В розетках ток переменный или постоянный ток: Страница не найдена — Гуру 220

Содержание

как HVDC спасли переменный ток / Хабр

В мире, казалось бы, победившего переменного тока назревает — нет, не революция, но органичная эволюция: постоянный ток не просто возвращается, а претендует на лавры победителя. Инвестиции в возобновляемые источники энергии и трансграничная передача электричества сделали высоковольтные сети постоянного тока как никогда актуальными. В этом посте мы рассказываем, почему постоянный ток уступил току переменному и как спустя век после «Войны токов» постоянный ток взял реванш.

Источник: Shutterstock

Постоянный ток — это основа современного технологического общества: вся полупроводниковая электроника, работающая от сети или аккумуляторов, использует постоянный ток, с его помощью добывают чистый алюминий, магний, медь и другие вещества. В бортовой сети автомобиля тоже постоянный ток, как и в электрической передаче дизельных судов. Ну и конечно электропоезда: трамваи, метро и некоторые электровозы питаются постоянным током. И космос: все рукотворные космические объекты функционируют исключительно благодаря постоянному току от батарей или РИТЭГов.

Помимо всего этого, есть еще одна область, где постоянный ток если не незаменим, то по крайней мере значительно эффективнее переменнее тока, — высоковольтные линии для передачи высокой мощности. Линии постоянного тока (HVDC, High-voltage direct current) еще век назад стали спасением высоковольтных линий переменного тока (HVAC, High-voltage alternating current). Если бы не постоянный ток, электричество в наших розетках было бы куда дороже и исчезало чаще, чем это происходит сейчас. Давайте разберемся в этой интересной истории «взаимовыручки».

Ирония судьбы постоянного тока

Чтобы оценить всю иронию ситуации с возвращением постоянного тока в высоковольтные линии электропередач, нужно вспомнить о событиях «Войны токов» — сражения апологетов постоянного тока в лице изобретателя и бизнесмена Томаса Эдисона и тока переменного, преимущества которого осознавал предприниматель Джордж Вестингауз. Вкратце напомним о том, как постоянный ток проиграл битву за то, чтобы стать основой мирового энергоснабжения.

После того, как человечество подчинило себе электричество и научилось извлекать из него пользу в промышленности, дальновидные бизнесмены смекнули, что на электрификации городов в перспективе можно сколотить не просто капитал, а фантастическое состояние. Изобретатель Томас Эдисон отлично умел монетизировать свой талант инноватора и зарабатывал не столько на собственных изобретениях, сколько на усовершенствовании чужих идей. Одним из примеров такой успешной «доводки» стало создание лампы накаливания, которая появилась благодаря попавшем в руки Эдисона дуговым лампам с угольными электродами. Такие лампы хоть и давали свет, но в качестве постоянных источников освещения не годились — в те времена угольные дуговые лампы работали от силы несколько часов, а включить их можно было только один раз.

Первая серийная лампа Эдисона — еще с угольной нитью и временем работы в несколько десятков часов. Источник: Terren / Wikimedia Commons

Усовершенствовав конструкцию и создав свою знаменитую лампу накаливания, которая могла работать 40 часов, а после доработки 1200 часов, Эдисон осознал, что его лампочка может стать основой систем освещения городов и помещений — давая более яркий свет по сравнению со свечами и газовыми фонарями, лампы накаливания имели меньшую стоимость, не чадили, не жгли кислород в помещениях, а замены требовали реже, чем те же свечи. Производством ламп занялось предприятие Edison Electric Light, а генераторов постоянного тока — Edison General Electric. Продавая лампы ниже себестоимости, Эдисон завоевал рынок освещения, а для первых потребителей начал строить энергосети в Лондоне и Нью-Йорке.

Лампа накаливания может работать и с переменным, и с постоянным током, но Эдисон сделал выбор в пользу постоянного тока. Причина этого решения очень тривиальна и далека от физики. Как мы говорили, Эдисон был не только изобретателем, но и очень предприимчивым бизнесменом. В электричестве он видел не только способ дешевого освещения городов, но и возможность для модернизации промышленности за счет внедрения электрической тяги. Существовавшие в то время электромоторы работали только на постоянном токе.

К тому же для заработка на поставках электричества надо было как-то измерять потребление каждого абонента. Эдисон создал индивидуальный счетчик, представлявший собой резервуар с электролитом и пластиной, на которой под действием проходящего тока оседала медь — каждый месяц пластину взвешивали и по разнице массы вычисляли потребление электроэнергии. Такой счетчик работал только с постоянным током.

Счетчик постоянного тока конструкции Томаса Эдисона. «Передача показаний» заключалась в передаче банки с пластинами представителям энергетической компании. Источник: Thomas A. Edison Papers / edison.rutgers.edu

Но были у постоянного тока и нерешенные проблемы, главная из которых — невозможность передачи высокой мощности на большие (более 2 км) расстояния. Чтобы передать высокую мощность, которая необходима для электроснабжения предприятия или системы освещения города, в электросети нужно повысить либо ток, либо напряжение (мощность, напомним, равна произведению напряжения и силы тока). Но в конце XIX века не было способов менять напряжение постоянного тока. Выпускаемые в США электроприборы работали от напряжения 110 В, поэтому электростанции Эдисона, работавшие на паровых генераторах, должны были посылать в сеть именно 110 В.

Оставалось управлять силой тока. При повышении тока часть энергии уходит на нагрев проводов (с высоким напряжением такой проблемы нет). Для снижения потерь и нагрева нужно уменьшать сопротивление, увеличивая диаметр проводника или применяя материалы с хорошей электропроводностью, например, медь. И всё равно потери будут расти в зависимости от длины кабеля.

Чтобы сократить длину проводника до допустимой, потребители должны были располагаться не далее, чем в 1,5-2 км от электростанции, иначе мощность в сети падала до неприемлемых значений. Например, на 56-километровой линии между французскими городами Крей и Париж потери достигали 45%. Как Эдисон ни бился с проблемой потерь в сетях постоянного тока, решить ему ее так и не удалось. Единственным выходом было только строительство маломощных электростанций рядом с потребителями. Тогда это не казалось надругательством над экологией и жителями — именно такие станции и строила компания Эдисона. Первая из них была построена на Пёрл-стрит на Манхэттене в Нью-Йорке в 1882 году, в том же году началась прокладка подземных кабелей сети постоянного тока с напряжением 110 В.

Эдисон прокладывал под землей линии электропередач уличного освещения еще до того, как это стало модным в Москве. На иллюстрации укладка линии постоянного тока в Нью-Йорке в 1882 году. Источник: W. P. Snyder / Wikimedia Commons

Ошибочность своего выбора Томас Эдисон осознал, хотя и не признал публично, когда его конкурент по электрическому бизнесу — Джордж Вестингауз, — начал вкладываться в строительство электростанций и сетей переменного тока, имевших серьезные преимущества перед сетями тока постоянного. Благодаря уже изобретенным к тому моменту трансформаторам напряжение переменного тока можно было без труда повышать и понижать. Трансформаторы решали проблему передачи высокой мощности, ведь вместо силы тока можно было просто увеличить напряжение, для передачи которого не требовались толстые провода из дорогой меди.

Таким образом сети Вестингауза могли передавать очень высокую мощность по дешевым кабелям меньшего диаметра и при этом практически без потерь. Это доказывает пример 175-километровой сети переменного тока между немецким городом Лауффен-ам-Неккар и Франкфуртом — ее КПД составил 80,9% после запуска в 1891 году и 96% после модернизации — несравнимо выше 45% на втрое меньшей дистанции у сети постоянного тока.

Трехфазный генератор переменного тока в Лауффен-ам-Неккар, Германия. Источник: Historisches Museum, Frankfurt

У сетей переменного тока не было жесткого ограничения на длину. Благодаря этому стало возможным строительство гидроэлектростанций, электричество с которых могло передаваться в крупные города, расположенные за десятки и даже сотни километров от места выработки. А гидроэлектростанция — это куда более значимый и прибыльный проект, чем маломощная угольная станция внутри города.

«Война токов» продолжилась некрасивой пиар-кампанией Эдисона против переменного тока (показана, в частности в художественном фильме 2017 года «Война токов», или The Current War, режиссёра А. Гомес-Рехона), судебной и законотворческой волокитой против Вестингауза и постепенной потерей позиций бизнеса Эдисона под давлением всё более популярных сетей переменного тока. Последняя эдисоновская электростанция постоянного тока прекратила свою работу в 1981 году, что же до потребителей, в Сан-Франциско до сих пор сотни объектов (в основном старинные лифты) используют постоянный ток через выпрямители переменного тока. Но для нас это уже не так важно.

Постоянный ток спасает переменный

Всего через несколько лет после начала масштабного строительства электростанций и сетей переменного тока выяснилось, что переменный ток имеет проблемы при передаче энергии… на большие расстояния! Коронный разряд в высоковольтных воздушных линиях, на который может приходиться до половины потерь, поверхностный эффект, при котором переменный ток протекает по проводнику неравномерно и из-за этого требует проводники бо́льшего диаметра, реактивная мощность из-за высокого емкостного сопротивление подводных кабелей, «съедавшая» почти 100% переменного тока уже через 50 км — всё это вызывало потери процентов и десятков процентов мощности в первых магистральных сетях переменного тока.

Утечки на больших расстояниях — это во-первых. А во-вторых, объединение энергосетей переменного тока требовало идеальной синхронизации генераторов, расположенных в разных частях страны. При отсутствии синхронизации генератор в лучшем случае не будет подавать ток в сеть, в худшем — произойдет короткое замыкание.

Спасением высоковольтных сетей переменного тока стали высоковольтные сети постоянного тока, избавленные от некоторых недостатков конкурента. Постоянный ток не создает поверхностный эффект в проводнике и потому использует всю площадь сечения проводника с максимальной эффективностью (это уменьшает диаметр и стоимость проводов). В цепях постоянного тока нет реактивной мощности, поэтому в подводных кабелях с высокой емкостью потерь не происходит.

В высоковольтных сетях переменного тока толщина скин-слоя (отмечен буквой δ) определяется точкой падения плотности тока на 63%.В сетях с частотой 50 Гц скин-слой достигает 9,34 мм — часть объема дорогостоящего проводника просто не работает. Источник: biezl / Wikimedia Commons

Вырисовывалась замечательная синергия: электростанции и потребители используют переменный ток, но для его транспортировки на сотни километров применяются сети постоянного тока. Оставалась лишь одна «пустяковая» проблема — как превратить переменный ток в постоянный и обратно?

В конце XIX века швейцарский инженер Рене Тюри предложил использовать для соединения сетей с разным типом тока систему «мотор-генератор», в которой на одном конце сети переменный ток вращал мотор, приводящий в действие генератор постоянного тока, а на другом конце постоянный ток в свою очередь вращал мотор с генератором переменного тока. Идея, гениальная в своей простоте, но с невысоким КПД — двойное преобразование за счет моторов и генераторов «съедало» часть мощности. Тем не менее, других решений, кроме системы Тюри, не было, поэтому с 1883 года началось строительство магистральных сетей постоянного тока с машинами Тюри, связывающих крупные электростанции и города в Европе.

Одна из машин Тюри. Самая крупная из них, весом 4500 кг, генерировала 66 кВт. Источник: Wikimedia Commons

В 1902 году американец Питер Купер-Хьюитт изобрел ртутно-дуговой выпрямитель — несложное устройство для превращения переменного тока в постоянный. Оригинальный выпрямитель Купера-Хьюитта представлял собой замысловатую стеклянную колбу с выходящими из нее электродами, дно которой было заполнено ртутью. В работе выпрямитель выглядит очень эффектно. Впрочем, из-за хрупкости колбы стекло в выпрямителе вскоре заменили на металл.

Работа ртутно-дуговых выпрямителей завораживает. Увы, но сейчас полюбоваться такой красотой можно разве что в музеях — ртутные выпрямители давно не используются, да и те, что остались, сделаны из металла.

Ртутные выпрямители дали толчок к развитию высоковольтных сетей постоянного тока — вместо громоздких и ненадежных машин системы Тюри достаточно было установить выпрямители, в числе недостатков которых была только потенциальная токсичность при разгерметизации и необходимость в хорошем охлаждении из-за тепловых потерь. КПД устройства достигал 98-99%.

На смену ртутным выпрямителям были созданы газотроны и тиратроны (1940-е), полевые транзисторы с изолированным затвором MOSFET и полярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (1959 год), запираемые тиристоры GTO (1962 год) — более совершенные, компактные и надежные преобразователи.

Современный тиристорный конвертер AC/DC. Источник Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Когда каждый процент на счету

Несмотря на заметный прогресс в области выпрямления тока, оборудование для преобразования переменного тока в постоянный и обратно до сих пор стоит очень больших денег. Настолько больших, что строительство сетей переменного тока, даже с учетом повышенного расхода материала для проводов, выходит сильно дешевле. Вне зависимости от длины линии, стартовая цена высоковольтной магистрали постоянного тока обязательно включает стоимость двух преобразователей в начале и конце линии — габаритных и очень дорогих устройств, производимых всего несколькими компаниями в мире, в числе которых и Toshiba. На это оборудование приходится до половины стоимости сети.

Но по мере увеличения длины магистрали стоимость линии на переменном токе растет быстрее, чем на токе постоянном. Виной тому сложность магистрали HVAC — для передачи аналогичной мощности HVDC нужно вдвое меньше проводников меньшего диаметра, а значит, вдвое меньше опор, которые и сами стоят немало, и требуют крайне дорогостоящего монтажа. При длине линии около 600 км стоимость HVDC и HVAC равна, но на больших расстояниях, порядка 2000 км, HVDC выходит сильно дешевле, чем HVAC, примерно на 30-40%, а это сотни миллионов долларов экономии.

Стоимости HVDC и HVAC пересекаются на линии, длинной около 600 км. Далее HVDC становится заметно выгодней. Источник: wdwd / Wikimedia Commons

На каждые 1000 км линии потери в HVDC составляют 2-3%, а самое современное оборудование позволяет снизить этот параметр до 1%. Потери в HVAC могут достигать 6%. Даже в самых эффективных сетях переменного тока с самым лучшим оборудованием потери будут на 30-40% больше, чем в HVDC Несколько процентов от полной мощности — вроде бы терпимая ерунда? Когда речь идет о сетях, передающих несколько гигаватт, каждый процент превращается в десятки потраченных впустую мегаватт, которые можно было бы использовать для электроснабжения маленького города. Не говоря уже о потерянной прибыли.

Прошлое, настоящее и будущее HVDC

HVDC-ветка в между Данией и Швецией передает 350 МВт всего по двум проводникам. Всего два провода — это отличительная особенность воздушных линий постоянного тока, в линиях переменного тока проводников больше в два-три раза. Встречаются и монополярные HVDC с всего одним проводником (второй вывод из выпрямителя соединяют с землей), но их использование несет проблемы для подземных металлоконструкций, поэтому чаще применяется биполярная схема с двумя проводниками. Источник: Shuttertock

HVDC является оптимальным решением для связи сетей стран, разделенных морем. Так ветка между итальянским городом Чепагатти и муниципалитетом Котор в Черногории, которая экспортирует электроэнергию в Италию, пролегает по дну Адриатического моря — используй эта 400-километровая ветка переменный ток, емкостные потери в кабеле были бы слишком большими, и это бы удорожало стоимость электроэнергии для Италии. Кстати, в строительстве этой линии участвовала Toshiba: мы поставили преобразователи напряжения.

Но всё же больше всего Toshiba поучаствовала в строительстве HVDC-сетей в Японии, где исторически сложилась очень необычная ситуация: западная часть страны эксплуатирует ток с частотой 60 Гц, а восточная — 50 Гц. Эта коллизия, которую уже невозможно устранить, возникла еще в конце XIX века, когда Япония одновременно закупила генераторы в Европе и США с выходной частотой тока 50 Гц и 60 Гц соответственно. Результатом поспешного решения далекого прошлого стала вынужденная необходимость строить HVDC-ветки для соединения энергосистем разных частей страны.

HVDC-сети и вставки постоянного тока в Японии помогала строить Toshiba. Первой стала вставка для соединения внутри страны сетей на 50 Гц и 60 Гц, построенная в 1977 году при участии Toshiba. Ее мощность на момент постройки составила 600 МВт. К 2021 году Toshiba провела глубокую модернизацию вставки, увеличив ее мощность на 900 МВт и уменьшив число используемых тиристоров, что позволило немного сэкономить на оборудовании.

Элегазовые выключатели и трансформатор на линии 550 кВ, соединяющей восточную и западную энергосети Японии. Источник: Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Первая высоковольтная линия постоянного тока, длиною 193 км, связала острова Хоккайдо и Хонсю в 1979 году. Сеть передает 300 МВт с напряжением 250 кВ. В 2000 году мы поставили тиристорные конверторы для мощнейшей подводной HVDC-линии между островами Сикоку и Хонсю — ветка передает 1400 МВт. На момент строительства линии в ней использовались самые крупные в мире тиристоры, которые в следующий раз применялись только 10 лет спустя при постройке китайской HVDC Lingbao 2.

Третья японская HVDC, построенная между островами Хоккайдо и Хонсю, была запущена совсем недавно — в 2019 году. Toshiba выступила главным поставщиком преобразователей на полярных транзисторах с изолированными затворами (IGBT).

На сегодняшний день в мире построено более 150 сетей HVDC и 50 вставок постоянного тока. Среди них есть как объекты, построенные в 1970-х годах прошлого века, так и совсем новые. Около 10 HVDC в Европе находятся в стадии строительства прямо сейчас с планируемым сроком запуска 2021-2025 годы. Строящиеся линии соединяют некоторые европейские страны с Великобританией (для выравнивания нагрузки на европейскую энергосеть), тянуть до которой подводный HVAC бессмысленно.

Однако интерес к HVDC-сетям в последние годы растет, и причина тому — «зеленая» энергетика. В отличие от угольных, газовых и атомных электростанций, возобновляемые источники энергии имеют очень четкую географию: в одних областях больше солнечных дней, в других чаще и стабильней дует ветер.

В Германии около 63 ГВт установленной мощности приходится на ветряные электростанции, 7,8 ГВт из которых — оффшорные станции, расположенные в Северном море в десятках километров от берега. Если нужно передать гигаватты мощности от «ветряков» по кабелям, лежащим под водой, лучшим выбором будет, как вы помните, сеть постоянного тока.

Вот так аккуратно выглядит конвертор для HVDC будущей оффшорной ветряной электростанции Dogger Bank на севере Великобритании. Агрегат будет полностью автономным, не требующим присутствия технического персонала. Источник: Aibel

В Австралии компания Sun Cable готовится приступить к постройке гигантской фотовольтаической (солнечной) электростанции, мощностью 14 ГВт. Причем электроэнергию с нее будут потреблять не в Австралии, а в Сингапуре, куда она будет поступать по подводной HVDC-сети.

Чем больше в мире будет появляться масштабных проектов, связанных с возобновляемыми источниками энергии, тем сильнее будут востребованы высоковольтные линии постоянного тока. Не стоит фантазировать о том, что однажды мечты Эдисона осуществятся и в наших розетках переменное напряжение сменится постоянным, — этого не будет, пожалуй, никогда. Тем лучше, что переменный и постоянный токи пришли к органичному сосуществованию и взаимовыручке в деле электроснабжения планеты.

Чем отличается переменный ток от постоянного

Сам по себе электрический ток представляет собой ничто иное, как происходящее в упорядоченном виде движение всех заряженных частиц в газах, электролитах и металлических объектах. К данным элементам, несущим определенный заряд, относятся ионы и электроны. Сегодня мы постараемся прояснить, чем отличается переменный ток от постоянного, ведь на практике приходится часто сталкиваться с обоими видами.

Характеристики постоянного тока

Direct Current или DC так по-английски обозначают подобную разновидность, для которой присуще свойство на протяжении любого отрезка времени не менять свои параметры. Маленькая горизонтальная черточка или две параллельные со штриховым исполнением одной из них – графическое изображение постоянного тока.

Область применения – большинство моделей бытовых электроприборов и электронных устройств, включая компьютерную технику, телевизоры и гаджеты, использование в домашних сетях и автомобилях. Для преобразования переменного тока в постоянный в зоне розетки применяются трансформаторы напряжения с наличием выпрямителей или специализированные блоки питания.

В качестве широко распространенного примера потребления постоянного тока можно привести практически все электроинструменты, которые эксплуатируются с батареями. Аккумуляторное устройство остается в любом случае источником питания постоянного типа. Преобразование в переменный достигается в случае необходимости при помощи инверторов – специальных элементов.

В чем заключается принцип работы переменного тока

Английская аббревиатура АС (Alternating Current) обозначает ток, меняющий на временных отрезках свое направление и величину. Отрезок синусоиды «~» – его условная маркировка на приборах. Применяется также нанесение после этого значка и других характеристик.

Ниже приведен рисунок с главными характеристиками данного вида тока – номинальными показателями частоты и действующего напряжения.

Следует отметить особенности изменения на левом графике, выполненном для однофазного тока, величины и направления напряжения с осуществлением перехода на ноль за определенный промежуток времени Т. На одну треть периода выполняется смещение трех синусоид при трехфазном токе на другом графике.

Отметками «а» и «б» обозначены фазы. Любой из нас имеет представление о наличии в обычной розетке 220В. Но для многих будет открытием, что максимальное или именуемое по-другому амплитудным значение больше действующего на величину равную корню из двух и составляет 311 Вольт.

Очевидно, что в случае с током постоянного вида параметры направления и напряжения остаются неизменными, а вот для переменного наблюдается трансформация данных величин. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Переходим к частоте. Под этим понятием подразумевают отношение периодов (полных циклов) к условной единице временного отрезка меняющегося тока. Данный показатель измеряется в Герцах. Стандартная европейская частота – 50, в США применяемый норматив – 60Г.

Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние.

Переменный ток присутствует при прямом подключении приборов потребления к электрощитам и в розетках. По какой причине здесь отсутствует постоянный ток? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов. Эта методика остается лучшим способом передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Номинальное напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, на выходе составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. На подстанции, расположенной в зоне потребления, происходит трансформация данной величины до показателей 10 000В с переходом в трехфазный вариант 380 Вольт. Выполняется подача в отдельный дом и на вашу квартиру попадает напряжение однофазного типа. Напряжение между нулем и фазой составит 220 В, а в щите между разными фазами подобный показатель равняется 380 Вольт.

Двигатели асинхронной конструкции, работающие с переменным током, значительно надежнее и отличаются более простой конструкцией, чем аналоги постоянного тока.

Преобразование переменного тока в постоянный

Для варианта подобной трансформации оптимальный способ – использование выпрямителей:

  • Подключение диодного моста – первый шаг в этой процедуре. Конструкция из 4 диодов с необходимой мощностью способствует процессу своеобразного срезания верхних границ уже знакомых нам синусоид переменного вида. Таким образом достигается получение однонаправленного тока.

  • Далее выполняется параллельное подключение на выход исправляющего провалы между пиковыми точками синусоиды сглаживающего фильтра или с диодного моста конденсатора. Выделенная зеленым маркером синусоида получилась после прохождения диодного мостика.

Изменения в результате снижения пульсации отображены в синем цвете.

Преобразователь постоянного тока в переменный

В данном случае процесс выглядит достаточно сложным. Инвертор – стандартный прием в бытовых условиях, представляет собой генератор напряжения периодического вида, получаемого из приближенного к синусоиде постоянного.

Высокие цены на подобное устройство обусловлены сложностью конструкции. Стоимость в значительной степени обусловлена максимальной мощностью тока на выходе.

Применяется в довольно редких ситуациях. Например, в случае необходимости подсоединить к электросети автомобиля какой-то инструмент или приборы.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Какой ток в розетке – переменный или постоянный

Люди уже давно пользуются электричеством и практически никогда не задаются вопросом, какой ток в розетке – переменный или постоянный. Ответ достаточно простой, поскольку 98% всей производимой электроэнергии относится к переменному току. Во время передачи величина напряжения переменного тока может неоднократно повышаться или понижаться. Таким образом, большинство розеток работают с переменным током. Но, существует немало потребителей из области электроники, работающих от постоянного тока, напряжением от 6 до 12 вольт.

Постоянный ток

Понятие электрического тока заключается в упорядоченном движении заряженных частиц, на которые оказывают воздействие силы электрического поля или другие сторонние силы. Направлением тока считается направление, в котором двигаются положительно заряженные частицы.

Если значение силы электрического тока и его направление остаются неизменными, данный ток считается постоянным. Для его существования необходимы свободные заряженные частицы, а также источник тока, преобразующий энергию в энергетику электрического поля. Под действием сторонних сил в замкнутой цепи происходит перемещение заряженных частиц. Их возникновение обусловлено разными причинами. Например, для аккумуляторов и гальванических элементов это будут химические реакции. Генераторы вырабатывают ток с использованием проводника, движущегося в магнитном поле. В фотоэлементах свет воздействует на электроны полупроводников и металлов.

Постоянный ток применяется в промышленности, облегчая запуск оборудования с большим пусковым моментом. Электродвигатели постоянного тока используются для плавной регулировки скорости, с их помощью значительно сглаживается пусковой момент. Постоянный ток вырабатывается аккумуляторами и батарейками. Его величина может колебаться от 6 до 24 вольт.

Переменный ток

В отличие от постоянного тока, переменный обладает способностью изменяться по направлению и величине через одинаковые промежутки времени. Он вырабатывается генераторами переменного тока. В которых возникновение электродвижущей силы происходит под действием электромагнитной индукции.

Переменный ток широко применяется в различных областях, благодаря возможности преобразовывать его силу и напряжение с минимальными потерями энергии. Он может быть однофазным и трехфазным. В последнем случае электрическая система включает в себя три цепи с одинаковой частотой и ЭДС, сдвинутые между собой по фазе на 120 градусов.

С помощью переменного тока стала возможной передача электрической энергии на большие расстояния. Во время проводной передачи возникают определенные потери в количестве, пропорциональном квадрату тока. Чтобы снизить потери, необходимо уменьшение напряжения. Сниженный ток вызывает необходимость в существенном повышении напряжения. Поэтому электроэнергия передается на дальние расстояния только при наличии высокого напряжения. Преобразование токов до необходимых параметров осуществляется с помощью трансформаторов, представляющих собой электромагнитные аппараты понижающего или повышающего типа.

Виды и параметры розеток

Электрические розетки являются достаточно простыми устройствами. Тем не менее, они обладают важными функциями, прежде всего, обеспечивают надежный контакт между бытовыми приборами и электросетью. Розетки надежно защищают от прикосновений к токоведущим частям, обеспечивают надежную изоляцию. В большинстве современных моделей розеток присутствует функция защитного заземления, выполняемая отдельным контактом.

Все электрические розетки разделяются на несколько типов. В соответствии с применяемым креплением, они могут быть открытыми или скрытыми. Например, наружная проводка требует накладных розеток открытого типа. Они просты в установке и не требуют отверстий для подрозетников. Встроенные модели розеток отличаются привлекательны внешним видом, надежным креплением и высокой степенью защиты от поражения электротоком за счет расположения токоведущих частей в глубине стены.

Розетки различаются между собой и по величине тока. Большинство современных розеток рассчитано на ток в 6, 10 и 16 ампер. Максимальный ток старых советских моделей составлял всего 6,3 ампера. Потребители с повышенной мощностью подключаются к специальным розеткам, обладающих высокой стойкостью к большим токам. Как правило, это стационарное оборудование. Максимально допустимый ток розетки должен соответствовать мощности потребителя, подключаемого к электрической сети.

Как измерить переменное напряжение в розетке

Какой ток в розетке — постоянный или переменный

Несмотря на все преимущества переменного тока, доказанные Н. Тесла, его идеи были на некоторое время забыты. Американцы, последователи своего известного земляка, полностью отказались от передачи и потребления постоянного тока только в конце 2007 г.Спор по вопросу о том, каким будет ток в розетке — постоянным или же переменным, окончательно рассорил двух людей – известного американского изобретателя–миллионера Томаса Эдисона и тогда еще малоизвестного сербского ученого–экспериментатора Николу Тесла. Выиграл в этом споре, состоявшемся почти 150 лет назад, Эдисон. Точнее сказать, победу одержали его известность и деньги, вложенные в развитие механизмов, работающих на энергии постоянного тока.

Переменный ток


На планете Земля на сегодняшний день 98% всей электроэнергии вырабатывается генераторами переменного тока. Такой ток достаточно легко производить и передавать на большие расстояния. При этом ток и напряжение могут неоднократно повышаться и понижаться – трансформироваться. Работу совершает не напряжение, а ток. Поэтому чем меньше его значение, тем меньше потери в проводах.


Многие пользователи считают, что в домашних условиях используется только переменный ток с напряжением 220В и частотой 50Гц. Это только справедливо для ламп накаливания, электродвигателей в пылесосах, холодильниках.

В любом сложном бытовом устройстве, питающемся от сети переменного тока, имеются узлы, которые работают при постоянном напряжении с различными значениями. Предугадать, какими могут быть эти значения, фактически невозможно. Поэтому у всех потребителей в розетке имеется переменный ток одной и той же частоты и напряжения.

Постоянный ток

Несмотря на то, что доля выработки постоянного тока составляет только 2%, его значение достаточно велико. Постоянный ток вырабатывается гальваническими элементами, аккумуляторами, термопарами, солнечными батареями.


Солнечные батареи становятся весьма перспективным направлением энергетики в сегодняшние дни, когда остро ставится вопрос об использовании возобновляемых источников энергии.

Постоянный ток питает двигатели локомотивов на железнодорожном транспорте, используется в бортовой сети самолетов и автомобилей.

На дорогах современных городов становится все больше электромобилей и гибридных автомобилей. Для подзарядки их аккумуляторов строятся станции, которые обеспечивают их потребности в постоянном токе.

Какими должны быть розетки

Размеры розеток, их тип, материал, из которого они изготовлены, зависят в первую очередь от назначения розеток, токов и напряжений, на которые они рассчитаны. Устройства, работающие при постоянном напряжении, имеют полярные вилки. Поэтому и розетки для них должны быть полярными. Тогда даже неопытный пользователь не сможет перепутать, где «+» и «–».

Электрические величины. Напряжение, ток, мощность. Переменный и постоянный ток, полярность.

Освещение в квартире

12.12.2021

Электричество. Закон Ома

Электричество – это движение электронов по проводам. Ток – это скорость движения электронов, измеряемая в Амперах, напряжение – сила заставляющая их двигаться, измеряемая в Вольтах. Для того, чтобы ток протекал в цепи, она должна быть замкнута и в ней должен присутствовать источник электрического напряжения. Вот почему любое устройство подключается к сети как минимум двумя проводами, а каждая батарейка имеет как минимум два контакта. Любой проводник, либо электроприбор, включенный в сеть, создает в цепи сопротивление движению электронов, измеряемое в Омах. Чем меньше напряжение и больше сопротивление, тем меньше будет ток. Это и есть главный закон электричества – закон Ома. Записывается он следующим образом:

Рисунок 1 — Закон Ома.

Наглядно можно представить себе закон Ома в виде трех граждан с характером:

Рисунок 2 — Закон Ома (наглядное представление).

Постоянное и переменное. Полярность

Ток и напряжение бывают как постоянными, так и переменными.
Постоянное напряжение всегда направлено в одну сторону, соответственно и ток будет всегда направлен туда же. Для постоянного тока характерна полярность, обозначаемая значками «+» и «-». Полярность обозначает направление протекания тока, и для многих устройств, включая светодиоды, это направление очень важно не перепутать.Постоянное напряжениеочень удобно в плане хранения, поэтому трудится оно в автомобилях и во всех портативных устройствах на батарейках и аккумуляторах. А вот передача на большие расстояние постоянного напряжения невозможна из-за слишком больших потерь.

Рисунок 3 — Постоянный ток.

И вот в этом, нам на помощь приходит переменное напряжение. Оно названо так, потому что меняет свое направление много раз в секунду (50 раз в обычной российской розетке), соответственно и ток тоже будет протекать то в одну, то в другую сторону. У такого тока нет полярности, а провода обозначаются как «L» и «N». Переменное напряжение удобно для его выработки при помощи различных генераторов, передачи на любые расстояния, повышения или понижения при помощи обычных трансформаторов. Его можно встретить в любом доме, магазине и офисе, в каждой розетке, в линиях электропередач.

Рисунок 4 — Переменный ток.

Мощность

Каждый электрический прибор имеет мощность, которая измеряется в Ваттах (Вт). Чем больше ток и напряжение, тем больше мощность. Рассчитать ее можно по формуле:

Рисунок 5 — Формула мощности.

Как видим из формулы, это произведение напряжения и тока, а значит при одинаковой мощности, лампочка на 100Вт в автомобиле при 12В питания, будет потреблять гораздо больший ток, чем 10Вт лампочка на 220В в домашней люстре.
Соединяя формулу мощности и закон Ома, мы получим еще две удобные формулы для вычисления мощности при известном сопротивлении нагрузки:

Рисунок 6 — Формула вычисления мощности.Рисунок 7 — Формула вычисления мощности.

Тэги:

#основы #вольты_и_ватты

Вопросы для самопроверки:

  • Почему постоянный ток не используется в городских электросетях?
  • Что обозначают метки + и – у батарейки?
  • У вас есть блок питания 12В 200Вт. Какой ток он способен отдавать в цепь? А блок на 24В 200Вт?
  • У вас есть батарейка на 3В, и вы подключили к ней резистор с сопротивлением 10 Ом. Какой ток потечет через резистор? Какая мощность будет на нем выделяться?

Постоянный и переменный ток — Всё о электрике

Переменный и постоянный ток: в чем разница, история развития, применение

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток – трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин

«электричество».

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали – остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

  • в питании большинства бытовых приборов;
  • в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
  • для питания электроники автомобилей;
  • на кораблях и подводных лодках;
  • в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток – alternating current (AC). Постоянный ток – direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе – отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 – это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

  1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
  2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
  3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Постоянный и переменный ток: преимущества и недостатки

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.

Pпот1 = I1 2 ∙R = 100 2 ∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

Pпот2 = I2 2 ∙R = 10 2 ∙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.

  1. 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.

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток – это движение электронов в проводнике, напряжение – это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, “течет” в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но – как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках – это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

  • при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
  • при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и – в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля. Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку “вверх ногами” и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше – до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц – 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них – сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это – удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции “заберет” 500 000 вольт при токе в 10 ампер и “отдаст” в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но – в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи блока питания, понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри корпуса компьютера.

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим “места обитания” постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

  1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
  2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
  3. генераторы постоянного тока
  4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
  5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше – 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

  1. генераторы
  2. различные преобразователи (трансформаторы)
  3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот в этой статье, а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками 🙂 А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше – больше! Сам родник “упаковали” в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали – святое место, значится!

И последний штрих – поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем “булькает”, а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда – “проистекает” 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата – ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему 🙂 Директор был “на коне”! Отпустил несколько “контрольных” фраз по поводу всех этих п. х технологий, таких же п. х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, “поднять” навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек – это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу 🙂

Так что помните: главное – качественное электропитание. Хороший серверный UPS (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное – приложится 🙂

На сегодня у нас – все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже – небольшое видео по теме статьи.

{SOURCE}

Устройства переменного и постоянного тока

Часть причины историческая. Преобразование напряжения раньше требовало гораздо большего и более дорогого оборудования, чем сегодня, и многие электрические устройства требовали более высокого напряжения, чем сегодня. Белые светодиоды, которые являются первым дизайном электрических ламп общего назначения, который не нуждается высокого напряжения (ни для эффективности, ни для того, чтобы она вообще работала), появились на рынке только в 2010 году. Линейные «настенные бородавки» все еще были обычным явлением. в 2000 году были телевизоры с электронно-лучевой трубкой. Радио и телевизоры, которые использовали вакуумные трубки внутри (возможно, вместе с транзисторами), все еще были обычным явлением в начале 1980-х годов.

Следовательно, более старые виды использования электроэнергии, такие как лампы и бытовые приборы, как правило, были рассчитаны на работу непосредственно от напряжения сети, потому что наличие сетевого напряжения было для них более полезным, а также потому, что дешевле было делать это таким образом.

Любое бытовое устройство, которое вы приобретаете сегодня, и которое все еще работает непосредственно от сетевого напряжения, возможно, имеет мощный двигатель или нагреватель внутри; это те приложения, для которых еще более эффективно использовать прямое напряжение сети. Светодиодные лампочки являются особым случаем: имело бы определенный смысл питать их напряжением 12 В постоянного тока или около того, но поскольку в домах уже есть все проводное и ламповое оборудование, настроенное для освещения линейного напряжения, вместо этого они имеют встроенные преобразователи энергии.

(Вопрос для галереи арахиса: Какие напряжения используются внутри внутри аудиоустройства потребительского уровня текущего поколения? Они также имеют тенденцию потреблять входную мощность линейного напряжения, но это может быть просто «мы можем установить преобразователь внутри корпуса». «Сценарий упоминается в других ответах. Я не знаю, так или иначе.)

№ 3199: Восстание округа Колумбия

Сегодня путь от А до Д. Хьюстонский университет представляет сериал о машинах, на которых работает наша цивилизация, и о людях, чья изобретательность их создала.

Не все электричество одинаково. Постоянный ток , или DC , возникает из-за потока электронов, движущихся в одном направлении по проводу, образующему цепь. Переменный ток , или AC , возникает, когда электроны колеблются вперед и назад в проводе.Именно движение электронов создает энергию, поэтому независимо от того, бегают ли электроны по кругу или бегают туда-сюда, они прекрасно справляются со своей задачей. Однако существуют различия, когда дело доходит до работы с переменным и постоянным током. И это развивающаяся история.

Конец 1880-х стал свидетелем замечательного конфликта между двумя влиятельными людьми: Томасом Эдисоном, который защищал постоянный ток, и Джорджем Вестингаузом, который поддерживал переменный ток. Битва подогревалась желанием получить контроль над зарождающимся рынком электроэнергии, рынком с огромным коммерческим потенциалом.В конце концов, AC и Westinghouse выиграли благодаря техническим достоинствам AC. Доставить было проще и дешевле.


Портрет Томаса Эдисона   Фото: Wikimedia


Джордж Вестингауз   Фото: Wikimedia

Но со временем все изменилось. К 1960-м годам технология постоянного тока улучшилась до такой степени, что стала жизнеспособной альтернативой. Но, конечно, к тому времени поезд переменного тока уже давно ушел со станции.

Одним из основных преимуществ переменного тока, когда он был впервые принят, было то, что он мог более эффективно передавать больше энергии на большие расстояния. По иронии судьбы технологии сделали DC лучшей инженерной альтернативой для этой задачи. Примером может служить Pacific DC Intertie, линия, которая соединяет электростанцию ​​на северо-западе Тихого океана с большим Лос-Анджелесом. Первая фаза проекта была завершена в 1970 году, и с тех пор продолжается модернизация. Одна линия, протянувшаяся примерно на 850 миль, может обеспечить более одной трети пикового потребления энергии для большого Лос-Анджелеса.

Линия питания постоянного тока справа имеет только два проводника
, в то время как другие линии переменного тока имеют три.
  Фото: Flickr

Во всем мире количество линий постоянного тока дальней связи растет медленными, но неуклонными темпами. Хотя ЦОД предлагает преимущества, он также конкурирует с существующей инфраструктурой переменного тока. Тем не менее, для больших расстояний, когда всего одно или два подключения к сети переменного тока, постоянный ток имеет смысл. Вдохновленные инженеры представляют себе нацию, пронизанную магистралью линий электропередач постоянного тока, простирающихся от сельских ветряных электростанций, полей солнечной энергии и гидроэлектростанций до густонаселенных городских районов.

Также подталкивает мир обратно в сторону постоянного тока рост числа устройств, которые не используют переменный ток. Тостеры. Настольные лампы. Они предназначены для использования переменного тока напрямую от розетки. Но если на шнуре, соединяющем ваше устройство с розеткой, есть коробка, эта коробка почти наверняка является преобразователем переменного тока в постоянный, и ваше устройство почти наверняка работает от батарей. Ноутбуки. Машины. Даже наши бродячие пылесосы. Преобразование между переменным и постоянным током тратит энергию впустую — вы можете почувствовать ее в виде тепла, когда прикоснетесь к преобразователю.Так что еще раз, DC имеет смысл. Сможет ли DC когда-нибудь проникнуть прямо в наши дома? Трудно представить, но кто знает? Томас Эдисон еще может выиграть битву.

Зарядка телефона
  Фото: Pexels

Я Энди Бойд из Хьюстонского университета, где нас интересует, как работают изобретательные умы.

(Музыкальная тема)

Большое спасибо коллеге Дэвиду Вуду за то, что он обратил мое внимание на эту тему.

Дебаты между переменным и постоянным током («война»), начавшиеся в 1880-х годах, обычно представляются как дебаты между изобретателями Томасом Эдисоном и Николой Теслой.Однако разногласия во мнениях о коммерческом развитии были в основном между Эдисоном и Вестингаузом.

Линии постоянного тока на большие расстояния обычно обозначаются аббревиатурой HVDC, где HV означает «высоковольтный».

Высоковольтный постоянный ток. С веб-сайта Википедии: Нажмите здесь. По состоянию на 11 декабря 2018 г.

Умайр Ирфан. Месть Эдисона: вернется ли постоянный ток в США? С веб-сайта Scientific American: Нажмите здесь.По состоянию на 11 декабря 2018 г.

Пасифик, округ Колумбия, Интерти. С веб-сайта Википедии: Нажмите здесь. По состоянию на 11 декабря 2018 г.

Джеймс Темпл. «Как доставить ветер из Вайоминга в Калифорнию и сократить выбросы углерода в США на 80%: высоковольтные линии электропередачи постоянного тока — ключ к сокращению выбросов парниковых газов». MIT Technology Review , 28 декабря 2017 г. См. также: Нажмите здесь. По состоянию на 11 декабря 2018 г.

— это постоянный ток Волна будущего — Penny Electric

Поток электричества происходит двумя основными способами: постоянным током (DC) и переменным током (AC).Оба незаменимы в нашей повседневной жизни, но что их отличает? Что является стандартом для домашних электрических систем в США и почему? Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Происхождение переменного и постоянного тока: Война токов

В 1880-х годах Никола Тесла и Томас Эдисон были втянуты в битву, которую сейчас называют «войной токов». Томас Эдисон разработал постоянный ток, движущийся в одном направлении. В первые годы электричества постоянный ток был стандартом в США.

Никола Тесла, который первоначально работал на Томаса Эдисона, разработал переменный ток.При поддержке Джорджа Вестингауза, богатого инвестора, Тесла смог перехитрить проект Эдисона в области постоянного тока. Пожалуйста, прочитайте нашу статью Эдисон против Теслы: война токов для получения дополнительной информации об этом.

переменного тока по сравнению с постоянным током

Переменный ток

Как следует из названия, это электричество, которое колеблется взад и вперед и постоянно меняется со временем. Его можно эффективно преобразовать в различные напряжения (высокое и низкое напряжение) с помощью трансформатора. Это изменение напряжения позволяет использовать переменный ток для передачи на большие расстояния по постоянному току, что является огромным преимуществом, когда речь идет о доставке электроэнергии потребителям.Он передается при высоких напряжениях именно для уменьшения потерь энергии в пути. Затем высокое напряжение преобразуется в относительно безопасное напряжение для бытового использования.

Большинство бытовых приборов и потребительской электроники, таких как кулеры, холодильники, вентиляторы, стиральные машины, лампы и т. д., потребляют переменный ток из сети через розетки.

Постоянный ток

Как следует из названия, постоянный ток — это электричество, которое постоянно течет в одном направлении. Он более стабилен с точки зрения подачи напряжения, и именно по этой причине некоторая электроника зависит от него и использует его.Некоторые электронные устройства используют выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный.

Распространение

DC дорого. Для его распределения необходимы электронные схемы для получения переменного тока, который затем преобразуется с помощью трансформатора и корректируется обратно в постоянный ток. Это объясняет, почему переменный ток предпочтительнее, когда речь идет о передаче энергии. Невозможность преобразовать постоянный ток в высокое напряжение для передачи была ключевой причиной, по которой Тесла разработал переменный ток. В то время было непросто изменить напряжение постоянного тока, поэтому переменный ток быстро стал стандартом в США.

Применение постоянного тока

  • Используется в низковольтных небольших электронных устройствах и гаджетах, таких как сотовые телефоны, ноутбуки, радиоприемники и т. д.
  • Светодиодное освещение
  • Системы солнечной энергии
  • Системы хранения аккумуляторов
  • Системы домашней безопасности
  • В настоящее время используется в электромобилях (EV), гибридных электромобилях (HEV) и автомобилях. В связи с быстрым истощением нефтяных ресурсов электромобили, гибридные автомобили и электромобили на топливных элементах постепенно вытесняют обычные транспортные средства.

Может ли DC быть волной будущего?

Постоянный ток медленно возвращается. Такие технологии, как современные светодиоды, солнечные панели, сотовые телефоны и компьютеры, в своей работе полагаются на постоянный ток. Это создает необходимость преобразования переменного напряжения в постоянное для работы этих устройств. Однако при преобразовании теряется от 5 до 10 % энергии.

Кроме того, согласно прогнозу инициативы Power America Министерства энергетики США, к 2030 году примерно 80 % всей электроэнергии в США потребуется преобразовать из переменного тока в постоянный.Затем возникает необходимость, возможно, сэкономить больше энергии, если скорость преобразования резко сведена к минимуму. Так что, если события будут развиваться так, как сегодня, DC может стать тенденцией, которая неизбежно возьмет верх.

Широко используются как переменный, так и постоянный ток, и, поскольку использование постоянного тока увеличивается с каждым днем, есть вероятность, что зависимость от постоянного тока скоро станет новой нормой. Как скоро это произойдет, остается загадкой, которую мы с нетерпением ждем.

Есть вопрос о переменном и постоянном токе? Наши лицензированные электрики будут рады помочь.Свяжитесь с одним из них, чтобы поговорить о любых проектах, связанных с электричеством постоянного тока в вашем доме или офисе.

Edison’s Revenge: The Rise of DC Power

В 1903 году, в качестве последней попытки сохранить постоянный ток в качестве стандарта для распределения электроэнергии в Соединенных Штатах, Томас Эдисон председательствовал на печально известном мероприятии, отчасти призванном продемонстрировать опасность переменного тока: поражение электрическим током Топси, циркового слона, считающегося угрозой для людей, зарядом переменного тока напряжением 6600 вольт.Трюк Эдисона был чистым нагнетанием страха (постоянный ток одинаково опасен при высоком напряжении), и он провалился: наша сегодняшняя сеть в основном состоит из переменного тока.

Но спустя чуть более века после краха Топси AC выглядит все более шаткой. Благодаря растущему энергопотреблению цифровых устройств всех видов, мощность постоянного тока возвращается, на этот раз сама по себе.

Все, что использует транзисторы, основано на постоянном токе, потоке электричества в одном направлении. Это объясняет, почему ПК, iPhone и телевизоры с плоским экраном имеют преобразователи для преобразования переменного тока в настенных розетках (который меняет направление 120 раз в секунду) в постоянный ток.

По словам Грега Рида, директора инициативы Power & Energy Initiative Питтсбургского университета, на такие цифровые потребительские устройства приходится до пятой части общего энергопотребления сегодня. Рид говорит, что крутая кривая роста мощности постоянного тока связана не только с компьютерами, но и с распространением таких устройств, как светодиоды и солнечные батареи.

«В течение следующих 20 лет мы определенно увидим, что до 50 процентов наших общих нагрузок будет состоять из потребления постоянного тока», — говорит он. «Это ускоряется даже больше, чем мы ожидали.”

По словам Рида, с ростом числа устройств, генерирующих и использующих постоянный ток, появляются большие возможности для экономии энергии. Распределяя мощность постоянного тока на устройства постоянного тока вместо преобразования ее в переменный ток, можно избежать существенных потерь энергии, возникающих при каждом преобразовании электроэнергии.

Некоторые предприятия с большим количеством электроники в настоящее время разрабатывают «микросети» полностью постоянного тока для подачи электроэнергии пользователям. Рассмотрим планы создания микросети постоянного тока в Сямыньском университете Китая, о которых было объявлено в марте.Автономная электрическая сеть будет охватывать три здания кампуса, соединяя 150-киловаттную солнечную батарею на крыше с системами светодиодного освещения и группами компьютерных серверов.

Распространение электромобилей может сделать постоянный ток еще более важным: электромобили заряжаются от постоянного тока и требуют значительного количества энергии. Драган Максимович, эксперт в области силовой электроники из Университета Колорадо в Боулдере, считает, что разрабатываемые его группой зарядные устройства для автомобилей на солнечных батареях должны снизить потери мощности с 10 процентов от того, что производят панели, до всего лишь 2 процентов.Максимович сотрудничает с Satcon, производителем преобразователей энергии, и получает финансирование от Hawaii Renewable Energy Development Venture; этой весной команда планирует установить солнечные зарядные устройства на курорте на гавайском острове Ланаи.

Еще одним драйвером для ЦОД являются центры обработки данных, в которых работают Интернет и телекоммуникационные сети. Сейчас крупные компьютерные фермы потребляют более 1,3% электроэнергии во всем мире, и эта цифра быстро растет. Входящая мощность является переменным током и должна быть преобразована.Вместо преобразователей питания на каждом компьютере некоторые компании устанавливают большие централизованные преобразователи и распределяют 380-вольтовую мощность постоянного тока по своим серверным фермам. Японский телекоммуникационный гигант NTT имеет четыре центра обработки данных в районе Токио, работающих на DC; В прошлом году компания завершила строительство серверного центра на базе постоянного тока в городе Ацуги, к юго-западу от Токио, который стал первым центром обслуживания внешних клиентов.

Экономия энергии достигается в основном за счет замены преобразователей переменного тока в постоянный, подключенных к отдельным серверам, более эффективными централизованными инверторами.По словам Кейичи Хиросе, старшего инженера-исследователя NTT в Токио, такое переключение и отказ от преобразователей переменного тока в постоянный в системах резервного питания с батареями сократили энергопотребление на 15 процентов по сравнению с обычными конфигурациями переменного тока. Intel оценила годовую экономию энергии для центра обработки данных среднего размера в США в 1,2 миллиона долларов, и эта величина должна быть значительно выше в Японии и Европе, где цены на электроэнергию выше.

Также популярны цепи постоянного тока. Emerge Alliance, консорциум, базирующийся в Сан-Рамоне, штат Калифорния, который выступает за распределение электроэнергии постоянного тока в коммерческих зданиях, установил стандарт для потолочных цепей постоянного тока на 24 В и заявляет, что светодиодные потолочные светильники на линиях постоянного тока потребляют до 15 процентов меньше энергии. чем переключать переменный ток в постоянный внутри светильников.В настоящее время Emerge работает над тем, чтобы подавать питание постоянного тока на рабочие столы сотрудников, позволяя им подключать компьютеры или телефоны без необходимости использования быстродействующих преобразователей.

Распространится ли восстание округа Колумбия за пределы зданий, чтобы захватить более крупные линии, питающие районы, города и за их пределами, как когда-то надеялся Эдисон? Многие эксперты в области энергетики настроены скептически. Переменный ток является стандартом для передачи электроэнергии по сети, и многие устройства, такие как электродвигатели, могут работать от переменного тока.«Я не думаю, что произойдет полное преобразование энергосистемы в постоянный ток», — говорит Максимович из Калифорнийского университета в Боулдере.

Но другие, такие как Рид, считают поглощение округа Колумбия неизбежным. Он отмечает, что в линиях электропередачи все чаще используется мощность постоянного тока, потому что высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) легче контролировать и они имеют меньшие потери, чем линии переменного тока. Линии дальней связи часто являются ключом к использованию возобновляемых ресурсов, расположенных вдали от нуждающихся в электроэнергии городов, таких как энергия ветра и солнца.

Расширение распределения электроэнергии постоянного тока на верхнем и нижнем уровнях электрической пищевой цепи также создает возможность сократить разрыв с региональным распределением постоянного тока, как однажды вообразил Эдисон.Рид отмечает, что преобразование высоковольтной мощности переменного тока в 120 вольт для бытового использования приводит к потерям примерно на 5 процентов выше, чем в эквивалентных системах постоянного тока. «Если у вас есть HVDC на одном конце и потребление постоянного тока на другом, это становится возможностью для постоянного тока среднего напряжения между ними», — говорит он.

При такой экономии Рид предсказывает, что первая прямая поставка электроэнергии постоянного тока от высоковольтной линии к конечному потребителю не за горами, особенно в странах с быстро развивающейся экономикой, строящих новую энергетическую инфраструктуру.«Я думаю, что здесь у нас на это уйдет не более 10 лет, — говорит он, — а в Китае — от трех до пяти лет».

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: переменный ток


В нашем мире есть два основных типа тока. Одним из них является постоянный ток (DC), который представляет собой постоянный поток электронов в одном направлении. Другой — переменный ток, представляющий собой поток зарядов, меняющий направление. Такие ученые, как Чарльз Протеус Стейнмец и Никола Тесла , добились больших успехов, когда мощность переменного тока была просто научным экспериментом.Заряды (электроны) должны всегда течь, чтобы иметь ток. Однако поток зарядов не всегда должен быть в одном направлении. В переменном токе заряды движутся в одном направлении в течение очень короткого времени, а затем меняют направление. Это происходит снова и снова.

Ученые описывают цикл переключения направлений как частоту . Частота измеряется в Герц (Гц). Говорят, что токи, которые повторяют чаще в течение определенного промежутка времени, имеют более высокую частоту.Мощность переменного тока переключается 60 раз в секунду в США.

Поскольку Интернет является глобальным ресурсом, следует также отметить, что в мире существуют разные частоты переменного тока. Хотя мы все используем переменный ток, переключение происходит по-разному в течение определенного периода времени. Большинство стран используют частоты переменного тока либо 50 Гц, либо 60 Гц.

Почему мы используем переменный ток во всем мире? Дешевле и проще делать устройства для питания от сети переменного тока. Это дешевле, потому что вы можете очень легко увеличивать и уменьшать ток для питания переменного тока.Выключатели питания переменного тока также дешевле в производстве. Вероятно, самым большим преимуществом переменного тока является то, что вы можете использовать высокого напряжения с малыми токами, чтобы уменьшить потери при передаче энергии. Помните, что потеря энергии увеличивается, чем больше у вас столкновений, а уменьшение тока уменьшает количество столкновений (и уменьшает нагрев проводов). Вы можете передавать энергию с помощью постоянного тока, но при передаче энергии постоянного тока теряется много энергии. Вам пришлось бы приложить гораздо больше усилий для передачи мощности постоянного тока на то же расстояние.БОЛЬШОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: НИКОГДА не прикасайтесь к розеткам в вашем доме. Вас ударит током. Электричество — это нечто большее, чем напряжение. Это текущий убьет вас.

Проще всего увидеть переменный ток в действии у себя дома. Все приборы и светильники в вашем доме, вероятно, работают от сети переменного тока. Существуют также преобразователи мощности, которые преобразуют мощность постоянного тока в мощность переменного тока, когда вам нужно электричество и поблизости нет розеток (например, в кемпинге).




Или поищите на сайтах по конкретной теме.

Совместное использование переменного и постоянного тока в электрической системе?

Использование переменного и постоянного тока вместе в электрической системе?

Существует ряд проблем при совместном использовании переменного и постоянного тока в одной и той же электрической системе. Кратко, это: монтажные коробки и оборудование, розетки, схемы и размеры проводки, а также выключатели.


Распределительные коробки

Электротехнические правила запрещают использование переменного и постоянного тока в одной коробке. Вам понадобятся две распределительные коробки — одна для переменного тока и одна для постоянного тока.

Автоматические выключатели, рассчитанные на переменный ток, не будут работать на постоянном токе. Ожидайте платить больше за выключатели постоянного тока. С другой стороны, предохранители в основном безразличны к переменному или постоянному току или даже к разнице в напряжении. Монтажные коробки старого типа, в которых используются предохранители, которые больше не соответствуют Кодексу для проводки переменного тока, прекрасно подходят для цепей постоянного тока. Автомобильные предохранители нового типа с номиналом до 30 А также отлично подходят для систем постоянного тока.


Розетки

Стандартные розетки подходят для постоянного или переменного тока. Вы должны проявлять осторожность при использовании обоих в одном и том же домашнем хозяйстве.Подключение нагрузки 12 В постоянного тока к розетке 120 В переменного тока может вызвать перегорание нагрузки, если автоматический выключатель/предохранитель не сработает первым.

Подключение нагрузки переменного тока 120 В к цепи постоянного тока 12 В может повредить нагрузку, перегореть предохранитель или просто ничего не сделать. Тем не менее, кому нужно это беспокойство. У электриков-любителей есть много
способов справиться с этой ситуацией. В одной схеме используется розетка одного и того же типа для цепей переменного и постоянного тока, но с цветовым кодом или маркировкой самой пластины розетки. Это хорошо работает для отшельников, но паршиво для гостей, детей и несведущих.

Вторая схема заключается в подключении переменного и постоянного тока к одной и той же розетке с общим общим проводом ( плохая идея ). Другая схема заключается в подключении приборов на 12 В к уникальной вилке/розетке автомобильного прикуривателя
(только легкие нагрузки, пожалуйста). Или вилка/розетка, которая используется в старых автофургонах (автомобилях для отдыха) для 12-вольтовых цепей (в основном неадекватных).

Лучше использовать вилку/розетку с другим номером NEMA (шаблоном) для цепи 12 В (поищите наименее дорогой тип).Обычно это меняет ориентацию штырей вилки, так что невозможно смешивать нагрузки и цепи 12 В постоянного тока и 120 В переменного тока. Добавьте соответствующую вилку к каждой нагрузке 12 В.

Полярность — еще одна проблема с DC. Для ламп накаливания и простых нагревательных цепей полярность не важна, но вы должны соблюдать правильную полярность (положительную или отрицательную) для светодиодов, высокочастотных люминесцентных ламп, стереосистем и многих других нагрузок постоянного тока. С этим легко справиться с помощью вилок и розеток нового типа, которые позволяют вставлять их только одним способом.Это обеспечит правильную полярность вилки и розетки, а также использование вилок с 3 контактами.


Электропроводка

В целом, для электропроводки 12 В постоянного тока потребуется провод большего сечения даже для небольших нагрузок. Размер провода быстро увеличивается с любой длиной. Здесь подготовка и творческий подход имеют большое значение
для сведения к минимуму затрат и трудозатрат при сохранении всех возможностей.

Что ты хочешь делать и где? Специальные таблицы низковольтной проводки помогут вам определить размеры проводов для конкретных нагрузок на различных расстояниях.

Также есть смысл провести ответвление большого провода к дальней стороне дома, где его можно будет распределить от второго, меньшего по размеру блока предохранителей, к нагрузкам в этой области. Провод большого сечения жесткий, и его неудобно прокладывать; планировать соответственно. Используйте «пальцы» провода 12-го калибра от провода большего сечения, чтобы упростить подключение к розеткам и выключателям.

Используйте соединительные коробки для проводов сечением №8 и больше. Относительно короткие отрезки провода №12, ведущие от них к нагрузкам и розеткам, будут нести лишь небольшие потери.


Переключатели

Переключатели, рассчитанные на 120 В переменного тока, могут выйти из строя при использовании 12 В постоянного тока. Дуга, возникающая, когда стандартный выключатель переменного тока размыкает (выключает) цепь постоянного тока, будет более горячей и длится дольше.

Рисунок 1. Конденсатор уменьшит искрение в переключателе в цепи постоянного тока

Категорически избегайте «бесшумных» переключателей; они открываются слишком медленно. В любом случае дуга постоянного тока в конечном итоге (если не сразу) сожжет контакты переключателя. Можно добавить конденсатор на переключатель, чтобы подавить эту дугу ( Рисунок 1 ).

Рисунок 2. Последовательное подключение многополюсных выключателей снижает дугообразование

Или подключить переключатель с несколькими полюсами последовательно (не параллельно; см. Рисунок 2 ), чтобы помочь ему выдержать эту дугу. Конечно, вы также можете найти и установить переключатели, рассчитанные на переключение постоянного тока.

Ресурс: январь/февраль 2000 г. Журнал Backwoods Home

В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

Опубликовано 5 марта 2018 г.

Вы когда-нибудь задумывались, откуда взялась известная группа AC/DC? Существует два основных типа электрических токов, которые используются для питания наших устройств: мощность переменного и постоянного тока.Оба эти типа очень разные, но оба могут успешно обеспечить достаточную мощность для питания ваших устройств и приборов.

В этой статье мы рассмотрим различия между питанием переменного и постоянного тока. Для определенных токов и электрических компонентов может потребоваться один тип питания, в то время как для разных устройств может использоваться другой. В Сингапуре переменного тока предпочтительнее . Прочитав приведенную ниже статью наших подрядчиков-электриков, вы поймете, почему в Сингапуре используется переменный ток, а не постоянный.

Что такое мощность переменного тока?

Мощность переменного тока, также известная как переменный ток , это место, где поток электричества время от времени меняет направление. Вот почему уровень напряжения меняется в обратном направлении в зависимости от направления тока, в котором течет энергия.

Электроэнергия переменного тока вырабатывается с помощью генератора переменного тока . Он специально разработан для выработки переменного тока, поэтому не может вырабатывать постоянный ток .Он использует магнетизм, чтобы заставить токи двигаться вперед и назад в чередующихся движениях. Это делает поток энергии немного более стабильным, поэтому его предпочитают в большинстве стран мира.

Адаптеры переменного тока — это адаптеры, которые могут преобразовывать постоянный ток в переменный. Многие портативные устройства используют адаптеры переменного тока для безопасного преобразования тока во что-то более полезное для устройства. Многие устройства не могут напрямую использовать постоянный ток.

Список адаптеров переменного тока включает:

  • Адаптеры для мобильных телефонов
  • Фонарики
  • Телевизоры с плоским экраном
  • Электромобили

Переменный ток, возможно, не может обеспечить такой высокий уровень напряжения, как постоянный, но он по-прежнему является более распространенной формой электрического тока благодаря компонентам безопасности и способности контролировать поток энергии.

Что такое мощность постоянного тока?

Также известен как постоянный ток , Питание постоянного тока работает противоположным образом по сравнению с питанием переменного тока, поскольку стимулирует поток энергии в одном направлении. Его часто называют однонаправленной энергией . Думайте об этом, как о воде, вытекающей из крана. Он выталкивается наружу в одном направлении, вызывая устойчивый поток воды или, в данном случае, электричества.

Немного сложнее генерировать мощность постоянного тока, чем мощность переменного тока.Обычные электрические элементы, такие как батареи , обеспечивают постоянный ток, но могут быть и другие формы генерирования этого вида энергии.

Например, генератор переменного тока может быть оснащен коммутатором для преобразования энергии в постоянный ток. Существуют также выпрямители, которые преобразуют переменный ток в постоянный, но многие компании и страны считают это рискованной тактикой преобразования, когда вы можете просто использовать тот или иной тип в соответствии со своими потребностями.

Блок питания постоянного тока

обеспечивает высокий уровень напряжения, и этот уровень не меняется во времени. Например, если устройство с питанием от постоянного тока вырабатывает 1,5 вольта электричества, оно всегда будет обеспечивать 1,5 вольта, пока оно работает. Что касается аккумуляторов, они могут со временем «умирать», но количество производимого ими напряжения не уменьшается и не иссякает.

При использовании большинства источников постоянного тока, за исключением батарей, электростанции должны находиться достаточно близко, чтобы обеспечивать постоянный ток.Вот почему некоторым городам и регионам не нужны постоянные токи, потому что они не хотят, чтобы электростанции располагались слишком близко к их домам.

Почему в Сингапуре используется переменный ток?

Мощность переменного тока используется в Сингапуре, потому что она обеспечивает менее мощную, но более постоянную доступность энергии. Энергия постоянного тока иногда может быть слишком мощной, а постоянный ток гораздо труднее генерировать, чем мощность переменного тока. Вот почему переменный ток является нормой в Сингапуре, и для любого устройства, не использующего переменный ток, потребуется адаптер.

Генераторы переменного тока и электростанции

также могут быть более разбросаны. Таким образом, люди могут строить города и районы, не беспокоясь о доступе к постоянной энергии. Так как проще обеспечить переменные токи, это делает их более доступными.




4.5 Переменный ток в сравнении с постоянным током – Douglas College Physics 1207

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей.На рис. 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 1. (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются. Рис. 2. Разность потенциалов В между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для В имеет вид В = В 0 sin 2πft .

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

.

В = Vo sin(2 π f t)

, где В — напряжение в момент времени t, В o — пиковое напряжение, а f — частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления 90 150 I = V/R  90 151, поэтому переменный ток равен 90 003.

I = Io sin(2 π f t)

, где I — ток в момент времени t , а Io = Vo / R — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рисунке 1(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I = V / R . Если резистор представляет собой, например, люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток многократно проходит через нуль.Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Подводимая мощность равна P = IV . Используя выражения для I и В выше, мы видим, что зависимость мощности от времени имеет вид .

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 3. Мощность переменного тока в зависимости от времени. Поскольку напряжение и ток здесь совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I 0 В 0 .Средняя мощность (1/2)I 0 В 0 .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке выше, среднее мощность P среднее равно P ave = 1 / 2 Io Vo.

 

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии 1 / 2 Io Vo равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем среднее или среднеквадратичное значение тока I RMS и среднее или среднеквадратичное напряжение В RMS как

соответственно.

и

, где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения. В общем, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас

P среднее значение = I среднеквадратичное значение В среднеквадратичное значение

что дает

, как указано выше.Стандартной практикой является указывать I среднеквадратичное значение , V среднеквадратичное значение и P ave , а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей напряжение переменного тока составляет 120 В, что означает, что V rms  составляет 120 В. СВЧ печь потребляет Р среднее =1,0кВт, и т.д. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

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

Различные выражения для мощности переменного тока P ave   равны

P ср.кв.    = I действ. В действ.

                P ave    =  ( V rms  ) 2 / R             и

   P ave    =  (I ср.кв.) 2   В ср.кв.

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность потребления 60.0-ваттная лампочка переменного тока?

Стратегия

Нам говорят, что В среднеквадратичное значение    составляет 120 В, а P ave составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать  , чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданного средняя мощность.

Раствор для (а)

Решение уравнения для пикового напряжения В 0 и подстановка известного значения для В среднеквадратичного значения   дает

Обсуждение для (а)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду.Эквивалентное постоянное напряжение равно постоянным 120 В.

Решение для (б)

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

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

P или = 2(60,0 Вт) = 120 Вт

Обсуждение

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

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе.Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе. Экономия за счет масштаба делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокое напряжение может передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкое напряжение. (См. рис. 4.) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что переменное напряжение намного проще увеличивать и уменьшать, чем постоянное, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 4. Энергия распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для снижения потерь мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое электростанцией, повышается с помощью пассивных устройств, называемых трансформаторами (см. главу 23.7 «Трансформаторы»), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру).В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 2: Меньшие потери мощности при высоковольтной передаче

(а) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 200 кВ? б) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Имеем P ср = 100 МВт , В действующее значение = 200 кВ , а сопротивление линий R = 1.00 Ом. Используя эти данные, мы можем найти протекающий ток (от P = IV ), а затем мощность, рассеиваемую в линиях P = I 2 R , и взять отношение к общей передаваемой мощности.

Раствор

Чтобы найти ток, меняем соотношение P ave = I rms V rms и подставляем известные значения. Это дает

Раствор

Зная силу тока и учитывая сопротивление линий, мощность, рассеиваемую в них, находим из Р пр = I действующее значение 2 Р. Замена известных значений дает

P ср.кв. = I среднеквадратичное значение 2 R = (500 А) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт 

Раствор

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

Обсуждение

Одна четвертая процента является приемлемой потерей. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А.Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока.Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое напряжение. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредны. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока.Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рис. 5. Генератор

Проблемные упражнения

1: а) Чему равно тепловое сопротивление лампочки мощностью 25 Вт, работающей от сети переменного тока 120 В? б) Если рабочая температура лампы 2700°С, каково ее сопротивление при 2600°С?

2: Некоторое тяжелое промышленное оборудование использует переменный ток с пиковым напряжением 679 В. Каково среднеквадратичное значение напряжения?

3: Определенный автоматический выключатель срабатывает при среднеквадратичном токе 15,0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4: В военных самолетах используется переменный ток с частотой 400 Гц, поскольку на этой более высокой частоте можно проектировать более легкое оборудование.Каково время одного полного цикла этой мощности?

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

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце о потерях мощности для Примера 2. (a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи 1 Ом .(c) Какой процент потерь это представляет?

7: Кондиционер небольшого офисного здания работает от сети переменного тока 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость работы кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней, а электроэнергия стоит 9 центов/кВтч?

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

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

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

11: Нихромовая проволока используется в некоторых радиационных нагревателях. (a) Найдите необходимое сопротивление, если средняя выходная мощность должна составлять 1,00 кВт при использовании переменного тока 120 В. б) Какая длина нихромовой проволоки с площадью поперечного сечения 5 мм 2 потребуется, если рабочая температура 500ºС? в) Какую мощность он потребляет при первом включении?

12: Найдите время после t=0, когда мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц впервые достигает следующих значений: (а) V o /2 (б) V o   (в) 0.

13: (a) В какие два момента времени в первый период после t=0 мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц равно V rms ? (б) -V_ СКЗ ?

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *