, как большое количество воды требует более толстых труб, большие токи требуют более толстых кабелей.
Использование модели водяного контура позволяет объяснить и множество других терминов. Например, силовые генераторы можно представить как водяные насосы, а электрическую нагрузку – как водяную мельницу, для вращения которой требуется поток и давление воды. Даже электронные диоды можно рассматривать как водяные клапаны, которые позволяют воде течь только в одну сторону.
Постоянный ток
Какая разница между постоянным и переменным током, становится ясно уже из названия. Первый представляет собой движение электронов в одном направлении. Очень просто визуализировать его с использованием модели водяного контура. Достаточно представить, что вода течет по трубе в одном направлении. Обычными устройствами, создающими постоянный ток, являются солнечные элементы, батареи и динамо-машины. Практически любое устройство можно спроектировать так, чтобы оно питалось от такого источника. Это почти исключительная прерогатива низковольтной и портативной электроники.
Постоянный ток довольно прост, и подчиняется закону Ома: U = I × R. Мощность нагрузки измеряется в ваттах и равна: P = U × I.
Из-за простых уравнений и поведения постоянный ток относительно легко осмыслить. Первые системы передачи электроэнергии, разработанные Томасом Эдисоном еще в XIX веке, использовали только его. Однако вскоре разница в переменном токе и постоянном стала очевидной. Передача последнего на значительные расстояния сопровождалась большими потерями, поэтому через несколько десятилетий он был заменен более выгодной (тогда) системой, разработанной Николой Теслой.
Несмотря на то что коммерческие силовые сети всей планеты в настоящее время используют переменный ток, ирония заключается в том, что развитие технологии сделало передачу постоянного тока высокого напряжения на очень больших расстояниях и при экстремальных нагрузках более эффективной. Что, например, используется при соединении отдельных систем, таких как целые страны или даже континенты. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном. Однако первый по-прежнему используется в низковольтных коммерческих сетях.
Постоянный и переменный ток: разница в производстве и использовании
Если переменный ток намного проще производить с помощью генератора, используя кинетическую энергию, то батареи могут создавать только постоянный. Поэтому последний доминирует в схемах питания низковольтных устройств и электроники. Аккумуляторы могут заряжаться только от постоянного тока, поэтому переменный ток сети выпрямляется, когда аккумулятор является основной частью системы.
Широко распространенным примером может служить любое транспортное средство – мотоцикл, автомобиль и грузовик. Генератор, устанавливаемый на них, создает переменный ток, который мгновенно преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, поскольку в системе электроснабжения присутствует аккумулятор, и большинству электроники для работы требуется постоянное напряжение. Солнечные элементы и топливные ячейки также производят только постоянный ток, который затем при необходимости можно преобразовать в переменный с помощью устройства, называемого инвертором.
Направление движения
Это еще один пример разницы постоянного тока и переменного тока. Как следует из названия, последний представляет собой поток электронов, который постоянно меняет свое направление. С конца XIX века почти во всех бытовых и промышленных электрических всего мира используется синусоидальный переменный ток, поскольку его легче получить и гораздо дешевле распределять, за исключением очень немногих случаев передачи на большие расстояния, когда потери мощности вынуждают использовать новейшие высоковольтные системы постоянного тока.
У переменного тока есть еще одно большое преимущество: он позволяет возвращать энергию из точки потребления обратно в сеть. Это очень выгодно в зданиях и сооружениях, которые производят больше энергии, чем потребляют, что вполне возможно при использовании альтернативных источников, таких как солнечные батареи и ветряные турбины. Тот факт, что переменный ток позволяет обеспечить двунаправленный поток энергии, является основной причиной популярности и доступности альтернативных источников питания.
Частота
Когда дело доходит до технического уровня, к сожалению, объяснить, как работает переменный ток, становится сложно, поскольку модель водяного контура к нему не совсем подходит. Однако можно визуализировать систему, в которой вода быстро меняет направление потока, хотя не понятно, как она при этом будет делать что-то полезное. Переменный ток и напряжение постоянно меняют свое направление. Скорость изменения зависит от частоты (измеряемой в герцах) и для бытовых электрических сетей обычно составляет 50 Гц. Это означает, что напряжение и ток меняют свое направление 50 раз в секунду. Вычислить активную составляющую в синусоидальных системах довольно просто. Достаточно разделить их пиковое значение на √2.
Когда переменный ток меняет направление 50 раз в секунду, это означает, что лампы накаливания включаются и выключаются 50 раз в секунду. Человеческий глаз не может это заметить, и мозг просто верит, что освещение работает постоянно. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном.
Векторная математика
Ток и напряжение не только постоянно меняются – их фазы не совпадают (они несинхронизированные). Подавляющее большинство силовых нагрузок переменного тока вызывает разность фаз. Это означает, что даже для самых простых вычислений нужно применять векторную математику. При работе с векторами невозможно просто складывать, вычитать или выполнять любые другие операции скалярной математики. При постоянном токе, если по одному кабелю в некоторую точку поступает 5A, а по другому – 2A, то результат равен 7A. В случае переменного это не так, потому что итог будет зависеть от направления векторов.
