Что лучше переменный или постоянный ток: преимущества и недостатки ⋆ diodov.net

преимущества и недостатки ⋆ diodov.net

Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями. Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции. Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

I₁ = P/U₁ = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.

I₂ = P/U₂ = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.

Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

P_пот1 = I₁²∙R = 100²∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

P_пот2 = I₂²∙R = 10²∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором. А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока

1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

2. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока

1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.
2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Кроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

 

Также следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества. Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции. К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

Еще статьи по данной теме

Переменный или постоянный ток. Какой лучше и в чем разница. | Робототехника

На самом деле вопрос поставлен некорректно. Что значит лучше, оба явления имеют место быть и используются для разных целей и задач. Но предлагаю по порядку.

1 У них разная природа происхождения.

Переменный ток, генерируется из механического движения (как правило это вращение) и взаимодействия электромагнитных полей, процесс до конца не изучен(вообще тема электричества имеет много вопросов), но технологически освоен глубоко. Таким образом генерация тока происходит по синусоиде.

Слева на картинке механическое вращение,а справа показатель высоты точки от уровния "0" .Другим путем получить чистую синусоиду, весьма сложно. На будущее отмечу, что как правило происходит генерация трех синусоид одновременно (трёхфазное напряжение), но нам пока рано это глубоко рассматривать.

Постоянный ток, получается несколькими способами:

Электрохимия (батарейки, аккумуляторы),

Термоэлектрический эффект (термопара, эффект Пельтье )

Фотоэффект (ток в полупроводниках под действием солнечного света)

И, конечно, же, самый распространенный - преобразование из переменного.

2. Переменный ток и постоянный, имеют разные характеристики при передаче на большое расстояние.

Самое главное, переменный ток легко трансформируется от одного значения в другое с помощью трансформатора. Постоянный тоже можно трансформировать, но этот процесс на много сложнее.

3 В цепях управления, они используются совместно и выполняют разные задачи одновременно. В тоже время цифровая электроника работает на цепях постоянного тока и напряжения, но постоянно переключается по состояниям в итоге понятие "постоянный ток" можно назвать условным. Это уже отдельная тема.

Итог: мы рассмотрели несколько основных деталей по которым есть отличие одного вида тока от другого. И потому рекомендовал бы сперва понимать простые цепи на постоянном источнике питания, а потом уже разбираться с переменными токами и напряжениями.

Хочу отметить, что мои публикации не претендуют на звание научных, а носят исключительно информативный характер с целью привлечения интереса большинства к таким разделам как электроника, схемотехника, программирование, робототехника и т.д. Поэтому есть пожелание получать периодически от Вас обратную связь в виде ответов на форму

Следующая статья.

Предыдущая статья.

Рекомендуем к прочтению

Передавая мощность на большие расстояния, что лучше переменного или постоянного тока?

Я фактически работал над схемами HVDC, еще в середине-конце 90-х годов. Ответ Олина Латропа отчасти прав, но не совсем. Я постараюсь не повторять слишком много его ответа, но я проясню несколько вещей.

Потери для переменного тока в основном сводятся к индуктивности кабеля. Это создает реактивное сопротивление для передачи энергии переменного тока. Распространенное заблуждение (повторяемое Олином) состоит в том, что это происходит из-за передачи власти окружающим. Это не так - виток провода на полпути между этим местом и Магеллановым Облаком будет иметь точно такое же реактивное сопротивление и вызывать точно такие же электрические эффекты, что и на вашем столе. По этой причине это называется самоиндуктивностью , и самоиндуктивность длинного кабеля передачи действительно значительна.

Кабель не теряет значительную мощность от индуктивной связи с другими металлоконструкциями - это другая половина этого распространенного заблуждения. Эффективность индуктивной связи зависит от частоты переменного тока и расстояния между кабелями. Для передачи переменного тока на частоте 50/60 Гц частота настолько мала, что индуктивная связь на любом расстоянии абсолютно неэффективна; и если вы не хотите получить удар током, эти расстояния должны быть на расстоянии нескольких метров. Это просто не происходит в какой-либо измеримой степени.

(Отредактировано, чтобы добавить одну вещь, которую я забыл) Для кабелей, идущих под водой, также имеются очень высокие емкости кабелей из-за их конструкции. Это другой источник реактивных потерь, но он также важен. Это может быть основной причиной потерь в подводных кабелях.

Скин-эффект вызывает более высокое сопротивление для передачи энергии переменного тока, как говорит Олин. На практике, однако, потребность в гибких кабелях делает это менее важной проблемой. Один кабель, достаточно толстый для передачи значительной мощности, как правило, был бы слишком негибким и громоздким, чтобы висеть на пилоне, поэтому передающие кабели собираются из пучка проводов, разделенных прокладками. В любом случае, нам нужно было бы это сделать, независимо от того, использовали мы постоянный или переменный ток. Результатом этого является размещение проводов в зоне скин-эффекта для пучка. Понятно, что в этом задействовано инженерное дело, и все равно будут некоторые потери, но благодаря этому счастливому стечению обстоятельств мы можем быть уверены, что они намного ниже.

Подводные и подводные кабели, конечно, представляют собой один толстый кабель, поэтому, в принципе, они могут быть укушены скин-эффектом. В конструкции кабеля для тяжелых условий эксплуатации, как правило, используется прочный центральный сердечник, который обеспечивает структурную целостность кабеля, а другие соединители намотаны на этот сердечник. Опять же, мы можем использовать это в наших интересах, чтобы уменьшить влияние скин-эффекта в переменном токе, и даже кабели HVDC будут построены таким же образом.

Большая победа в передаче электроэнергии, однако, устраняет реактивные потери.

Как говорит Олин, существует также проблема объединения двух электрических сетей, потому что они никогда не будут иметь одинаковую частоту и фазу. Грамотное использование фильтров в середине 20-го века позволило подключить сетки, но проектирование их было таким же искусством, как и наукой, и они были по своей сути неэффективными. После того как вы получили мощность, передаваемую в постоянном токе, вы можете восстановить переменный ток с той же частотой и фазой, что и в сети назначения, и избежать этой проблемы.

Более того, гораздо эффективнее преобразовать переменный ток в постоянный и обратно в переменный, вместо того, чтобы пытаться использовать фильтры для компенсации фазы и частоты. Сетки в наши дни, как правило, объединяются с помощью последовательных схем . По сути, это две половины линии HVDC, расположенной рядом друг с другом, с огромной шиной между двумя, а не километрами кабеля передачи.

Инвертор постоянного или переменного тока: какой лучше выбрать

С момента своего появления и по сегодняшний день сварка прочно удерживает первенство в процессах соединения различных деталей, изделий и элементов металлических конструкций. Такая широкая сфера применения требует большого количества методов и технологий. Для того чтобы иметь возможность варить значительный ассортимент металлов, используют различные виды сварочных токов.

1 / 1

С момента своего появления и по сегодняшний день сварка прочно удерживает первенство в процессах соединения различных деталей, изделий и элементов металлических конструкций. Такая широкая сфера применения требует большого количества методов и технологий. Для того чтобы иметь возможность варить значительный ассортимент металлов, используют различные виды сварочных токов.

Виды сварочного тока

Сварочные трансформаторы выдают на выходе переменный ток (AC) сетевой частоты, то есть 50 герц. Скажем откровенно: сваривание металлов таким способом – процесс достаточно проблематичный. Во-первых, требуются сварщики высокой квалификации, во-вторых, шов получается недостаточно качественным.

Изменение напряжения дуги 100 раз в секунду приводит к соответствующим изменениям в скорости переноса расплавленного металла и температуры сварочной ванны. Результатом этих процессов станет разбрызгивание металла и неравномерность провара. Кроме того, такому виду сваривания свойственен уход шва в сторону.

Лучшие показатели получаются при ведении сварки постоянным (DC) током как прямой, так и обратной полярности (для подключения обратной полярности «+» и «-» источника меняют местами).

Постоянный ток можно получить от сварочного трансформатора с дополнительным силовым выпрямителем. Но, как вы понимаете, это вызовет лишние расходы. Наилучшие возможности предлагают нам инверторы. Здесь можно получить на выходе как переменное, так и постоянное напряжение.

Переменное напряжение сварочных инверторов имеет высокую частоту, за счет чего параметры дуги становятся более стабильными и по своим характеристикам приближаются к параметрам дуги постоянного тока. Некоторые металлы и сплавы можно варить только переменным током, например, алюминий, который имеет очень специфическую оксидную плёнку на поверхности. Эта плёнка может быть разрушена только переменным током. Таким образом, на сегодняшний день мы имеем широко востребованными три вида сварочного тока:

• высокочастотный переменный;

• постоянный прямой полярности;

• постоянный обратной полярности.

Инверторы постоянного и переменного тока

Устройство и отличие

Рассмотрим принцип работы инвертора переменного тока. Преобразование сетевого напряжения в сварочное происходит в следующей последовательности. Вначале оно выпрямляется и поступает на преобразователь, который генерирует высокочастотную последовательность импульсов. Основная идея состоит в том, чтобы на понижающий трансформатор подать напряжение сети 220 вольт с частотой не 50 Гц, а 30 – 70 кГц.

В этом случае значительно снижаются габариты и вес трансформатора. Для того чтобы вы смогли представить себе эту колоссальную разницу, приведем пример: трансформатор мощностью около 5000 Вт, преобразующий напряжение частотой 50 Гц, будет весить около 20 килограммов. Трансформатор такой же мощности, но работающий на частоте 50 кГц будет весить 250грамм. Что вы выберете?   

Далее пониженное до 60 вольт напряжение поступает на сварочный электрод с выхода трансформатора.

Инвертор постоянного тока в большей части повторяет схему инвертора переменного тока. Но на выходе добавлен выпрямитель, который преобразует выходное переменное напряжение в постоянное. 

Что выбрать

С отличиями в устройстве этих типов источников питания для сварочных процессов мы разобрались. Но, по большому счёту, для большинства пользователей устройство источника питания представляет слабый интерес. Более важным для него является назначение различных источников и области их применения. Это и станет, в конце концов, решающим при выборе.

Постарайтесь выбрать сварочный источник питания, который можно подключить к существующей сети без риска её перегрузки. Кроме того, назначение источника должно соответствовать работам, которые вы собираетесь выполнять с его помощью. Для правильного выбора ознакомьтесь с особенностями сваривания различных металлов. 

Отличается ли сварка переменным и постоянным током

Сваривание металлов постоянным током, полученным от инверторных преобразователей, позволяет получить качественный сварной шов даже сварщикам невысокой квалификации. Отсутствие изменений направления и силы тока, свойственные переменному напряжению, обеспечивают ровное и стабильное горение дуги, что приводит к увеличению глубины проплавления металла и создаёт условия увеличения механической прочности сварного соединения.

Ещё одно существенное преимущество сварки постоянным током - уменьшение разбрызгивания металла, которое экономит электроды, присадочные материалы и повышает производительность труда за счёт уменьшения объёмов работ по зачистке швов.

Инверторные преобразователи входят в состав различных аппаратов как источники питания. Аппараты ручной дуговой сварки прекрасно справляются со свариванием стальных и чугунных деталей. Для сваривания нержавеющих сталей и цветных металлов, лучше использовать аппараты аргонно-дуговой сварки. Автомобильный кузов обычно ремонтируют точечной сваркой на базе того же инвертора постоянного тока.

Обратная полярность напряжения имеет свои преимущества и недостатки, в сравнении со свариванием постоянным напряжением прямой полярности. Для реализации этого метода требуются специальные электроды или проволока (в случае работы на полуавтомате). Принятие решения об использовании той или иной полярности зависит от особенностей процесса и вида сварочного оборудования.

Сварку переменным током используют для соединения тугоплавких металлов. В современной практике этот вид применяется для сваривания деталей, имеющих загрязнённую поверхность. Так иногда случается, что очистить деталь либо невозможно, либо очень сложно. Этот метод хорошо справляется с оксидными плёнками на поверхности металлов, даже на алюминии. На крупносерийных производствах сваривание переменным током используют как способ снижения себестоимости работ на изделиях, не требующих особой точности шва.

Делаем выводы: каждый вид имеет место в производстве, но наиболее универсальным и подходящим для дома, гаража, дачи является сварка изделий постоянным током, получаемым от сварочных инверторов. В подтверждение справедливости наших выводов можно привести статистические данные, говорящие о том, что 95,9 % сварочных аппаратов, купленных в Москве в прошлом году, составили аппараты на основе инверторов постоянного тока. Приобрести инверторные аппараты постоянного тока вы можете от производителя КЕДР на официальном сайте:

Преимущества постоянного тока

При всех несомненных достоинствах переменного тока (простота производства и распространения, надежность и эффективность используемого самого разнообразного оборудования), есть определенные сферы, где постоянный ток прочно удерживает свои лидирующие позиции.

Прежде всего, это относится к электроприводам. Двигатели на постоянном токе позволяют формировать самые разнообразные электротехнические характеристики, которые недоступны при использовании переменного тока.

Их использование имеет главное преимущество в том, что обеспечивает достаточно широкий диапазон регулирования при относительной простоте его осуществления. Например, можно обеспечить необходимую скорость вращения ротора практически под любой нагрузкой.

Именно поэтому электродвигатели постоянного тока используются в качестве главных силовых агрегатов таких транспортных средств, как поезда метро, троллейбусы и трамваи.

Сегодня наиболее эффективными способами управления приводами на постоянном токе являются системы, предусматривающие тиристорно-импульсное регулирование.

Также есть определенная техника и технологии, которые предусматривают использование только постоянного тока. Это, прежде всего, электрохимические установки, использующие электролиз, специальные плавильные печи, а также различные автономные системы, использующие в качестве источника электроэнергии постоянный ток. В последнем случае диапазон применения достаточно велик: от освещения шахт до обеспечения жизнедеятельности космических станций на орбите.

В некоторых случаях использование постоянного тока является даже предпочтительным. В качестве примера можно привести следующие области его применения:

— доставка электроэнергии между источником и потребителем, которые находятся на достаточно удаленном друг от друга месте без использования промежуточного оборудования;

— возможность увеличения мощности уже имеющейся сети в тех случаях, когда прокладка дополнительных линий затруднена или не является экономически оправданной;

— передача электроэнергии между системами, которые не синхронизированы между собой;

— стабилизация стандартных электросетей переменного тока;

— снижение потерь от коронных разрядов.

Весьма характерным примером использования постоянного тока являются подводные кабели, так как их большая длина при использовании переменного тока имеет слишком высокую емкостную составляющую. Это вызывает дополнительные потери при транспортировке.

Определение постоянного и переменного электрического тока

Электричество – это тип энергии, передаваемый движением электронов через проводящий материал. Например, металлы представляют собой материалы с высокой электропроводностью и позволяют легко перемещать электроны. Внутри проводящего материала электроны могут двигаться в одном или нескольких направлениях.

Электрический ток

Понятие о постоянном и переменном токе

Что такое постоянный ток, определяется из характера движения электрозарядов. Аналогично можно установить, что такое переменный ток.

1. Когда поток электрозарядов задан в одном направлении, он считается постоянным током;
2. Когда электронный поток меняет направление и интенсивность во времени, он называется переменным током. Причем изменения идут циклически, по синусоидальному закону.

Большинство современных электросетей используют переменный электрический ток, производящийся на электростанциях соответствующими генераторами.

Графики постоянного и переменного токов

Постоянный ток (DC) генерируется батареями, топливными элементами и фотоэлектрическими модулями. Существуют и генераторы постоянного тока. Другое его получение – преобразование из однофазного и трехфазного переменного тока (АС) с помощью выпрямительных устройств.

В обратном случае АС может быть получен из DC, используя инверторы, хотя технология здесь несколько сложнее.

История

В природе электричество встречается относительно редко: оно генерируется только несколькими животными и существует в некоторых природных явлениях. В поисках искусственной генерации потока электронов ученые поняли, что можно заставить электроны проходить через металлическую проволоку или другой проводящий материал, но только в одном направлении, так как они отталкиваются от одного полюса и притягиваются к другому. Так родились батареи и генераторы постоянного тока. Изобретение приписывается, в основном, Томасу Эдисону.

В конце 19-го века другой известный ученый, Никола Тесла, разрабатывал способы получения переменного тока. Основными причинами работ в этой области явились обнаруженные недостатки постоянного тока при передаче электроэнергии на большие дистанции. Оказалось, что для переменного тока гораздо проще повысить напряжение передающих линий, тем самым уменьшив потери и получив возможность транспортировки больших объемов электрической энергии, а эффективно повысить напряжение на линиях с постоянным током в те времена было неосуществимо.

Для получения переменного тока Тесла использовал вращающееся магнитное поле. Если МП изменяет направленность, направление электронного потока также варьируется, и генерируется переменный ток.

Изменение направления в электронном потоке осуществляется очень быстро, много раз в секунду. Измерения частоты производятся в герцах (равных циклам в секунду). Таким образом, переменный ток частоты 50 Гц можно представить, как выполнение 50 циклов в секунду. В каждом цикле электроны изменяют направление и возвращаются к первоначальному, поэтому поток электронов изменяет направленность 100 раз в секунду.

Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов

Разница между двумя видами токов заключена в их природе и вытекающих из этого свойствах.

Отличие постоянного тока от переменного:

1. При переменном токе изменяется направленность и интенсивность электронного потока, при постоянном – она неизменна;
2. Частота постоянного тока не может существовать. Это понятие применимо только для переменного тока;
3. Полюсы (плюс и минус) всегда одинаковы в электроцепи постоянного тока. В электроцепи переменного тока положительные и отрицательные полюса меняются с периодическими интервалами;
4. При передаче переменного тока напряжение легко преобразуется и транспортируется с приемлемым уровнем потерь.

Изменение полярности подключения DC может привести к необратимому повреждению устройств. Чтобы этого избежать, на оборудовании обычно ставятся обозначения полюсов. Аналогично контакты отличаются традиционным использованием металлической пружины для отрицательного полюса и пластины – для положительного. В устройствах с перезаряжаемыми батареями трансформатор-выпрямитель имеет выход, так что соединение выполняется только одним способом, что предотвращает инверсию полярности.

Обозначение полярности на аккумуляторе

В крупномасштабных установках, например, на телефонных станциях и другом телекоммуникационном оборудовании, где имеется централизованное распределение постоянного тока, используются специальные соединительные и защитные элементы,

Постоянный и переменный ток имеют свои достоинства и недостатки, отражающиеся на области их применения. По преимуществу широта использования переменного тока объясняется легкостью его преобразования.

Различия при транспортировке

Когда ток течет, часть энергии электронов преобразуется в тепло, благодаря активному сопротивлению проводов. Электрические нагреватели тоже основаны на этом эффекте. В конце линии меньше энергии передается потребителю. Рассеиваемые мощности называются потерями. Для уменьшения потерь применяется повышение напряжения при транспортировке. Эти физические зависимости применимы и к постоянному, и к переменному току, однако при реализации схем передачи возникают различия.

Достоинства и недостатки переменного тока

При начале строительства передающих электросетей использование трансформаторов было единственной возможностью получать высокие напряжения и затем снижать их до нужного уровня при распределении к потребителям. Такая технология называлась трансформаторной, и до сих пор структура транспортировки электроэнергии не изменилась. Почти повсеместно используется переменный ток, который представляет собой трехфазные системы.

ЛЭП переменного тока

Позже стали конструироваться и линии постоянного тока, которые последние годы используются все шире. Возросший интерес к их применению объясняется существенными недостатками систем переменного тока: в длинных линиях потери электроэнергии значительны. Причинами их являются наличие емкостного и индуктивного сопротивлений.

1. При быстрой смене направления потока электронов наблюдается похожий на перезарядку конденсаторов эффект. Возникают дополнительные емкостные токи. Особенно это сказывается на наземных и подводных кабелях, изолирующий слой которых обладает высоким конденсаторным эффектом;
2. Индуктивное сопротивление линий появляется потому, что электрические токи генерируют магнитные поля, меняющиеся с частотой тока. Появляются индуктивные токи.

Важно! Оба вида реактивных сопротивлений возрастают с увеличением протяженности линий.

Достоинства переменного тока:

• легкая трансформация напряжения;
• возможность комбинирования различных систем передачи;
• возможность использования общесистемной частоты.

Недостатки переменного тока:

• необходимость компенсации реактивной мощности при транспортировке на значительные расстояния;
• сравнительно высокие потери.

Достоинства и недостатки постоянного тока

В первую очередь, чем отличается переменный ток от постоянного, – это присутствием источников потерь на реактивную энергию. Однако постоянный электрический ток предполагает потери на нагрев. Точное их определение зависит от технологии и уровня напряжения. Для высоких напряжений – около 3% на 1000 км.

Другим источником потерь в системах электропередачи на постоянном токе служат подстанции для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот. Суммарные потери намного ниже, чем для переменного тока, но существенными являются материальные затраты на строительство этих подстанций.

Оборудование для высоковольтной ЛЭП постоянного тока

Важно! Для повышения рентабельности линий электропередачи на постоянном токе применяются ЛЭП большой длины.

Техническое развитие в последнее время получила передача электроэнергии на постоянном токе, благодаря разработке новых электронных компонентов для создания высоких уровней напряжения постоянного тока – высокопроизводительных тиристоров или биполярных транзисторов.

Интересно. Сегодня возможны системы передачи постоянного тока с напряжением до 800 кВ и пропускной способностью до 8000 мВт на расстояние более 2000 км.

Преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

• возможность передачи мощности по подводным, наземным и подземным кабельным линиям на большие расстояния;
• нет потерь из-за реактивной мощности;
• лучшее использование изоляции кабелей.

Недостатки высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

• недостаточно быстрая коммутация существующих каналов постоянного тока;
• мало стандартизированной электротехники;
• не развиты распределительные сети передачи электроэнергии, транспортировка ведется от пункта до пункта.

Другие варианты применения постоянного и переменного тока

1. DC идеально подходит для зарядки аккумуляторов и батарей элементов. Им нужно такое питание, потому что зарядная мощность всегда должна идти в одном направлении. Соответственно, устройства, работающие от аккумуляторов, также нуждаются в DC, например, фонарик или ноутбук;
2. Телевидение, радио, компьютерная техника используют DC;
3. Используемые в промышленности и в быту электродвигатели работают как на АС, так и на DC. То же относится к плитам, утюгам, чайникам и лампам накаливания;
4. DC нужен для установок электролиза, где важно наличие неизменных полюсов. Только иногда полярность соблюдать не обязательно, в частности при электролизе газов. Тогда может применяться переменный электроток;
5. Около половины мировых контактных сетей железнодорожного транспорта используют DC. В начале развития электрифицированных железных дорог были попытки применения трехфазных двигателей, но создание контактной сети для них столкнулось с проблемами. На DC работает городской электротранспорт: трамваи, троллейбусы, метро. Другой способ устройства железнодорожных контактных сетей – применение одной фазы переменного тока;

Контактная сеть железных дорог

6. Для измерения токов, напряжений и мощности существуют приборы. Есть работающие только на DC, как магнитоэлектрические амперметры, а также использующие только АС, как индукционные счетчики. Часто используют универсальную измерительную технику.

Оба вида тока востребованы и применяются в различных областях. Какой из них использовать, зависит от принципа работы электрооборудования и приборов.

Видео

Оцените статью:

определение, чем он лучше постоянного, зачем его используют в электрических сетях

Большинство современных бытовых и промышленных устройств работают от сети переменного тока. К ним можно отнести также все приборы на основе постоянного тока или питающиеся от аккумуляторов, поскольку они используют ту или иную форму DC, полученную из AC как с помощью преобразования сетевого напряжения, так и путём зарядки батарей. Но так было не всегда. Потребовалось немало времени, чтобы подобная система энергоснабжения зарекомендовала себя с лучшей стороны.

Эдисон и Тесла

Ипполит Пикси сумел создать первый генератор переменного тока в 1835 году. Это было устройство на постоянных магнитах, работающее при вращении рукоятки. Предприниматели того времени были заинтересованы в генерации DC и не совсем понимали, где может применяться изобретение и зачем нужно получать AC.

Настоящая конкуренция за стандарты электричества в линиях передач развернулась к концу 1880-х. годов, когда началась борьба между основными энергетическими компаниями за доминирование на рынке собственных запатентованных энергетических систем. Это было соперничество концепций электрификации двух великих изобретателей: Николы Теслы и Томаса Эдисона.

Эдисон изобрёл и усовершенствовал немало устройств, необходимых для первых систем генерации и транспортировки постоянного тока. В течение короткого времени его компания смогла открыть более 200 станций в Северной Америке. Предприятие росло, и изобретатель для выполнения работ по усовершенствованию оборудования нанял Николу Теслу — молодого инженера из Европы. Новый сотрудник предложил вниманию Эдисона революционные для того времени работы, основанные на технологиях переменного значения. Идеи Тесла были отвергнуты и пути изобретателей разошлись.

Джордж Вестингауз, наоборот, отнёсся к открытиям сербского инженера с большим интересом и выкупил все патенты Тесла. После предприятия Вестингауза пережило немало потрясений, в том числе и связанных с мощными пропагандистскими компаниями Эдисона. Финалом борьбы стал момент, когда система Теслы была выбрана для освещения выставки в Чикаго. Это событие познакомило мир с преимуществами многофазной генерации AC и его транспортировки. С тех пор большинство электрических устройств и сетей заказывались уже под новый стандарт. Основными датами войны токов были:

• 1870 г. — создание Эдисоном первого генератора DC;
• 1878 г. — основание Edison Electric Light Co в Нью-Йорке;
• 1882 г. — открытие Эдисоном генерирующей станции Pearl Street на 5 тыс. огней;
• 1883 г. — изобретение Теслой трансформатора;
• 1884 г. — изобретение Теслой генератора AC;
• 1888 г. — демонстрация Теслой многофазной электрической системы, Вестингауз выкупает его патенты;
• 1888 г. — казнь с помощью электрического стула, изобретённого Эдисоном как средство для пропагандистской компании, демонстрирующей опасность технологий Теслы.
• 1893 г. — триумф Westinghouse Electric Company на Чикагской ярмарке.

Определение и свойства

Гальваническая батарея выдаёт стабильную разницу потенциалов на полюсах в течение длительного времени до момента завершения в ней химической реакции. Ток от подобного источника называют постоянным. Простое определение переменного тока, понятное для чайников и приемлемое для специалистов, можно построить от обратного: AC есть поток зарядов в проводнике, периодически меняющий свою величину и направление. В сетях энергоснабжения он регулярно изменяет амплитуду и полярность.

Эти изменения представляют собой бесконечные повторения последовательности идентичных циклов, формирующих на экране осциллографа синусоиду, в отличие от DC, который визуализируется как прямая.

Графическая иллюстрация важна для понимания того, какой ток называют переменным синусоидальным.

Поскольку из определения переменного тока следует, что изменения параметров являются регулярными, переменное электричество обладает рядом свойств, связанных с качеством и формой его отражения на графике. Эти основные свойства можно представить следующим списком:

• Частота. Одно из наиболее важных свойств любого регулярного сигнала. Определяет количество полных циклов за конкретный период. Измеряется в герцах (циклах в секунду). В Европе для сетей электроснабжения составляет 50 Гц, в США и Канаде — 60 Гц.
• Период. Иногда важно знать количество времени, необходимое для завершения одного цикла электрического сигнала, а не числа циклов в секунду времени. Период — понятие логически обратное частоте, означающее длительность одного цикла в секунду.
• Длина волны. Характеристика, похожая на период, но может быть измерена из любой части одного цикла к эквивалентной точке в следующем.
• Амплитуда. В контексте электрического тока — это наибольшее значения АС относительно нейтрального. Математически амплитуда синусоиды есть значение этой синусоиды на пике. Однако если речь идёт о системах питания, то лучше обращаться к понятию эффективного тока. В качестве эквивалента используется количество работы, которую способен сделать постоянный ток при напряжении, равном амплитуде исследуемого переменного тока. Для синусоидальной волны эффективное напряжение составляет 0,707 от амплитуды.

В случае с АС наиболее важные свойства — частота и амплитуда, так как все виды оборудования разрабатываются с учётом соответствия этим параметрам в линии электропередачи. Период требует внимания при проектировании электронных источников питания.

А длина волны, как параметр, становится важен, когда речь идёт о токах со значительно более высокой частотой, чем в сетях энергоснабжения.

Сравнение AC и DC

Направление потока электрической энергии определяет постоянный и переменный ток. Разница в том, что в первом случае заряды перемещаются в одном направлении и непрерывно, а во втором — направление потока меняется через равные интервалы. Последнее сопровождается чередованием уровня напряжения и сменой полюсов на источнике с положительного на отрицательный и наоборот, что делает процессы в нагрузках более сложными, чем в случае с постоянным напряжением.

Ключевым преимуществом DC состоят в том, что его можно легко аккумулировать или создавать в портативных химических источниках. Но использование AC позволяет осуществлять передачу электрической энергии на большие расстояния намного экономичнее. Дело в том, что мощность W=I*V, передаваемая от станции, не в полном объёме доставляется до точки назначения. Часть её расходуется на нагрев линий электропередачи в размере W= I^2*R.

Очевидный способ сокращения потерь — уменьшение сопротивления за счёт наращивания толщины проводов. Но для его реализации существует экономический предел: толстые проводники стоят дороже. Кроме того, массивные провода требуют дорогих несущих конструкций.

Задача имеет блестящее решение, если изменить напряжение и силу тока при сохранении мощности. Например, при увеличении V в тысячу раз и соответствующем уменьшении I, значение мощности сохраняется прежним, но потери уменьшаются в миллионы раз, поскольку они находятся в квадратичной зависимости от силы тока. Остаётся проблема преобразования напряжения до безопасных значений при распределении его к потребителям.

Это невозможно в случае с DC, но переменный ток позволяет изменять значения I и V при сохранении мощности с помощью трансформаторов. Энергетические компании используют это свойство для транспортировки электричества. Способность к трансформации и определяет главное, практически применимое отличие переменного тока от постоянного.

Другим важным преимуществом является необычайная простота его производства и возможность реализации в несложных конструкциях электродвигателей. Электрические приводы — наиболее значимый способом применения AC.

Генерация и трансформация

Принцип генерации электричества прост. Если магнитное поле вращается вдоль стационарного набора катушек из витков проводника или, наоборот, катушка вращается вокруг стационарного магнитного поля, то благодаря явлению электромагнитной индукции на концах обмоток возникает разность потенциалов. С каждым изменением угла поворота в результате описанного кругового движения выходное напряжение также будет меняться как по величине, так и по направлению.

Описанный условный генератор при постоянной угловой скорости вращения вала производит синусоидальный AC с формой волны, ничем не отличающейся от поставляемого в бытовой сети. Реальные генераторы устроены значительно сложнее, но работают на том же принципах электромагнитной индукции.

Эти же законы помогают не только в производстве AC, но и в его передаче и распределении. Преобразования напряжения энергетическим компаниями невозможно осуществить без электрических машин, называемых трансформаторами. Вот почему это изобретение Теслы было так важно для революции в транспортировке электричества.

Любой трансформатор состоит из следующих элементов:

• первичной и вторичных обмоток;
• сердечника.

Слово «первичная» применяется для обмотки, на которую подаётся электрическое напряжение, нуждающееся в трансформации. Индуцированное напряжение на вторичной катушке всегда равно приложенному на первичной, умноженному на соотношение витков вторичной к первичной. Трансформатор позволяет пошагово изменять напряжение.

Разность потенциалов, которая получается на выходе, есть расчётная величина, зависящая от соотношения витков обмоток.

Используемые виды

В большинстве случаев под тем, какой ток называется переменным, подразумевают электричество из бытовой сети. Для многих далёких от электрики и электроники людей было бы неожиданностью узнать, что под АС подразумевается значительно более широкое понятие, чем электричество из розетки.

Краткий перечень переменных токов, используемых в сетях питания:

• Однофазный. Простой вид, переменный по направлению. Коммерческий его тип имеет синусоидальный вид на графике и передаётся по двум проводникам.
• Трёхфазный. Электричество для промышленных нужд обычно поставляется в виде трёх отдельных синусоид с пиками амплитуды в трети цикла друг от друга. Для передачи энергии таким способом требуется три (иногда четыре) проводника.
• Двухполупериодный выпрямленный однофазный. Полученный из переменного с помощью выпрямителя таким образом, чтобы обратная половина цикла сменила полярность. Его можно рассматривать как пульсирующий постоянный ток без интервала между импульсами.
• Полностью выпрямленное трёхфазное напряжение. Однополярный ток с небольшой пульсацией. Это свойство выгодно отличает его от DC.
• Полуволновой выпрямленный. Получается после выпрямления AC простейшим образом с обрезанием части с обратной полярностью. В результате получается пульсирующее напряжение с интервалами без разности потенциалов на клеммах.
• Импульсное напряжение. Широко применяется в современной цифровой технике и электронике. Во многих случаях волна не синусоидальной, а прямоугольной формы.

В современных приборах используются самые разнообразные формы тока и нередко одновременно. Даже освещение в XXI веке изменилось неузнаваемо со времён Эдисона. Традиционная лампа накаливания работала непосредственно от сети AC, а её светодиодный аналог предварительно выпрямляет синусоидальное напряжение, преобразуя затем его до нужных параметров без помощи дополнительных устройств.

Однако война токов может иметь своё продолжение в совсем недалёком будущем. Растущее количество источников DC, таких как солнечные батареи и ветряки, стало стимулом для разработки технологий транспортировки постоянного тока на большие расстояния при потерях, сопоставимыми с передачей AC. В мире уже построено несколько таких действующих объектов и, вполне возможно, через некоторое время они продемонстрируют на практике свои преимущества перед классическими энергосистемами.

AC и DC: переменный или постоянный ток

Ток (электрический заряд) течет только в одном направлении в случае DC (постоянный ток) . Но в AC (переменный ток) электрический заряд периодически меняет направление. Из-за изменения тока меняется не только ток, но и напряжение.

Дебаты переменного и постоянного тока олицетворяют -ю Войну Curre nts, как ее называют сегодня, в которой два гиганта электроэнергии были вовлечены в конце 1890-х годов.Томас Эдисон, владелец компании Direct Current, был настолько напуган изобретением Теслы, что прибег к ложному обману американцев, чтобы дискредитировать переменный ток.

Но это не помешало Tesla реализовать свою мечту о снабжении США дешевой и высокоэффективной энергией. По сей день мы видим длинные и толстые провода, натянутые между высокими электрическими столбами, как струны гитары. AC занял трон и правил в течение столетия, доминируя в домах, офисах и зданиях до сих пор, когда DC, кажется, постепенно возвращается.Почему AC так хорошо себя чувствовал? И почему DC может вернуться?

Давайте перефразируем эти вопросы.

Почему переменный ток лучше постоянного?

Переменный ток - это ток, при котором электроны периодически меняют направление вперед и назад. Он основан на принципах, которые Майкл Фарадей изобрел в 1832 году, когда иллюстрировал свой динамо-генератор.

DC, несмотря на свою известность, имел серьезную проблему - его передача на большие расстояния была жесткой, провода теряли мощность, и его приходилось сужать дополнительными цепями.Более того, повышение или понижение напряжения постоянного тока также требовало сложных схем.

Переменный ток можно было не только легко передавать на большие расстояния, но его также можно было легко преобразовать в более высокие или более низкие значения с помощью трансформаторов.

Трансформатор - это, по сути, намотанный вверх провод, который «увеличивает» или «понижает» величину переменного напряжения. Возможность преобразовывать напряжение таким образом означала, что стало возможно передавать электроэнергию гораздо более эффективно не только между городами, но и по всей стране.Мечта Теслы постепенно воплощалась в реальность.

(Изображение предоставлено Pixabay)

Основным преимуществом переменного тока перед постоянным током была способность транспортировать электричество на большие расстояния, поскольку в 19 веке дома и здания отсекали постоянный ток. В 1893 году General Electric была выбрана для поставки электроэнергии постоянного тока на Всемирную выставку в Чикаго, что обошлось в непомерные 554 000 долларов.

Однако вмешался Джордж Вестингауз и пообещал запустить ярмарку всего за 399 000 долларов с помощью переменного тока Tesla.Три года спустя компания Niagara Falls Power Company, очарованная удобствами AC, предоставила Westinghouse право вырабатывать электроэнергию из Ниагарского водопада и освещать весь Буффало, штат Нью-Йорк. Переменный ток уничтожил постоянный ток раз и навсегда. Затем, несколько десятилетий спустя, родился транзистор .

Почему постоянный ток лучше переменного тока?

В отличие от переменного тока, постоянный ток переключению не подлежит. Нет периодов, и ток течет в одном направлении при постоянном напряжении. Как уже упоминалось, постоянный ток имеет тенденцию терять электричество в виде тепла - свойство, которым Эдисон воспользовался, чтобы зажечь первую лампочку.

Несмотря на недостатки, возраст полупроводников заставил вернуться к постоянному току. Постоянный ток в основном используется для питания электронных устройств, а именно небольших устройств, которые могут работать только в двух состояниях: включенном и выключенном. К ним относятся батареи, светодиоды, транзисторы, нейроны компьютерных технологий и любые другие полупроводниковые устройства.

Электроэнергия постоянного тока вернулась, потому что наше общество полагается на компьютеры, планшеты и портативные устройства, которые постоянно подключены к «облакам». Облака - это в основном компьютеры, формально известные как серверы, которые хранятся в удаленных зданиях для хранения ваших ценных данных.

Сегодня такие компании, как Facebook и Google, опустошают целые здания, чтобы разместить на них серверы, на которых хранятся данные для их постоянно растущего числа пользователей. Управление переменным током, как и постоянным, на таких устройствах довольно сложно, поскольку требует сложных схем. Однако, что наиболее важно, переменный ток теряет свою энергию, хотя и на бесконечно малое время, чего постоянно прожорливые серверы не могут выдержать.

Серверные комнаты обычно оборудованы кондиционерами и предназначены для непрерывной работы компьютерных серверов.(Источник изображения: Flickr)

Кроме того, каждый инженер-электрик знает, что потери, накопленные при передаче переменного тока, могут превышать потери, понесенные постоянным током из-за скин-эффекта и емкостной связи, явлений, при которых, поскольку энергия течет по поверхности провода, она поглощается объектами под ним.

Из-за этих сопротивлений передача замедляется, что снижает ее эффективность. Фактически, потери, рассредоточенные в его окрестностях, формируют структуру механизмов беспроводной передачи энергии.Переменный ток излучает часть своей энергии, которую можно удобно сконцентрировать в определенной области, соответствующим образом намотав провод.

Еще одна причина, по которой - и это кажется наиболее важной - DC может вернуться, - это его совместимость с экологически чистыми электронными устройствами. Поскольку все солнечные элементы основаны на полупроводниковых подложках, все они генерируют или работают с постоянным током. DC, возможно, придется вернуться в пользу возобновляемых источников энергии.

Конечно, мы также можем использовать переменный ток, но для этого потребуются утомительные преобразования из постоянного в переменный с помощью инвертора, а затем снова в постоянный, где 5-20% энергии теряется в виде тепла.Фактически, центры обработки данных, занимающие целые акры, действительно используют эти преобразователи. Тем не менее, они потребляют огромное количество энергии и дополнительные расходы на системы охлаждения для вырабатываемого тепла, что усугубляет их финансовое положение.

Так что лучше, переменный или постоянный ток?

Хотя теперь у нас есть технология для передачи постоянного тока на большие расстояния по сетям, мы по-прежнему используем переменный ток. Переменный ток повышается до более высокого напряжения, чтобы преодолеть сопротивление, и когда мощность достигает пользователя, оно понижается и выпрямляется для питания, например, компьютера.Однако эти технологии, как и технологии возобновляемых источников, не только стоят целое состояние, но и их эффективность может быть сомнительной. Да, постоянный ток обеспечивает стабильные выходы, но более высокий КПД достигается после , что устраняет потери.

Хотя потери могут быть меньше, чем потери переменного тока, в игру вступает фактор повышения / понижения. Простота, с которой можно модулировать и передавать напряжение переменного тока, все еще недостижима, поэтому напряжение переменного тока все еще может быть предпочтительным.

Оба источника энергии по-своему превосходны, поэтому решение о том, кто победит, будет зависеть от спорного критерия - игрового поля. Суждение существенно зависит от приложения силы.

Статьи по теме

Статьи по теме

В настоящее время оба работают в тандеме. Переменный ток течет над нами по проводам. Затем переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя , такого как адаптер, который есть в вашем зарядном устройстве, для питания бытовых приборов, таких как лампочки, лампы и другие приборы.

The War of Currents , возможно, не так драматичен, как когда-то, но он все еще существует.

AC и DC (переменный и постоянный ток): сходства и различия (с диаграммой)

Обновлено 28 декабря 2020 г. в мире физики эти сокращения относятся к переменному току и постоянному току соответственно.

Что такое переменный ток?

Переменный ток или AC - это ток, который колеблется и меняет направление с определенной частотой.Частота - это количество колебаний в секунду, которое измеряется в герцах (Гц), где 1 Гц = 1 с ^-1 .

Вы можете представить свободные электроны в проводе, движущиеся вперед и назад, колеблющиеся вокруг одной фиксированной точки. Вот что происходит с переменным током. Вы можете задаться вопросом, будет ли это колебание оказывать заметное влияние на объекты, которые он используется для питания, потому что, если ток колеблется, то он периодически обнуляется на короткое время, прежде чем он изменит направление.Но частота колебаний обычно достаточно высока, чтобы эти эффекты были незаметны.

Переменный ток вырабатывается электростанциями, и именно к нему вы подключаете свои приборы, когда подключаете их к розеткам в вашем доме.

Что такое постоянный ток?

Постоянный ток или DC - это ток, который непрерывно течет в одном направлении с постоянной скоростью. В замкнутом контуре все электроны движутся по контуру в одном направлении.

Это тип тока, который обычно протекает в любой цепи, подключенной к батарее.Это связано с тем, что батареи сконструированы таким образом, что разрешает только поток электронов в одном направлении от их анода (отрицательный вывод) к катоду (положительный вывод) через проводник (в отличие от протекания через саму батарею в противоположное направление).

Война течений

В Соединенных Штатах в конце 1880-х годов Томас Эдисон и Джордж Вестингауз спорили, что лучше: переменный ток или постоянный ток. Эдисон разработал постоянный ток, и он был стандартом, который использовался в первые дни с низковольтными цепями, питающими свет в домах.

Между тем, уличные фонари питались от сети переменного тока высокого напряжения. Когда компания Джорджа Вестингауза разработала способ снизить высокое напряжение переменного тока с помощью трансформаторов для домашнего использования, последовала ожесточенная конкуренция.

В конечном итоге переменный ток выиграл благодаря способности передавать на большие расстояния без потерь, большей эффективности переменного тока и тому факту, что при работе с переменным током гораздо легче понижать напряжение, чем с постоянным током.

Преобразование переменного тока в постоянный и постоянного тока в переменный

Переменный ток можно преобразовать в постоянный ток с помощью выпрямителя, а постоянный ток можно преобразовать в переменный ток с помощью инвертора.Вообще говоря, выпрямитель - это более простая схема, тогда как инвертор, как правило, сложнее в сборке. Это еще одна причина, по которой ваш дом подключен к источнику электричества переменного, а не постоянного тока.

Сходства

Как переменный, так и постоянный ток возникают в результате того, что заряд перемещается по проводам с целью передачи электрической энергии и использования ее для питания различных устройств.

В обоих случаях источник напряжения инициирует протекание тока в цепях. Также возможно преобразование одного типа тока в другой, хотя переход от переменного тока к постоянному обычно считается более простым.

Различия

Токи переменного и постоянного тока генерируются по-разному. Постоянный ток генерируется батареями и генераторами постоянного тока, а переменный ток генерируется генераторами переменного тока и электрическими электростанциями, которые преобразуют механическую энергию в мощность переменного тока с большей готовностью, чем мощность постоянного тока, поскольку эти генераторы обычно используют круговое или колебательное движение, которое непосредственно индуцирует переменный ток. .

Переменный и постоянный токи также используются по-разному. Все, что подключено «к сети», работает от переменного тока, тогда как устройства с батарейным питанием, такие как ваш телефон или электроинструменты, работают от постоянного тока.

AC против постоянного тока: сводная таблица

AC против постоянного тока: сводная таблица

	переменного тока	постоянного тока
частоты	частоты 50	Частота 0 (без колебаний)
Направление	Меняет направление на противоположное	Всегда течет в одном направлении
Величина тока	Величина тока изменяется со временем Величина постоянна
Передача энергии на большие расстояния	Хорошо перемещается на большие расстояния	Значительные потери на больших расстояниях
Эффективность			0174 Меньшая эффективность
Безопасность	Более высокое напряжение - небезопасно	Низкое напряжение - безопаснее
Generation	610 69 Вращающийся магнит
Наличие	Электростанция (электрические розетки)	Аккумуляторы
Типы	Синусоидальная волна, прямоугольная волна и т. Д.	Непрерывный или пульсирующий

Основы солнечной энергии: в чем разница между переменным током и постоянным током?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

История электричества: борьба между переменным и постоянным током

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

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

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

Используется ли в предметах домашнего обихода постоянный или переменный ток?

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

. Однако батареи

используют постоянный ток: у них есть положительный и отрицательный полюсы, и ток всегда течет в одном направлении между этими точками - от положительного к отрицательному полюсу, когда они разряжены.

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

Солнечная энергия - постоянный или переменный ток?

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

Инвертор в доме, преобразующий постоянный ток в переменный.

Потребность в инверторах

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

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

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

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

А как насчет солнечных панелей переменного тока?

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

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

Что такое солнечные панели переменного тока?

Панели

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

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

А как насчет домашнего хранения?

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

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

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

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

Поскольку сообщества по всей Калифорнии сталкиваются с массовыми отключениями электричества и бушуют дебаты о том, как сохранить надежность сети, я решил пойти в кино, чтобы узнать некоторый исторический контекст нашей электросети, посмотрев Текущая война: Режиссерская версия в ночь открытия. .Мои надежды были высоки, с таким известным актерским составом, но с фильмом все было в порядке.

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

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

Немного покопавшись, я нашел ответ.

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

Переменный ток в сравнении с постоянным током

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

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

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

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

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

Трансформаторы сделали AC победителем

Ответ на самом деле не столько связан с различиями между переменным и постоянным током, сколько с малоизвестным компонентом нашей электросети: трансформаторами.

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

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

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

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

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

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

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

Но DC вернулся

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

Westinghouse для победы

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

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

Признание: я все время болел за Вестингауз

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

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

В чем разница между двигателями переменного тока и двигателями постоянного тока?

Между двигателями переменного и постоянного тока существует много различий.Наиболее очевидное различие - это тип тока, который каждый двигатель превращает в энергию: переменный ток в случае двигателей переменного тока и постоянный ток в случае двигателей постоянного тока. Двигатели переменного тока известны своей повышенной выходной мощностью и эффективностью, в то время как двигатели постоянного тока ценятся за их контроль скорости и диапазон выходной мощности. Двигатели переменного тока доступны в одно- или трехфазной конфигурации, тогда как двигатели постоянного тока всегда однофазные.

Подробнее о электродвигателях переменного тока

В двигателе переменного тока энергия поступает из магнитных полей, создаваемых через катушки, намотанные вокруг выходного вала.Двигатели переменного тока состоят из нескольких частей, включая статор и ротор. Двигатели переменного тока эффективны, долговечны, бесшумны и универсальны, что делает их жизнеспособным решением для многих потребностей в производстве электроэнергии.

К двум типам двигателей переменного тока относятся:

• Синхронный: Синхронный двигатель вращается с той же скоростью, что и частота питающего тока, что и дало ему название. Синхронные двигатели состоят из статора, ротора и синхронных двигателей, которые используются в широком спектре приложений.
• Индукция: Асинхронные двигатели - это самый простой и самый надежный из имеющихся электродвигателей. Эти электродвигатели переменного тока состоят из двух электрических узлов: статора с обмоткой и узла ротора. Электрический ток, необходимый для вращения ротора, создается за счет электромагнитной индукции, создаваемой обмоткой статора. Асинхронные двигатели являются одними из наиболее часто используемых типов двигателей в мире.
Электродвигатели переменного тока

используются в различных сферах, включая насосы для предприятий общественного питания, водонагреватели, оборудование для газонов и сада и многое другое.

Подробнее о двигателях постоянного тока

Энергия, используемая двигателем постоянного тока, поступает от батарей или другого генерируемого источника энергии, обеспечивающего постоянное напряжение. Двигатели постоянного тока состоят из нескольких частей, наиболее известными из которых являются подшипники, валы и редуктор или шестерни. Двигатели постоянного тока обеспечивают лучшее изменение скорости и управление, а также обеспечивают больший крутящий момент, чем двигатели переменного тока.

К двум типам двигателей постоянного тока относятся:

• Матовый: Один из самых старых типов двигателей, щеточные двигатели - это электродвигатели с внутренней коммутацией, работающие от постоянного тока.Щеточные двигатели состоят из ротора, щеток, оси, а заряд и полярность щеток управляют направлением и скоростью двигателя.
• Бесщеточный: В последние годы бесщеточные двигатели приобрели популярность во многих сферах применения, в основном из-за их эффективности. Бесщеточные двигатели устроены так же, как и щеточные двигатели, за исключением, конечно, щеток. Бесщеточные двигатели также включают специализированную схему для управления скоростью и направлением. В бесщеточных двигателях вокруг ротора установлены магниты, что повышает эффективность.

Двигатели постоянного тока используются в широком спектре приложений, включая электрические инвалидные коляски, ручные распылители и насосы, кофеварки, внедорожное оборудование и многое другое.

Преимущества систем передачи постоянного тока высокого напряжения

Технология высокого напряжения постоянного тока (HVDC) предлагает несколько преимуществ по сравнению с системами передачи переменного тока. Например, он обеспечивает более эффективную передачу большой мощности на большие расстояния.Однако стоимость - важная переменная в уравнении. После установки системы передачи постоянного тока высокого напряжения становятся неотъемлемой частью системы электроснабжения, повышая стабильность, надежность и пропускную способность.

Типичные электростанции коммунального масштаба вырабатывают электроэнергию переменного тока (AC), и большинство электрических нагрузок работают от сети переменного тока. Таким образом, большинство линий электропередачи по всему миру относятся к типу переменного тока. Однако бывают случаи, когда системы передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) предлагают значительные преимущества.

«Одним из больших преимуществ HVDC является эффективность передачи электроэнергии на большие расстояния», - сказал POWER Джордж Калбертсон, вице-президент по рынкам энергоснабжения HDR. «Если маршрут линии электропередачи длиннее примерно 300 миль, постоянный ток - лучший вариант, потому что линии переменного тока имеют больше потерь в линии, чем постоянный ток при большой передаче электроэнергии».

Преобразование переменного тока в постоянный

Однако проблема заключается в том, что для передачи через HVDC необходимы две преобразовательные подстанции. Во-первых, мощность переменного тока должна быть преобразована в постоянный ток, чтобы начать процесс передачи, а затем, когда она достигнет желаемого места назначения, мощность постоянного тока должна быть преобразована обратно в переменный ток для использования в сети.

Технология преобразования хорошо известна. Пионеры в области электротехники работали над строительными блоками для линий постоянного тока высокого напряжения еще в конце 1800-х годов. Традиционная технология преобразователей HVDC основана на использовании преобразователей с линейной или фазовой коммутацией. В 1954 году компания ASEA, предшественница ABB, использовала эту классическую технологию с использованием ртутных дуговых клапанов для строительства первой в мире коммерческой линии HVDC между Вестервиком на восточном побережье Швеции и Игне на острове Готланд в Балтийском море.Первоначальная линия связи Готланда могла передавать 20 МВт по подводному кабелю длиной 98 км (км) с напряжением 100 кВ. В 1970 году установка была модернизирована, и ее мощность была увеличена до 30 МВт при напряжении 150 кВ за счет установки моста с тиристорным клапаном.

ASEA продолжала расширять границы, разрабатывая новые системы HVDC в последующие десятилетия. В 1997 году ABB запустила в эксплуатацию первый в мире демонстрационный проект HVDC с использованием преобразователей источника напряжения (VSC). В технологии VSC для выполнения преобразования используются устройства выключения затвора, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).Возможность высокой частоты переключения IGBT позволяет более точное управление VSC и менее сложную конфигурацию схемы за счет использования методов широтно-импульсной модуляции. Компания ABB назвала свой новый продукт на основе VSC HVDC Light.

Технология

VSC была усовершенствована, когда компания Siemens представила модульный многоуровневый преобразователь (MMC). Проект Trans Bay Cable, который проходит между Сан-Франциско и Питтсбургом, Калифорния, был завершен в 2010 году с использованием системы Siemens HVDC Plus. Технология MMC обеспечивает отличные характеристики гармоник и снижение потерь мощности по сравнению с предыдущими VSC.Сегодня все производители HVDC применяют технологию MMC в VSC.

Платформа к берегу

Винс Курчи, менеджер проекта подземной передачи данных компании HDR, сказал, что одним из преимуществ технологии VSC является ее очень компактный размер. «Для них требуется около 30% площади обычного преобразователя и около 50% веса», - сказал Курчи. Это делает их хорошим выбором для оффшорных ветряных электростанций. «Для VSC мощностью 600 МВт требуется менее одного акра земли, тогда как для обычного преобразователя требуется три или четыре акра.Таким образом, преимущество этой новой технологии заключается в том, что вы можете разместить их в море на небольшой площади и передавать энергию на сушу по подводным кабелям ».

Одним из примеров этого является проект DolWin2 (рисунок 1). Компания TenneT, европейский оператор системы электропередачи с операциями в Нидерландах и Германии, потребовала линии HVDC мощностью 916 МВт для подключения ветряных электростанций Nordsee One, Gode Wind I и Gode Wind II к наземной сети электропередачи. Компания ABB спроектировала, поставила, установила и ввела в эксплуатацию компактные морские и береговые преобразовательные подстанции, а также подводные и подземные кабельные системы.

1. Морская ссылка. DolWin2, строительство которого завершено в 2017 году, связывает три ветряных электростанции в Северном море с энергосистемой Германии через линию передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) мощностью 916 МВт. Предоставлено: ABB

Ветряные электростанции подключены кабелями переменного тока к преобразовательной подстанции HVDC, установленной на морской платформе в Северном море. Затем мощность постоянного тока передается по системе морского кабеля длиной 45 км (рис. 2) и далее по наземному кабелю длиной 90 км на береговую станцию ​​постоянного тока высокого напряжения в точке подключения к сети Dörpen West.Проект был завершен ABB и передан TenneT в июне 2017 года.

2. Подводные кабели. Электроэнергия, вырабатываемая морскими ветряными электростанциями Nordsee One, Gode Wind I и Gode Wind II, передается на сушу через подводные кабели HVDC, показанные здесь во время установки. Предоставлено TenneT

«HVDC - это предпочтительная технология для надежной и эффективной передачи больших объемов энергии на большие расстояния с минимальными потерями.Он идеально подходит для интеграции удаленных возобновляемых источников энергии в энергосистему », - сказал Клаудио Факчин, президент подразделения ABB Power Grids, в пресс-релизе, в котором объявляется о завершении проекта. Компания «Сименс» реализовывала и подобные проекты.

Опции анализа

Одна вещь, которая часто ставит под сомнение проект HVDC, - это стоимость. Преобразовательные станции дороги. «VSC для крупного проекта передачи HVDC могут стоить более 100 миллионов долларов и зависят от номинального напряжения и мощности», - сказал Курчи.Поэтому разумно завершить изучение доступных альтернатив. Необходимо учитывать три основных фактора.

«Это зависит от расстояния, от напряжения и от передаваемой мощности», - сказал Курчи. «Обычно проводятся исследования безубыточности, которые включают стоимость жизненного цикла, а затем вы достигаете точки, когда система HVDC становится более экономичной на основе этих факторов.

«Системы переменного тока имеют более низкие капитальные затраты, но более крутой наклон линии при увеличении расстояния.По всей длине они нуждаются в компенсации, особенно при высоких напряжениях, потому что они требуют того, что мы называем VAR [вольт-амперная реактивная] поддержка », - продолжил Курчи. «Системы HVDC имеют гораздо более высокие капитальные затраты, но по мере увеличения расстояния наклон линии становится более пологим. Итак, есть точка, где эти две линии пересекаются, и это ваша точка безубыточности - это функция расстояния, напряжения и передаваемой мощности ».

Калбертсон вспомнил исследование, в котором он участвовал в начале своей карьеры.Он был завершен для газовой компании, которая пыталась определить, что было бы более рентабельно - построить газопровод или линию электропередачи постоянного тока высокого напряжения из Туркменистана, где газа было много, в Пакистан, где была потребность в электроэнергии, через Афганистан. . Оба варианта стоили очень дорого. В конечном итоге проект так и не сдвинулся с мертвой точки во многом из-за политических волнений в регионе.

Но есть много проектов, которые продвигаются вперед. В марте 2017 года консорциум между Siemens и Sumitomo Electric Industries Ltd.был награжден заказом HVDC от индийского оператора передачи Power Grid Corp. of India. Команда построит 200-километровое соединение HVDC, используя как подземный кабель, так и воздушные линии, между Пугалуром, Тамил Наду, и Тричуром, Керала. Это будет первая линия HVDC в Индии с технологией VSC. Siemens поставляет две преобразовательные подстанции с двумя параллельными преобразователями мощностью 1000 МВт, а Sumitomo Electric отвечает за кабельную систему HVDC из сшитого полиэтилена в цепи постоянного тока. Общий объем заказов двух компаний составляет около 520 миллионов долларов.Подключение к сети запланировано на первую половину 2020 года.

Siemens также участвует в нескольких британских проектах. Nemo Link соединит британские и бельгийские национальные сети с помощью подводного кабеля. Компания «Сименс» отвечает за установку «под ключ» преобразовательной подстанции на участке площадью 8 гектаров в юго-восточной Англии, ранее занимаемом электростанцией Ричборо, и аналогичной преобразовательной подстанции в промышленной зоне Хердерсбруг в Брюгге, Бельгия. Ожидается, что линия протяженностью 140 км, мощностью 1000 МВт и рабочим напряжением 400 кВ будет введена в промышленную эксплуатацию в 2019 году.Кроме того, ElecLink соединит британские и французские электрические сети. Кабели HVDC будут проложены через туннель под Ла-Маншем в рамках этого проекта. Линия протяженностью 51 км будет иметь мощность 1000 МВт и рабочее напряжение 320 кВ (Рисунок 3).

3. Преобразовательная подстанция HVDC. Преобразовательный зал, показанный здесь, является частью линии передачи постоянного тока высокого напряжения между Францией и Испанией. В нем используются модули биполярных транзисторов с изолированным затвором HVDC Plus компании Siemens для обеспечения мощности 1000 МВт с напряжением 320 кВ, которое в настоящее время является самым мощным каналом связи в мире, с использованием технологии преобразователя источника напряжения. Предоставлено: Siemens

ABB также работает над проектом, который соединит английский и французский рынки. Линия мощностью 1000 МВт будет проходить от Чиллинга, Хэмпшир, на южном побережье Англии, до Турбе на севере Франции - на расстоянии 240 км через Ла-Манш. Кроме того, в начале июля ABB получила заказ на модернизацию линии HVDC, которая соединяет северные и южные острова Новой Зеландии.

Разрешение и стоимость

«С моей точки зрения, одна из самых больших проблем для любого проекта - это получение разрешений, особенно когда вы говорите о линии протяженностью 500 или 1000 миль», - сказал Калбертсон.«Вы собираетесь пересекать разные юрисдикции - города, округа, штаты или даже страны».

Однако эта проблема не ограничивается проектами HVDC. Любой проект передачи электроэнергии может столкнуться с трудностями при получении необходимых разрешений. Часто негативная реакция общественности возникает со стороны пострадавших жителей, которые не хотят видеть башни, проходящие через их кварталы или через их земли. В западной части США есть много федеральных земель, которые, возможно, придется пересечь, что усложняет получение разрешений от таких агентств, как Бюро землепользования.

Практически все проекты требуют исследования воздействия на окружающую среду в той или иной форме для устранения временных и постоянных воздействий, и этот процесс может занять много времени, а иногда и годы. Кроме того, существуют требования к полосе отвода, которые необходимо соблюдать в отношении ширины при установке, эксплуатации и техническом обслуживании, в зависимости от напряжения и количества линий. Существуют также обязательства по горизонтальной и вертикальной очистке - на самом деле ничего не оставлено на волю случая.

Хотя преобразовательные подстанции дороги, проекты HVDC имеют некоторые преимущества по сравнению с системами переменного тока.«Линии постоянного тока могут быть дешевле в расчете на милю из-за конфигурации проводников», - сказал Калбертсон. «У вас должно быть три отдельные фазы для переменного тока, поэтому для большой линии у вас есть три набора проводов, обычно это несколько пучков проводов - очень тяжелых - и башни должны быть довольно массивными, чтобы выдерживать весь этот вес. Эта дополнительная сталь и алюминий также усиливают визуальный эффект.

«Линия постоянного тока может поставлять сопоставимые или даже большие количества энергии, используя только два набора проводов вместо трех, поэтому опоры не должны быть такими большими, что приводит к гораздо меньшим затратам на установку передающей части. из этого.Вы также можете проложить под землей более длинные линии постоянного тока. Таким образом, у округа Колумбия может быть большое преимущество, если разрешение и визуальное воздействие вызывают озабоченность », - сказал Калбертсон. ■

- Аарон Ларсон - исполнительный редактор POWER.

переменного тока или постоянного тока?

Что безопаснее; Переменный ток (AC) или постоянный ток (DC)?

Когда вы работаете с электронными продуктами, очень важно понимать разницу между переменным током (AC) и постоянным током (DC).Эти знания не только позволят вам работать с этими продуктами с твердым пониманием того, как они работают электрически, но также обеспечат вам жизненно важный уровень безопасности.

В конце концов, электричество - это естественная форма энергии, которая может быть очень опасной, если не обращаться с ней осторожно или уважительно. Поэтому, чтобы помочь вам обезопасить себя и расширить ваше понимание электричества, мы рассмотрим как переменный, так и постоянный ток, прежде чем объясним, какой из них безопаснее.

Разница между переменным и постоянным током

переменного и постоянного тока, как следует из их названия, представляют собой оба типа электрических токов, и они различаются направленным потоком, который принимает каждый из них.Чтобы понять их более подробно, мы углубимся в то, что они собой представляют:

• переменного тока:

  Этот вид электрического тока может изменять направление его потока - отсюда и альтернативное название - и именно эта универсальность делает его идеальным для подачи электроэнергии в дома и на предприятия. Например, если вы используете телевизор дома, то он работает от сети переменного тока, а если вы используете копировальный аппарат на работе, то опять же, он будет работать от сети переменного тока.

• Постоянный ток:

  Электрический заряд, который движется только в одном направлении, постоянный ток имеет тенденцию течь через проводники, полупроводники и изоляторы. Чаще всего постоянный ток используется в батареях в качестве источника питания для электронных устройств, но постоянный ток также используется на удаленных объектах генерации, где его можно использовать для передачи энергии в больших количествах.

Теперь вы немного больше узнали об этих двух электрических токах, пора исследовать опасности, которые они представляют, и какой из них более безопасен.

Аспекты безопасности переменного и постоянного тока

Независимо от того, с каким током вы работаете, как переменный, так и постоянный ток являются очень опасными элементами для работы и могут причинить вам серьезный вред. Люди не эволюционировали, чтобы справляться с воздействием электрических токов, прикладываемых к телу, и это может привести к легким электрическим ударам, которые заставят вас прыгнуть до сердечного приступа и смерти.

Хотя оба тока опасны, переменный ток считается более опасным для работы по следующим причинам:

• Человеческое тело имеет более высокое сопротивление постоянному току, чем переменному току, поэтому это означает, что люди способны противостоять воздействию электрического шока, возникающего в результате воздействия постоянного тока, намного лучше, чем при воздействии переменного тока.

• Эксперименты показали, что легче отпустить токоведущие части цепи постоянного тока, чем наблюдаемые в цепях переменного тока. Естественно, это значительно упрощает снижение воздействия электричества при работе с постоянным током по сравнению с переменным током.

• Удар электрическим током может вызвать фибрилляцию желудочков, которая может привести к сердечной недостаточности и смерти. Предпочтительно избегать любой формы поражения электрическим током, но постоянный ток считается более безопасным в этих обстоятельствах, поскольку порог человеческого тела для постоянного тока значительно выше, чем для переменного тока.