Коэффициент мощности
Активная мощность нагрузки с питанием от сети переменного тока может быть рассчитана с помощью простой формулы P = U × I × cos (φ), где φ – угол между напряжением и током, cos (φ) также называется коэффициентом мощности. Это то, чем отличаются постоянный и переменный ток: у первого cos (φ) всегда равен 1. Активная мощность необходима (и оплачивается) бытовыми и промышленными потребителями, но она не равна комплексной, проходящей через проводники (кабели) к нагрузке, которая может быть рассчитана по формуле S = U × I и измеряется в вольт-амперах (ВА).
Разница между постоянным и переменным током в расчетах очевидна – они становятся более сложными. Даже для выполнения самых простых вычислений требуется, по крайней мере, посредственное знание векторной математики.
Сварочные аппараты
Разница между постоянным и переменным током проявляется и при сварке. Полярность дуги оказывает большое влияние на ее качество. Электрод-позитивная сварка проникает глубже, чем электрод-негативная, но последняя ускоряет наплавление металла. При постоянном токе полярность всегда постоянная. При переменном она меняется 100 раз в секунду (при 50 Гц). Сварка при постоянном предпочтительнее, так как она производится более ровно. Разница в сварке переменным и постоянным током заключается в том, что в первом случае движение электронов на долю секунды прерывается, что приводит к пульсации, неустойчивости и пропаданию дуги. Этот вид сварки используется редко, например, для устранения блуждания дуги в случае электродов большого диаметра.
Разница между переменным и постоянным током — Разница Между
Разница Между 2020
Ключевая разница: Постоянный ток (DC) означает, что мощность течет в одном направлении. В постоянном токе поток электронов идет в постоянном направлении, не изменяясь через определенные промежутки вре
Содержание:
Ключевая разница: Постоянный ток (DC) означает, что мощность течет в одном направлении. В постоянном токе поток электронов идет в постоянном направлении, не изменяясь через определенные промежутки времени, и достигается путем установки постоянных магнитов на провод. Мощность переменного тока (AC) отличается от постоянного тока, так как поток электронов в AC постоянно изменяется, от прямого к обратному и так далее. Это возможно путем размещения вращающихся магнитов вдоль проволоки и при изменении поляризации магнитов меняется поток электронов.Постоянный ток (DC) был преобладающей формой электричества, которое использовалось в 19го века и был также использован в первой коммерческой передаче электроэнергии Томаса Эдисона. Постоянный ток означает, что мощность течет в одном направлении. В постоянном токе поток электронов идет в постоянном направлении, не изменяясь через определенные промежутки времени, и достигается путем установки на провод постоянных магнитов, которые помогают электронам оставаться на устойчивом пути. Первоначально постоянный ток назывался «гальваническим током». Постоянные токи протекают в проводниках, таких как провода, но также могут проходить через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум. Постоянные токи могут быть получены с использованием таких источников, как батареи, термопары и солнечные элементы. Химическая энергия внутри батареи обладает достаточной мощностью, чтобы толкать электроны, а не тянуть, в результате чего энергия течет в одном направлении.
Постоянный ток чаще всего встречается в приложениях, которые требуют малой мощности и могут работать от батарей или солнечных батарей. Однако другое популярное приложение, в котором используются постоянные токи, — это автомобили, в которых большинство автомобильных деталей работают от постоянного тока и преобразовываются из переменного тока с использованием генераторов переменного тока. DC был прекращен как основной метод питания домов и зданий, поскольку они не могли путешествовать на большие расстояния без потери энергии. Мощность и напряжение в постоянном токе остаются неизменными в стабильных условиях, в результате чего скорость передачи энергии источником остается неизменной. Напряжения постоянного тока имеют ненулевую временную кривую напряжения и всегда положительны, но могут увеличиваться и уменьшаться.Мощность переменного тока (AC) отличается от постоянного тока, так как поток электронов в AC постоянно изменяется, от прямого к обратному и так далее. Это возможно путем размещения вращающихся магнитов вдоль проволоки и при изменении поляризации магнитов меняется поток электронов. Сегодня переменный ток используется для передачи электроэнергии и электроэнергии в домах, офисах и т. Д., Так как его легче транспортировать. Никола Тесла заслужил звание за разработку основ электроснабжения переменного тока благодаря своим линиям электропередачи переменного тока. Мощность переменного тока обычно течет в форме синусоидальной волны, но также может течь в форме трапеции, треугольника и квадрата. Радио и аудио сигналы являются примерами переменного тока.
Электростанции производят переменные токи с помощью вращающихся турбин, которые создают магнитные поля, которые толкают и тянут электроны, заставляя их чередоваться в потоке. Постоянное нажатие и вытягивание постоянно изменяет магнитную поляризацию, в результате чего электроны также меняют направление. Напряжение переменного тока также постоянно изменяется между положительным и отрицательным. Переменный ток подает ток и напряжение в синусоидальной форме волны, что приводит к пиковому значению (VP) и минимальному значению. Постоянное изменение направления известно как частота тока и измеряется в герцах. AC обычно имеет частоту 50 Гц или 60 Гц, в зависимости от страны.
Переменный ток стал основным методом питания по сравнению с постоянным током из-за возможности легко производить и передавать. Переменные характеристики переменного тока сводят к минимуму потери энергии из-за сопротивления в проводниках при передаче на большие расстояния. Напряжения переменного тока легче производить и передавать по сравнению с напряжениями постоянного тока. Конденсатор пропустит напряжение переменного тока, но заблокирует сигнал постоянного тока, в то время как индуктор пропустит напряжение постоянного тока и заблокирует сигнал переменного тока. Мощность переменного тока больше подходит для таких устройств, как лампы и обогреватели, в то время как постоянный ток больше подходит для электронной схемы. Переменный ток может быть преобразован из одного напряжения в другое с помощью трансформатора, тогда как постоянный ток м
Чем отличается переменный ток от постоянного
Хотя электрические приборы мы каждый день используем в повседневной жизни, не каждый может ответить, чем отличается переменный ток от постоянного, несмотря на то, что об этом рассказывается в рамках школьной программы. Поэтому имеет смысл напомнить основные догматы.
Обобщенные определения
Физический процесс, при котором заряженные частицы движутся упорядоченно (направленно), называется электротоком. Его принято разделять на переменный и постоянный. У первого направление и величина остаются неизменными, а у второго эти характеристики меняются по определенной закономерности.
Приведенные определения сильно упрощены, хотя и объясняют разницу между постоянным и переменным электротоком. Для лучшего понимания, в чем заключается это различие, необходимо привести графическое изображение каждого из них, а также объяснить, как образуется переменная электродвижущая сила в источнике. Для этого обратимся к электротехнике, точнее ее теоретическим основам.
Источники ЭДС
Источники электротока любого рода бывают двух видов:
- первичные, с их помощью происходит генерация электроэнергии путем превращения механической, солнечной, тепловой, химической или другой энергии в электрическую;
- вторичные, они не генерируют электроэнергию, а преобразуют ее, например, из переменной в постоянную или наоборот.
Единственным первичным источником переменного электротока является генератор, упрощенная схема такого устройства показана на рисунке.
Упрощенное изображение конструкции генератораОбозначения:
- 1 – направление вращения;
- 2 – магнит с полюсами S и N;
- 3 – магнитное поле;
- 4 – проволочная рамка;
- 5 – ЭДС;
- 6 – кольцевые контакты;
- 7 – токосъемники.
Принцип работы
Механическая энергия преобразуется изображенным на рисунке генератором в электрическую следующим образом:
за счет такого явления, как электромагнитная индукция, при вращении рамки «4», помещенной в магнитное поле «3» (возникающее между различными полюсами магнита «2»), в ней образуется ЭДС «5». Напряжение в сеть подается через токосъемники «7» с кольцевых контактов «6», к которым подключена рамка «4».
Видео: постоянный и переменный ток — отличия
Что касается величины ЭДС, то она зависит от скорости пересечения силовых линий «3» рамкой «4». Из-за особенностей электромагнитного поля минимальная скорость пересечения, а значит и самое низкое значение электродвижущей силы будет в момент, когда рамка находится в вертикальном положении, соответственно, максимальное — в горизонтальном.
Учитывая изложенное выше, в процессе равномерного вращения индуктируется ЭДС, характеристики величины и направления которого изменяются с определенным периодом.
Графические изображения
Благодаря применению графического метода, можно получить наглядное представление динамических изменений различных величин. Ниже приведен график изменения напряжения с течением времени для гальванического элемента 3336Л (4,5 В).
Горизонтальная ось отображает время, вертикальная – напряжениеКак видим, график представляет собой прямую линию, то есть напряжение источника остается неизменным.
Теперь приведем график динамики изменения напряжения в течение одного цикла (полного оборота рамки) работы генератора,.
Горизонтальная ось отображает угол поворота в градусах, вертикальная — величину ЭДС (напряжение)Для наглядности покажем начальное положение рамки в генераторе, соответствующее начальной точке отчета на графике (0°)
Начальное положение рамкиОбозначения:
- 1 – полюса магнита S и N;
- 2 – рамка;
- 3 – направление вращения рамки;
- 4 – магнитное поле.
Теперь посмотрим, как будет изменяться ЭДС в процессе одного цикла вращения рамки. В начальном положении ЭДС будет нулевым. В процессе вращения эта величина начнет плавно возрастать, достигнув максимума в момент, когда рамка будет под углом 90°. Дальнейшее вращение рамки приведет к снижению ЭДС, достигнув минимума в момент поворота на 180°.
Продолжая процесс, можно увидеть, как электродвижущая сила меняет направление. Характер изменений поменявшей направление ЭДС будет таким же. То есть она начнет плавно возрастать, достигнув пика в точке, соответствующей повороту на 270°, после чего будет снижаться, пока рамка не завершит полный цикл вращения (360°).
Если график продолжить на несколько циклов вращения, мы увидим характерную для переменного электротока синусоиду. Ее период будет соответствовать одному обороту рамки, а амплитуда – максимальной величине ЭДС (прямой и обратной).
Теперь перейдем к еще одной важной характеристике переменного электротока – частоте. Для ее обозначения принята латинская буква «f», а единица ее измерения – герц (Гц). Этот параметр отображает количество полных циклов (периодов) изменения ЭДС в течение одной секунды.
Определяется частота по формуле: . Параметр «Т» отображает время одного полного цикла (периода), измеряется в секундах. Соответственно, зная частоту, несложно определить время периода. Например, в быту используется электроток с частотой 50 Гц, следовательно, время его периода будет две сотых секунды (1/50=0,02).
Трехфазные генераторы
Заметим, что наиболее экономически выгодным способом получения переменного электротока будет использование трехфазного генератора. Упрощенная схема его конструкции показана на рисунке.
Устройство трехфазного генератораКак видим, в генераторе используются три катушки, размещенные со смещением 120°, соединенные между собой треугольником (на практике такое соединение обмоток генератора не применяется в виду низкого КПД). При прохождении одного из полюсов магнита мимо катушки, в ней индуктируется ЭДС.
Графическое изображение сгенерированного трехфазного электротокаЧем обосновано разнообразие электротоков
У многих может возникнуть вполне обоснованный вопрос – зачем использовать такое разнообразие электротоков, если можно выбрать один и сделать его стандартным? Все дело в том, что не каждый вид электротока подходит для решения той или иной задачи.
В качестве примера приведем условия, при которых использовать постоянное напряжение будет не только не выгодно, ни и иногда невозможно:
- задача передачи напряжения на расстояния проще реализовывается для переменного напряжения;
- преобразовать постоянный электроток для разнородных электроцепей, у которых неопределенный уровень потребления, практически невозможно;
- поддерживать необходимый уровень напряжения в цепях постоянного электротока значительно сложнее и дороже, чем переменного;
- двигатели для переменного напряжения конструктивно проще и дешевле, чем для постоянного. В данном пункте необходимо заметить, что у таких двигателей (асинхронных) высокий уровень пускового тока, что не позволяет их использовать для решения определенных задач.
Теперь приведем примеры задач, где более целесообразно использовать постоянное напряжение:
- чтобы изменить скорость вращения асинхронных двигателей требуется, изменить частоту питающей электросети, что требует сложного оборудования. Для двигателей, работающих от постоянного электротока, достаточно изменить напряжение питания. Именно поэтому в электротранспорте устанавливают именно их;
- питание электронных схем, гальванического оборудования и многих других устройств также осуществляется постоянным электротоком;
- постоянное напряжение значительно безопаснее для человека, чем переменное.
Исходя из перечисленных выше примеров, возникает необходимость в использовании различных видов напряжения.
Чем отличается переменный ток от постоянного
Сам по себе электрический ток представляет собой ничто иное, как происходящее в упорядоченном виде движение всех заряженных частиц в газах, электролитах и металлических объектах. К данным элементам, несущим определенный заряд, относятся ионы и электроны. Сегодня мы постараемся прояснить, чем отличается переменный ток от постоянного, ведь на практике приходится часто сталкиваться с обоими видами.
Характеристики постоянного тока
Direct Current или DC так по-английски обозначают подобную разновидность, для которой присуще свойство на протяжении любого отрезка времени не менять свои параметры. Маленькая горизонтальная черточка или две параллельные со штриховым исполнением одной из них – графическое изображение постоянного тока.
Область применения – большинство моделей бытовых электроприборов и электронных устройств, включая компьютерную технику, телевизоры и гаджеты, использование в домашних сетях и автомобилях. Для преобразования переменного тока в постоянный в зоне розетки применяются трансформаторы напряжения с наличием выпрямителей или специализированные блоки питания.
В качестве широко распространенного примера потребления постоянного тока можно привести практически все электроинструменты, которые эксплуатируются с батареями. Аккумуляторное устройство остается в любом случае источником питания постоянного типа. Преобразование в переменный достигается в случае необходимости при помощи инверторов – специальных элементов.
В чем заключается принцип работы переменного тока
Английская аббревиатура АС (Alternating Current) обозначает ток, меняющий на временных отрезках свое направление и величину. Отрезок синусоиды «~» – его условная маркировка на приборах. Применяется также нанесение после этого значка и других характеристик.
Ниже приведен рисунок с главными характеристиками данного вида тока – номинальными показателями частоты и действующего напряжения.
Следует отметить особенности изменения на левом графике, выполненном для однофазного тока, величины и направления напряжения с осуществлением перехода на ноль за определенный промежуток времени Т. На одну треть периода выполняется смещение трех синусоид при трехфазном токе на другом графике.
Отметками «а» и «б» обозначены фазы. Любой из нас имеет представление о наличии в обычной розетке 220В. Но для многих будет открытием, что максимальное или именуемое по-другому амплитудным значение больше действующего на величину равную корню из двух и составляет 311 Вольт.
Очевидно, что в случае с током постоянного вида параметры направления и напряжения остаются неизменными, а вот для переменного наблюдается трансформация данных величин. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.
Переходим к частоте. Под этим понятием подразумевают отношение периодов (полных циклов) к условной единице временного отрезка меняющегося тока. Данный показатель измеряется в Герцах. Стандартная европейская частота – 50, в США применяемый норматив – 60Г.
Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние.
Переменный ток присутствует при прямом подключении приборов потребления к электрощитам и в розетках. По какой причине здесь отсутствует постоянный ток? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов. Эта методика остается лучшим способом передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.
Номинальное напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, на выходе составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. На подстанции, расположенной в зоне потребления, происходит трансформация данной величины до показателей 10 000В с переходом в трехфазный вариант 380 Вольт. Выполняется подача в отдельный дом и на вашу квартиру попадает напряжение однофазного типа. Напряжение между нулем и фазой составит 220 В, а в щите между разными фазами подобный показатель равняется 380 Вольт.
Двигатели асинхронной конструкции, работающие с переменным током, значительно надежнее и отличаются более простой конструкцией, чем аналоги постоянного тока.
Преобразование переменного тока в постоянный
Для варианта подобной трансформации оптимальный способ – использование выпрямителей:
- Подключение диодного моста – первый шаг в этой процедуре. Конструкция из 4 диодов с необходимой мощностью способствует процессу своеобразного срезания верхних границ уже знакомых нам синусоид переменного вида. Таким образом достигается получение однонаправленного тока.
- Далее выполняется параллельное подключение на выход исправляющего провалы между пиковыми точками синусоиды сглаживающего фильтра или с диодного моста конденсатора. Выделенная зеленым маркером синусоида получилась после прохождения диодного мостика.
Изменения в результате снижения пульсации отображены в синем цвете.
Преобразователь постоянного тока в переменный
В данном случае процесс выглядит достаточно сложным. Инвертор – стандартный прием в бытовых условиях, представляет собой генератор напряжения периодического вида, получаемого из приближенного к синусоиде постоянного.
Высокие цены на подобное устройство обусловлены сложностью конструкции. Стоимость в значительной степени обусловлена максимальной мощностью тока на выходе.
Применяется в довольно редких ситуациях. Например, в случае необходимости подсоединить к электросети автомобиля какой-то инструмент или приборы.
Поделиться ссылкой:
Похожее
Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)
Пораженный громом!
Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Ну, конечно же, переменный и постоянный ток! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменного тока (переменного тока), напротив, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.
Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключено к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также имеет некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Что вы узнаете
- История создания переменного и постоянного тока
- Различные способы генерации переменного и постоянного тока
- Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока
Рекомендуемая литература
и nbsp
и nbsp
Переменный ток (AC)
Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи питания в дома, офисные здания и т. Д.
Генератор переменного тока
переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.
Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:
(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)
Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:
Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что зажатый участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.
Осциллограммы
AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенный тип переменного тока — синусоидальный. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.
Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:
Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.
Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, например, усилителей.
Описание синусоидальной волны
Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .
Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:
V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.
V P — это амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.
Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.
2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).
f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз определенная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны — подъем и спад) происходит в течение одной секунды.
t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).Со временем меняется и форма нашего сигнала.
φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.
Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):
Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую как Desmos (обратите внимание, что вам, возможно, придется использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).
Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).
ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Когда вы хотите рассчитать электрическую мощность, часто бывает полезно использовать значение RMS для переменного тока. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение, изменяющееся от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.
Приложения
В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.
AC также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы представляют собой одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.
Постоянный ток (DC)
Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.
Генерация постоянного тока
DC может быть сгенерирован несколькими способами:
- Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток.
- Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
- Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи
Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.
Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар пуст, вода больше не течет по трубам.
Описание DC
DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:
Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:
Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.
Приложения
Почти все проекты электроники и запчасти, выставленные на продажу на SparkFun, работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует кабель USB для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:
- Сотовые телефоны
- D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
- Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
- Фонари
- Гибридные и электромобили
Битва течений
Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.
В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, в следующем году приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссии. .
AC против
постоянного тока Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Освещение и двигатели можно подключить между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).
Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.
Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль и обслуживать большее количество людей и зданий.
Кампания Эдисона по выявлению мазков
В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток опаснее постоянного тока. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.
Возвышение AC
В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и показала первую передачу трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.
Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и в Буффало начали использовать переменный ток. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 вольт при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 вольт при 60 Гц.
Высоковольтный постоянный ток (HVDC)
Швейцарский инженер Рене Тюри использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока в 1880-х годах, которую можно было использовать для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и обслуживания систем Thury, HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.
С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) можно использовать специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.
В линияхHVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.
В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.
Ресурсы и движение вперед
Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. С другой стороны, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С таким пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.
Взгляните на следующие руководства, когда будете готовы погрузиться глубже в мир электроники:
и nbsp
.Разница между переменным током (AC) и постоянным током (DC)
В современном мире электричество для человека является наиболее важным после кислорода. Когда было изобретено электричество, за эти годы произошло много изменений. Темная планета превратилась в планету огней. Фактически, это сделало жизнь такой простой при любых обстоятельствах. Все устройства, производства, офисы, дома, техника, компьютеры работают на электричестве. Здесь энергия будет в двух формах: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC).Что касается этих токов и разницы между переменным и постоянным током, мы подробно обсудим его основные функции и способы их использования. Его свойства также обсуждаются в табличном столбце.
Работа и разница между переменным и постоянным током
Разница между переменным и постоянным током в основном включает следующие
Разница между переменным и постоянным токомПеременный ток (AC)
Переменный ток определяется как поток заряда, который меняет направление периодически.В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. В основном, переменный ток используется для подачи энергии в промышленность, жилые дома, офисные здания и т. Д.
Источник переменного токаГенерация переменного тока
Переменный ток производится с использованием так называемого генератора переменного тока. Он предназначен для выработки переменного тока. Внутри магнитного поля скручивается проволочная петля, по которой течет индуцированный ток. Здесь вращение провода может происходить от любого средства, например, от паровой турбины, проточной воды, ветряной турбины и так далее.Это происходит из-за того, что провод вращается и периодически приобретает разную магнитную полярность, ток и напряжение в проводе чередуются.
Генерация переменного токаТаким образом, генерируемый ток может иметь множество форм сигналов, таких как синус, квадрат и треугольник. Но в большинстве случаев предпочтительнее использовать синусоидальную волну, потому что ее легко сгенерировать и легко выполнить вычисления. Однако остальная часть волны требует дополнительного устройства для преобразования их в соответствующие формы волны, или форма оборудования должна быть изменена, и вычисления будут слишком сложными.Описание синусоидального сигнала обсуждается ниже.
Описание синусоидальной волны
Как правило, форму волны переменного тока можно легко понять с помощью математических терминов. Для этой синусоидальной волны требуются три вещи: амплитуда, фаза и частота.
Рассматривая только напряжение, синусоидальную волну можно описать как математическую функцию ниже:
V (t) = V P Sin (2πft + Ø)
V (t): Это функция времени и напряжения.Это означает, что со временем меняется и наше напряжение. В приведенном выше уравнении член справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.
VP: Это амплитуда. Это указывает, насколько максимальное напряжение может достигнуть синусоидальная волна в любом направлении, то есть -VP вольт, + VP Вольт или где-то посередине.
Функция sin () утверждает, что напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны и будет действовать как плавные колебания при 0 В.
Здесь 2π — постоянная величина. Он преобразует частоту из циклов в герцах в угловую частоту в радианах в секунду.
Здесь f описывает частоту синусоидальной волны. Это будет в форме единиц в секунду или герц. Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны встречается в течение одной секунды.
Здесь t — зависимая переменная. Измеряется в секундах. При изменении времени форма волны также меняется.
φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза определяется как сдвиг формы сигнала во времени.Он измеряется в градусах. Периодический характер синусоидальной волны смещается на 360 °, она становится той же формы волны при смещении на 0 °.
Для приведенной выше формулы значения приложений в реальном времени складываются с учетом США.
Среднеквадратичное значение (RMS) — еще одна небольшая концепция, которая помогает при вычислении электрической мощности.
В (t) = 170 Sin (2π60t)
Остальные волны, то есть треугольник и квадрат, показаны ниже:
RMS синусоида 
Треугольная форма волны 
Квадратная форма волныПриложения AC
- Главная и офисные розетки используются AC.
- Генерация и передача электроэнергии переменного тока на большие расстояния — это просто.
- Меньше потерь энергии при передаче электроэнергии для высоких напряжений (> 110 кВ).
- Для более высоких напряжений подразумеваются более низкие токи, а для более низких токов в линии питания вырабатывается меньше тепла, что, очевидно, связано с низким сопротивлением.
- Переменный ток можно легко преобразовать из высокого напряжения в низкое и наоборот с помощью трансформаторов.
- Электродвигатели переменного тока.
- Это также полезно для многих крупных приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д.
- Постоянный ток
Постоянный ток (DC) — это движение носителей электрического заряда, то есть электронов в однонаправленном потоке. В постоянном токе сила тока будет меняться со временем, но направление движения остается неизменным во все времена. Здесь постоянным током называется напряжение, полярность которого никогда не меняется.
Источник постоянного тока
В цепи постоянного тока электроны выходят из отрицательного или отрицательного полюса и движутся к положительному или положительному полюсу.Некоторые физики определяют постоянный ток как переход от плюса к минусу.
Источник постоянного токаКак правило, основным источником постоянного тока служат батареи, электрохимические и фотоэлектрические элементы. Но больше всего предпочитают кондиционер во всем мире. В этом сценарии переменный ток можно преобразовать в постоянный. Это будет происходить в несколько этапов. Изначально источник питания состоял из трансформатора, который позже преобразовал в постоянный ток с помощью выпрямителя. Он предотвращает реверсирование потока тока, а фильтр используется для устранения пульсаций тока на выходе выпрямителя.Это явление преобразования переменного тока в постоянный ток
Пример перезаряжаемой батареи
Однако для работы всего электронного и компьютерного оборудования необходим постоянный ток. Для большинства полупроводникового оборудования требуется диапазон напряжений от 1,5 до 13,5 вольт. Текущие потребности меняются в зависимости от используемых устройств. Например, диапазон от практически нуля для электронных наручных часов до более 100 ампер для усилителя мощности радиосвязи. Оборудование, в котором используются мощные радио- или радиовещательные передатчики, или телевидение, или дисплей с электронно-лучевой трубкой, или электронные лампы, требует от примерно 150 вольт до нескольких тысяч вольт постоянного тока.
Пример подзарядки батареиОсновное различие между переменным и постоянным током обсуждается в следующей сравнительной таблице
| S № | Параметры | Переменный ток | Постоянный ток | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1
Это безопасно для передачи на большие расстояния по городу и обеспечивает большую мощность. | На практике напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию. | | 2 | Причина направления потока электронов | Обозначается вращающийся магнит вдоль провода. | Обозначается устойчивый магнетизм вдоль провода | 3 | Частота | Частота переменного тока будет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны. | Частота постоянного тока будет равна нулю. | 4 | Направление | Он меняет свое направление на противоположное при движении по контуру. | Он течет только в одном направлении в контуре. | 5 | Ток | Это ток величины, который меняется со временем | Это ток постоянной величины. | 6 | Поток электронов | Здесь электроны будут переключать направления — вперед и назад. | Электроны постоянно движутся в одном направлении или «вперед». | 7 | Получено из | Источник доступности — A.C Генератор и сеть. | Источник доступности — Элемент или Аккумулятор. | 8 | Пассивные параметры | Это импеданс. | Только сопротивление | 9 | Коэффициент мощности | Он в основном лежит между 0 и 1. | Он всегда будет 1. | 10 | Типы | Типы | Будет как синусоидальный, квадратный, трапециевидный и треугольный. | Он будет Чистым и пульсирующим. |
В этой статье подробно объясняется разница между токами переменного и постоянного тока. Я надеюсь, что каждый пункт ясно понимается об переменном токе, постоянном токе, формах сигналов, об уравнении, различиях переменного и постоянного тока в столбцах таблицы вместе с их свойствами. По-прежнему не в состоянии понять какую-либо из тем в статьях или реализовать последние электрические проекты, не стесняйтесь задавать вопрос в поле для комментариев ниже.Вот вам вопрос, каков коэффициент мощности переменного тока?
Фото:
.Постоянный ток в сравнении с переменным током
Батареи, топливные элементы и солнечные элементы производят то, что называется постоянного тока ( DC ). Положительная и отрицательная клеммы аккумулятора всегда соответственно положительная и отрицательная. Ток всегда течет в одном направлении между этими двумя клеммами.
Мощность, поступающая от электростанции, с другой стороны, называется переменного тока ( переменного тока ).Направление тока меняется или меняется 60 раз в секунду (в США) или 50 раз в секунду (например, в Европе). В настенной розетке в Соединенных Штатах имеется 120-вольтное напряжение переменного тока с периодом 60 циклов.
Большим преимуществом переменного тока для электросети является тот факт, что относительно легко изменить напряжение источника питания с помощью устройства, называемого трансформатором . Энергетические компании таким образом экономят много денег, используя очень высокое напряжение для передачи энергии на большие расстояния.
Как это работает? Что ж, допустим, у вас есть электростанция, которая может производить 1 миллион ватт энергии. Один из способов передать эту мощность — послать 1 миллион ампер при напряжении 1 вольт. Другой способ передать его — послать 1 ампер при 1 млн вольт. Для передачи 1 А требуется только тонкий провод, и во время передачи на тепло теряется не так много энергии. Для отправки 1 миллиона ампер потребуется огромный провод.
Таким образом, энергетические компании преобразуют переменный ток в очень высокие напряжения для передачи (например, 1 миллион вольт), затем понижают его до более низких напряжений для распределения (например, 1000 вольт) и, наконец, для безопасности внутри дома до 120 вольт.Как вы можете себе представить, убить кого-то с напряжением 120 вольт намного сложнее, чем с помощью 1 миллиона вольт (и большинство смертей от электрического тока сегодня предотвращается с помощью розеток GFCI). Чтобы узнать больше, прочтите Как работают электросети.
Осталась одна важная электрическая концепция, которую мы не обсуждали: заземление.
.Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC), руководство для вас
Вы когда-нибудь задумывались, какие токи проходят по вашим проводам? Это руководство проведет вас через 2 типа токов; Альтернативный ток (AC), постоянный ток (DC) и что все это значит.
В этом руководстве я расскажу о самых важных вещах, начиная с:
- Что такое переменный и постоянный ток
- Различия между переменным и постоянным током
- Преобразование переменного тока в постоянный
- Использование переменного или постоянного тока
- Применение переменного и постоянного тока
- Связь с переменным и постоянным током
переменного тока и постоянного тока
Переменный ток (AC)
- Форма тока, которая периодически меняет направление, колеблясь взад и вперед
Постоянный ток (DC)
- Форма тока, которая течет только в одном направлении, обеспечивая постоянное напряжение / ток
Какие отличия?
| AC | постоянного тока | |
|---|---|---|
| Форма волны произведено | Чаще всего дает синусоидальную волну | При постоянном напряжении / токе появляются горизонтальные волны |
| Создано в | Генератор, электрический генератор, предназначенный для производства переменного тока | Коммутатор Выпрямитель, преобразует переменный ток в постоянный ток Батареи за счет выработки в результате внутренней химической реакции |
| Пригодность для передачи на большие расстояния | Подходит, потери передачи небольшие | Менее подходит, потери передачи больше, если напряжение не достаточно высокое. |
| Использование | Менее подходит для электронных продуктов, если питание не переключается на постоянный ток через выпрямитель | Подходит для электронных продуктов |
| Уровень безопасности | Нижний уровень безопасности Переменное напряжение может вызвать попадание тока в тело человека без замкнутого контура | Более высокий уровень безопасности Обычно токи постоянного тока в электрических приборах имеют тенденцию быть более безопасными |
Преобразование переменного тока в постоянный?
Хотя переменный и постоянный ток работают по-разному, они не должны работать как отдельная цепь из-за наличия преобразователя переменного тока в постоянный.
Преобразователь называется выпрямителем, где он преобразует входной переменный ток в выходной постоянный ток путем изменения направленного потока тока.
AC vs DC, что использовать?
Передача электроэнергии на большие расстояния:
- переменного тока: возможность увеличения напряжения через трансформаторы приводит к меньшему сопротивлению в проводах, что может обеспечить эффективную передачу энергии на большие расстояния
- постоянного тока: высокая сложность и стоимость эффективного создания высокого напряжения постоянного тока
Победитель: AC, тот, который отлично подойдет, если вы хотите передавать энергию на большие расстояния
Легкость использования / простота:
- переменного тока: проста в эксплуатации за счет использования проводов и трансформаторов для регулировки напряжения
- постоянного тока: невозможно удобно преобразовывать напряжения из-за необходимости использования сложных схем
Победитель: AC, удобство и гибкость, которые он может принести, разрушают его сопротивление.
Совместимость с электроникой:
- AC: Менее совместим с электроникой из-за изменения направления тока
- DC: Больше совместим с электроникой, поскольку ток надежно течет в одном направлении
Победитель: DC, решение для питания вашей электроники.
Приложения переменного и постоянного тока
AC
постоянного тока
Муфта: AC и DC
AC и DC также могут называться переменным (емкостным) соединением и прямым соединением.Муфта позволяет наблюдать напряжения и длины волн источника питания. Каждая форма связи приводит к разным результатам в данных при подключении к осциллографу.
Соединение переменного тока и соединение постоянного тока
| Муфта переменного тока | Муфта постоянного тока |
|---|---|
| Показывать только сигналы переменного тока и разрешать их прохождение через соединение | Обеспечивает прохождение сигналов переменного и постоянного тока через соединение |
| Подходит для следующих датчиков: Микрофоны ICP Акселерометры ICP Тензодатчики (только для упругих или динамических характеристик) ВСЕ преобразователи ICP / IEPE | Подходит для следующих датчиков: Термопары Акселерометр постоянного тока Тензодатчики |
Старт сцепления с:
DSO Nano V3: портативный осциллограф с функцией связи по постоянному току для измерения напряжения
DSO Nano V3 — это простой в использовании и компактный осциллограф, отвечающий основным требованиям пользователей, начиная от лабораторных испытаний в школе, заканчивая электротехникой и т. Д.
Характеристики продукта:
- Портативный и легкий
- Цветной дисплей
- Сохранение и воспроизведение сигналов
- 6 режимов запуска
- Аналоговая полоса пропускания 200 кГц
- Полные маркеры измерения и характеристики сигнала
- Встроенный генератор сигналов
- Доступные аксессуары
- Открытый исходный код
Сводка
Выбор между использованием постоянного и переменного тока зависит от цели и требований вашего проекта.Постоянный ток рекомендуется для питания электронных устройств из-за того, что батареи питаются постоянным током. С другой стороны, простота модуляции переменного напряжения по-прежнему не имеет себе равных. С учетом сказанного, оба тока действительно превосходны в своей области, и все сводится к выбору правильного из пользовательского приложения.
Следите за нами и ставьте лайки:
