Чем отличается переменный ток от постоянного — объяснение простыми словами
В электричестве есть два рода тока – постоянный и переменный. Устройства также требуют для питания один или другой вид тока. От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность после подключения к неправильному питанию. Чем отличается переменный ток от постоянного мы расскажем в этой статье, дав краткий ответ наиболее простыми словами.
Определение
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.
Переменный ток (Alternative Current – AC) отличается от постоянного (Direct Current – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении. Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени. Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).
Для так сказать чайников в электрике изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:
Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток. Вы можете видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.
Если сказать по-простому, то разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах. Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля. Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).
Происхождение
Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.
Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.
Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.
Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.
Формулы для расчета постоянного тока
Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:
E=I/R
E=I/(R+r)
Мощность также просто рассчитываются:
P=UI
Формулы для расчета переменного тока
В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:
Для ёмкости:
Для индуктивности:
Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.
Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:
wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.
Источник: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html
Постоянный электрический ток: определение, механизм, характеристики
Определение 1
Постоянный ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся в одном направлении.
По теории данные заряженные частицы относят к носителям тока. В проводниках и полупроводниках такими носителями являются электроны, в электролитах – заряженные ионы, в газах – электроны и ионы. Металлы характеризуются перемещением только электронов. Отсюда следует, что электрический ток в них – это движение электронов проводимости.
Результат прохождения электрического тока в металлах и электропроводящих растворах заметно отличается. Наличие химических процессов в металлах при протекании тока отсутствует. В электролитах под воздействием тока происходит выделение ионов вещества на электродах. Различие заключается в отличии носителей зарядов металла и электролита. В металлах – это свободные электроны, отделившиеся от атомов, в растворах – ионы, атомы или их группы с зарядами.
Необходимые условия существования электрического тока
Первое необходимое условие существования электрического тока любого вещества – наличие носителей заряда.
Для равновесного состояния зарядов необходимо равнение нулю разности потенциалов между любыми точками проводника. При нарушении данного условия, заряд не сможет переместиться. Отсюда следует, что второе необходимое условие существования электрического тока в проводнике – создание напряжения между некоторыми точками.
Определение 2
Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике как результат воздействия электрического поля, называют током проводимости.
Такое движение возможно при перемещении в пространстве заряженного проводника или диэлектрика. Подобный электрический ток получил название конвекционного.
Механизм осуществления постоянного тока
Для постоянного прохождения тока в проводнике следует подсоединить к проводнику или их совокупности устройство, в котором постоянно происходит процесс разделения электрических зарядов для поддержания напряжения в цепи. Данный механизм получил название источника тока (генератора).
Силы, разделяющие заряды, называют сторонними. Они характеризуются неэлектрическим происхождением, действуют внутри источника. При разделении зарядов сторонние силы способны создать разность потенциалов между концами цепи.
Если электрический заряд перемещается по замкнутой цепи, то работа электростатических сил равняется нулю. Отсюда следует, что суммарная работа сил A, действующих на заряд, равна работе сторонних Ast. Определение физической величины, характеризующей источник тока, ЭДС источника ε запишется как:
ε=Aq (1), где значение q подразумевает положительный заряд. Его движение происходит по замкнутому контуру. ЭДС – это не сила. Единица измерения ε=В.
Природа сторонних сил различна. В гальваническом элементе они являются результатом электрохимических процессов. В машине с постоянным током такой силой является сила Лоренца.
Основные характеристики электрического тока
Условно принято считать направление тока за направление движения положительных частиц. Отсюда следует, что направление тока в металлах характеризуется противоположным направлением относительно направления движения частиц.
Электрический ток обладает силой тока.
Определение 3
Сила тока I – скалярная величина, равняется производной от заряда q по времени для тока, который проходит через поверхность S:
I=dqdt (2).
Ток может быть постоянным и переменным. При неизменной силе тока с его направлением по времени ток называют постоянным, а выражение силы тока для него примет вид:
I=qt (3), где сила тока рассматривается в качестве заряда, проходящего через поверхность S в единицу времени.
По системе СИ основная единица измерения силы тока – Ампер (А).
1 A=1 Кл1 с.
Определение 4
Плотность – это векторная локальная характеристика. Вектор плотности тока j→способен показывать, каким образом распределяется ток по сечению S. Его направление идет в сторону, куда движутся положительные заряды.
Значение вектора плотности тока по модулю равно:
Источник: https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/postojannyj-elektricheskij-tok/postojannyj-elektricheskij-tok-opredelenie/
Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов
Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.
Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.
Постоянный ток используется:
- для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500кV). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП;
- в контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000V;
- в сетях до 1000V для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги, и др.
- для электросетей до 500V, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов;
- в качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.
Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – т.е.
если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели элетротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.
Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12V; для строительной техники – экскаваторов, бульдозеров, и др. используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24V. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7V.
Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой(-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). На рисунке 1 представлена схема работы постоянного тока с подключенной лампой.
Рис 1. Схема работы постоянного тока с подключенной лампой
На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.
Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное, представлено на рисунке 2. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.
Рис 2. Схема действия постоянного тока в простейшей сети
Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц)– означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50Гц, т.е. меняющий своё направление 100 раз в секунду.
Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном (Рисунок 3).
Рис 3. Схема работы переменного тока с подключенной лампой
В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.
Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».
Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза» (рисунок 4). Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220V.
Рис 4. Схема действия переменного тока в простейшей сети
Как видно из схемы замедленного действия однофазного переменного тока в простейшей сети, переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.
Особенностями переменного однофазного тока являются:
- Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
- Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
- Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.
Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.
Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства – трансформатора.
Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.
Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000V городских сетей до 220V домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.
Источник: https://www.tdtransformator.ru/podderzhka/stati/statya/
Краткая история электричества, или Почему «умные дома» питаются постоянным током
Заказать этот номер
2015№3
| В современных «умных домах» есть множество электрических помощников, работающих в фоновом режиме и делающих нашу жизнь еще более комфортной. Они включают сигнализацию, регулируют освещение и системы отопления и кондиционирования, блокируют двери гаража и открывают жалюзи на окнах, впуская дневной свет. Практически каждым электронным устройством и электронной системой в доме теперь можно управлять через смартфон или планшетный компьютер.И это только начало. В то время как наши дома по-прежнему подключены к сети переменного напряжения, вся домашняя электроника питается постоянным током. И скоро это будет относиться и к системам освещения! Краткая прогулка по истории электричества объяснит нам, почему именно переменный ток стал стандартом. Глядя в будущее, я хотел бы рассказать о множестве новых решений, которые ждут нас «прямо за углом». |
Все началось в 1881 году на международной электротехнической выставке в Париже, где Томас Алва Эдисон представил всему миру свое новое изобретение — электрический свет, производимый лампой накаливания. В те времена сети постоянного тока были нормой. Чтобы сделать свой продукт коммерчески успешным, Эдисону пришлось решать сложнейшую проблему электрификации величайших городов того времени — Нью-Йорка, Лондона и Парижа.
Томас Эдисон работал с сетью 110 В DC. Из-за высокого падения напряжения при прохождении постоянного тока по проводам, энергия могла передаваться только на относительно небольшие расстояния. Это означало, что источники энергии следовало располагать прямо в центре города, поскольку каждая подстанция могла обслуживать здания в радиусе не более 1,5 км. Сегодня это трудно себе представить, однако такие электростанции действительно были построены во всех крупных городских центрах.
Очень быстро стало очевидным, что сети постоянного тока не могут обеспечивать разумные экономические показатели на менее застроенных территориях. Поэтому Джорджу Вестингаузу вскоре пришла в голову идея перевести передачу энергии на переменный ток, который имеет два серьезных преимущества: уровень АС-напряжения легко повысить с помощью трансформатора и для его передачи можно использовать более длинные и тонкие провода без существенных потерь мощности.
Эти изобретатели стали главными противниками в «войне токов», происходившей в начале 1890-х. В конце концов, Вестингауз взял верх, не в последнюю очередь благодаря помощи Николы Теслы — создателя многофазной асинхронной машины переменного тока. Вот почему у нас в домах все еще используется АС-сеть, в то время как миллиарды работающих во всем мире источников питания снабжают нашу домашнюю электронику постоянным током.
Возрождение постоянного тока?
Сможет ли экономичный «умный дом» будущего открыть новую эру постоянного тока? И станет ли DC-сеть снова привлекательной? Эти вопросы оказываются не настолько надуманными, как может показаться на первый взгляд.
Давайте просто взглянем на солнце, которое дает нам энергию изо дня в день и при минимальных затратах.
Таким образом, фотоэлектрические солнечные станции способны стать одними из самых популярных источников энергии для тех домовладельцев, которые хотят меньше зависеть от центральных сетей.
Однако оба эти основных источника энергии не всегда совместимы. Практически все наши здания подключены к сетям переменного тока. То есть энергию, получаемую от солнечных панелей, нельзя использовать без преобразования в стандартное АС-напряжение 230 В/50 Гц. Даже с учетом того, что эффективность современных инверторов превышает 95%, часть мощности все равно теряется.
Энергия солнечного света не всегда доступна, например в вечернее время, когда мы в ней особенно нуждаемся. Именно поэтому фотоэлектрические станции, как правило, работают на основную сеть.
В недавнем прошлом это было очень выгодно, поскольку тарифы на электроэнергию искусственно поддерживались на высоком уровне.
Во время нынешней рецессии государственная поддержка возобновляемых источников энергии постепенно уменьшается, и подключение солнечных панелей к питающей сети больше не является столь привлекательным решением, как было несколько лет назад.
Собственники фотоэлектрических станций, следовательно, должны пересмотреть систему электроснабжения зданий таким образом, чтобы использовать постоянный ток от солнечных батарей для своих собственных нужд. Это может быть сделано с помощью независимой сети постоянного тока для снабжения потребителей. Избыток энергии может запасаться в буферной батарее, обеспечивающей подачу энергии, когда солнечный свет отсутствует.
На рис. 1 показана структура домашней DC-сети, которая вскоре может стать стандартной для «умного дома». Внутренние источники постоянного тока обеспечивают энергией бытовую технику, систему освещения и элементы управления зданием. Идеальным считается питание от сети 24 В DC — такой уровень напряжения наиболее эффективен с учетом длины и сечения кабелей.
Рис. 1. Внутренняя разводка сети постоянного тока, генерируемого фотоэлектрической станцией (синяя цепь), буферной батареей и преобразователем электромобиля (центральная АС-сеть (красная цепь) подключена к наиболее мощным потребителям, она также служит в качестве резервного зарядного устройства для аккумулятора)
В тех случаях, когда солнечного света недостаточно для подзарядки аккумулятора, она может осуществляться от центральной сети 230 В AC. Следовательно, «умные дома» пока не могут полностью отказаться от использования этой цепи. К ней подключаются крупные бытовые приборы, такие как стиральные машины, холодильники, электрические плиты, а также водогрейные котлы и тепловые насосы, причем система управления отоплением может питаться от сети постоянного тока.
Много ли потребителей у постоянного тока?
Зачем мы вообще рассматриваем вопрос об использовании DC-сети? Разве не очевидно, что большинство электрических приборов в наших домах рассчитано на питание от сети переменного тока? Однако на самом деле это не совсем верно.
У множества современных бытовых приборов основную мощность потребляют не электромоторы, а электронные компоненты. Как правило, они созданы с применением полупроводниковых технологий, поэтому рассчитаны на работу с постоянным током.
Иными словами, в действительности АС-напряжение 230 В/50 Гц из нашей розетки преобразуется в напряжение 24, 12 или 5 В постоянного тока, которое затем подается на электронное устройство.
Стереосистемы, персональные компьютеры и другая оргтехника оснащены множеством источников питания, снабжающих различные внутренние узлы с определенным уровнем потребления постоянного тока.
Такой подход не является расточительным, поскольку, когда устройство находится в эксплуатации, эффективность источника питания, как правило, превышает 90%. Однако в режиме ожидания расход энергии оказывается неоправданно большим. И будем честными: большинство устройств в наших офисах и домах находится в режиме ожидания большую часть времени, потребляя энергию без какой-либо цели.
К счастью, такая ситуация в ближайшее время изменится благодаря новой Директиве Европейского союза по энергопотребляющим устройствам — EuP (Energy-using Products).
В соответствии с этим документом с начала 2013 года электронные устройства в режиме ожидания не должны потреблять больше 500 мВт (для дисплеев: 1 Вт).
Для удовлетворения требованиям директивы блок питания должен включать небольшой AC/DC-модуль и реле, как показано на рис. 2. Это единственный способ сократить энергопотребление в режиме ожидания ниже заданного предела.
Рис. 2. Режим ожидания с применением маломощного AC/DC-модуля для обеспечения минимального потребления энергии (например, RAC03, 80 мВт). Вход основного источника питания коммутируется через реле
Самые энергоемкие потребители энергии зачастую даже не очень заметны. Мы говорим сейчас о зарядных устройствах, которые в больших количествах обнаруживаются в наших домах и офисах. Обычно это простые и недорогие изделия, их типовая схема показана на рис. 3. Самой проблемной частью данного устройства с точки зрения потерь мощности является линейный регулятор напряжения (например, серии LM78).
Применение этого узла снижает эффективность использования энергии до совершенно недопустимых величин: от 60 до 65%. Несмотря на то, что можно значительно повысить эффективность преобразования (>95%), установив импульсный регулятор напряжения (например, серии R-78), большинство производителей электроники не хочет тратить лишние деньги.
Возникает вопрос: справедлив ли этот подход в отношении потребителей, которые в конечном счете получают более высокие счета за электроэнергию?
Рис. 3. Зарядное устройство с энергоемким линейным регулятором
С развитием LED-технологий системы освещения также становятся электронными устройствами, потребляющими постоянный ток. Однако светодиоды нельзя подключать непосредственно к DC-сети: для управления LED-лампой необходим специальный AC/DC-драйвер.
Мощность домашних светодиодных светильников, как правило, находится в диапазоне 15-30 Вт (учитывая, что 25-Вт LED-лампа обеспечивает такой же уровень освещения, как лампа накаливания мощностью 100 Вт).
Отметим, однако, что эффективность AC/DC LED-драйверов в этом диапазоне редко превышает 80%.
Данный пример показывает, что питание электронных устройств от источника переменного тока приводит к потере 15-20% потребляемой энергии. Использование домашней DC-сети позволяет устранить эти проблемы «одним ударом».
Если мы учтем мощность, рассеиваемую при преобразовании энергии солнечных панелей (минимум 5%), то общий уровень потерь увеличится примерно до четверти потребляемой мощности. Это явно не по карману потребителю во времена постоянно растущих расходов на электроэнергию.
Журавль в небе?
Можно подумать, что сети постоянного тока целесообразно использовать только в новых зданиях, поэтому их внедрение не оказывает большого влияния на общее энергопотребление. Однако, вероятно, имеет смысл прямо сейчас начать разработку и внедрение концепций, ориентированных на будущее, даже если они подходят не для всех нынешних потребителей?
Более того, уже есть решения, которые можно успешно интегрировать в существующие системы переменного тока. Хорошим примером является источник питания RAC03-SCR, разработанный компанией RECOM (рис. 4, слева). Благодаря компактному дисковому корпусу он встраивается
Рис. 4. Плоский дисковый модуль RECOM для установки в обычные розетки (слева) и комплект для монтажа модулей RAC01-RAC10 на универсальную DIN-рейку (справа)
в обычную розетку. Этот модуль с легкостью интегрируется даже в стандартный выключатель или гнездо розетки, что делает его идеальным для применения в экономичных источниках питания устройств управления настенными дисплеями электрических ставен, жалюзи и систем освещения. Блок RAC03-SCR также удобен для зарядки мобильных телефонов и других подобных устройств, поскольку он встраивается в настенный USB-коннектор.
Поскольку блоки управления часто устанавливаются в распределительные щитки, хорошим решением для данного случая является монтаж компактных источников питания на верхнюю DIN-рейку. Это легко сделать с помощью универсального DIN-адаптера (рис. 4, справа), разработанного RECOM для своих AC/DC-модулей. Существует возможность индивидуальной настройки таких блоков в диапазоне мощности от 1 до 10 Вт.
Эдисон был бы счастлив узнать, что его идеи переживают настоящий Ренессанс. Нет сомнения, что в ближайшем будущем самые «умные дома» будут получать энергию от возобновляемых источников постоянного тока. А сейчас почему бы не начать экономить энергию с помощью интеллектуальных новинок, таких как плоский модуль питания RECOM?
—>
Сообщить об ошибке
Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.
Источник: https://www.kit-e.ru/preview/pre_2015_03_84_elhistory.php
Постоянный и переменный ток
В 21-веке электроника стала очень популярной. Многие люди хотят узнать больше о радиотехнике и начинают читать специальные книги, хотя многое в книгах не понятно. И поэтому начинают путаться, задавать много вопросов. Не могут найти подходящие и понятные сайты о электронике, где можно вкратце и просто понять что к чему. Но что-то мы далеко ушли, ладно давайте приступим к делу. Задача — рассказать всё подробнее и понятнее о постоянном и переменном токе.
Постоянный ток
До того времени, когда не было радиоприёмников и радиосвязи, был ток который тёк в одну сторону — его назвали постоянным, на графике он изображается прямой линией, как показано на рисунке ниже.
Давайте разберёмся, каков принцип работы этого тока, а он очень прост. Потому что постоянный ток течёт только в одну сторону. На мощных электростанциях вырабатывается переменный ток, его нужно сделать в постоянный. Постоянный ток может создать только гальванический элемент.
Гальванический элемент — это элемент вырабатывающим постоянный ток, то есть обычная батарейка. Принцип работы батарейки разбирать не будем, нам сейчас главное, чтобы в вашей памяти уложился только постоянный и переменный ток.
Допустим, мы выработали постоянный ток, он начнёт двигаться от плюса к минусу, это обязательно запомнить.
Переменный ток
Теперь переходим к переменному току, всё радиосвязь появилась, переменный ток стал изюминкой. Рассмотрим график переменного тока. Вы сразу обратили внимание на эти странные буквы, они нам не нужны, кроме одной – Т. У переменного тока есть особенность, он может менять своё направление, например: он, движется то в одну сторону, потом в другую. Этот процесс называется колебанием или периодом. На рисунке период обозначен этой самой буквой Т.
Видно, что выше оси t волна, и ниже её, тоже волна. Это значит, что выше оси это движение к плюсу, а ниже, движение к минусу, проще говоря, это положительный полупериод, почему полупериод, потому что два полупериода равны T, то есть равны периоду, значит они всё таки полупериоды. Период — то же самое, что и колебание. Несколько колебаний совершённые в 1 секунду называют частотой.
Итак, разобрались, что такое постоянный и переменный ток, думаю что разобрались.
Запомните: В розетке всегда 220 В переменного тока — он очень опасный. Один удар может даже убить человека, поэтому соблюдайте осторожность!
В памяти у вас должно отложиться: движение постоянного и переменного тока; графики постоянного и переменного тока; что такое частота, полупериод, период.
Кстати забыл сказать, в чём измеряется частота. Запомните: частота измеряется в Герцах. Допустим, совершается 50 колебаний в секунду, это значит что частота равна 50 герц. Таким образом можно определять любые другие значения. Всем пока, с вами был Дмитрий Цывцын.
Справочники радиодеталей
Источник: https://elwo.ru/publ/spravochniki/postojannyj_i_peremennyj_tok/2-1-0-903
Чем отличается постоянный ток от переменного
Постоянный и переменный ток
В предыдущей статье, что такое электрический ток ты узнал, как происходит упорядоченное движение электронов в замкнутой цепи. Теперь, я расскажу тебе, каким бывает электрический ток. Электрический ток бывает постоянный и переменный.
Чем отличается переменный ток от постоянного? Характеристики постоянного тока.
Преобразование переменного тока в постоянный
Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель”. Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.
что такое диод и как работает диодный мост , ты можешь узнать в моих следующих статьях.
Источник: http://slojno.net/peremennyy-i-postoyannyy-tok/
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.
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:
- 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.
- При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
- 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.
Источник: https://zaochnik-com.ru/blog/peremennyj-i-postoyannyj-tok-v-chem-raznica-istoriya-razvitiya-primenenie/
Краткая история электричества,или Почему в интеллектуальных домах используется постоянный ток
Все началось на Международной выставке электричества в 1881 г. в Париже, где Томас Альва Эдисон пригласил весь мир подивиться новому изобретению — электрическому свету от световых ламп накаливания. В то время обычно использовались электросети постоянного тока. Чтобы сделать свой продукт успешным, Эдисон принял невероятный вызов электрифицировать самые большие города того времени, в частности Нью-Йорк, Лондон и Париж.
Эдисон работал с током силой 110 В DC. Благодаря большим потерям в цепи постоянного тока электричество могло тем не менее передаваться только на относительно короткие расстояния. Это означало, что электростанции должны были быть построены прямо в центре города, так как каждая могла обеспечивать электричеством только дома в радиусе максимум 1,5 км.
Хотя это трудно себе представить сегодня, но такие электростанции были действительно построены во всех центрах крупнейших городов.
Тем не менее скоро стало очевидно, что сети постоянного тока не могли эксплуатироваться в пределах разумных затрат на меньших площадях. Тогда Джордж Вестингаус предложил использовать переменный ток, который имел два главных преимущества: он относительно легко мог быть трансформирован в более высокое напряжение и для его передачи могли использоваться более длинные и тонкие провода.
Два изобретателя стали соперниками в войне токов в начале 1890-х. В конце концов Вестингаус одержал победу, в чем ему немало посодействовал Никола Тесла, изобретатель многофазного индукционного двигателя переменного тока. Вот поэтому в наших домах все еще используются цепи постоянного тока, в то время как миллионы генераторов по всему миру снабжают нашу бытовую технику постоянным током.
Возрождение постоянного тока
Сможет ли самообслуживаемый интеллектуальный дом будущего открыть новую эру постоянного тока? И станут ли снова цепи постоянного тока интересным решением? Этот вопрос не настолько надуман, как может показаться.
Давайте посмотрим на Солнце. Это светило предоставляет нам энергию почти ежедневно и практически бесплатно. Поэтому фотогальванические электростанции стали одним из самых распространенных решений для домовладельцев, которые хотят быть менее зависимыми от городских электросетей.
Практически все наши дома оснащены проводкой для переменного тока. Это означает, что электричество, генерируемое фотогальваническими панелями, не может быть использовано, если его не трансформировать в электроэнергию 230 В AC/50 Гц.
В то время как современные преобразователи переменного тока имеют КПД ≥95%, некоторое количество энергии все же теряется.
Энергия, получаемая от солнечных лучей, не всегда доступна, когда это необходимо, например в вечернее время. Поэтому энергиию от большинства солнечных электростанций необходимо накапливать в соответствующих хранилищах. В недавнем прошлом это было очень выгодное решение, так как тарифы на поставку электроэнергии в сеть были искусственно завышены.
Во время текущего кризиса помощь в виде грантов для возобновляемой энергии в Европе была постепенно сокращена, и поставки электроэнергии в сеть уже не являются таким привлекательным решением, как несколько лет назад. Поскольку владельцам солнечных электростанций было «отказано» в поставке электроэнергии по льготным тарифам, они стали рассматривать возможность переоборудования своих домов, чтобы можно было использовать постоянный ток в собственных целях.
Любая «лишняя» энергия может храниться в буферной батарее, которая обеспечивает дома током в то время, когда отсутствует солнечный свет.
На рис. 1 показана установка постоянного тока в доме, которая может в скором будущем стать стандартной в интеллектуальных домах. С помощью внутренней разводки постоянного тока электроэнергией снабжаются почти все бытовые приборы, система освещения и элементы управления интеллектуального дома.
Такие сети оптимально подходят для электроэнергии 24 В DC, так как это самое эффективное напряжение, учитывая длину кабеля и профилей. Если для перезарядки батареи будет недостаточно солнечного света, можно воспользоваться электроэнергией от городской сети.
Поэтому в интеллектуальных домах не используется подключение 230 В AC.
Рис. 1. Внутридомовая система разводки для постоянного тока, производимого встроенной солнечной электростанцией (обозначена синим цветом), буферная батарея и электродвигатель. Сеть постоянного тока (показана красным цветом) снабжается электроэнергией от блоков сетевого питания, потребляет много энергии и служит запасным зарядным устройством для батареи
Некоторые мощные бытовые приборы, например стиральные машины, холодильники, электропечи, лучше всего подключить к переменному току от сети. Это также касается бойлерных для горячей воды и нагревательных насосов. В то же время система контроля отопления может питаться от сети постоянного тока.
Работа от сети постоянного тока
Почему многие решают установить сеть постоянного тока? Разве не очевидно, что для большей части приборов в наших домах используется переменный ток от сети? Это не совсем так. Поскольку электронные компоненты основаны на технологии полупроводников, они работают от постоянного тока.
Другими словами, ток 230 В AC из розетки сначала трансформируется в 24, 12 или 5 В DC, а затем подается в электронику. Стереосистемы, компьютеры и другое оборудование поставляются с адаптерами, которые обеспечивают необходимый им постоянный ток. Когда прибор включен в сеть, потери на преобразование незначительны.
Но поскольку большая часть приборов в наших домах и офисах находится в режиме ожидания, суммарное потребление ими электроэнергии составляет уже значительную величину и тратится попусту.
Согласно Директиве Европейского Союза о ЭПП (энергопотребляющие продукты), с начала 2013 г. электронные приборы в режиме ожидания не должны потреблять более 500 мВт (для дисплеев 1 Вт). Чтобы соответствовать требованиям этой директивы, в генератор должен быть встроен небольшой модуль переменного/постоянного тока и реле, как показано на рис. 2. Это единственный способ уменьшить потребление электроэнергии в режиме ожидания до 500 мВт максимум.
Рис. 2. Резервная электроцепь с модулем постоянного/переменного тока малой мощности для минимального резервного потребления (например, RAC03, 80 мВт). Основной генератор подключен к цепи с помощью реле
Самые большие потребители электроэнергии гораздо менее заметны. Обратите внимание на многочисленные зарядные устройства, которых предостаточно в домах. На рис. 3 показано, как они устроены. К примеру, линейный регулятор серии LM78 уменьшает энергоэффективность на 60–65%. Установив импульсный регулятор (например, серии R-78), можно значительно улучшить эффективность (до ≥95%).
Рис. 3. Зарядное устройство с энергозатратным линейным регулятором
С внедрением светодиодной технологии бытовое освещение также перешло на постоянный ток. Для подключения светодиодных светильников используются светодиодные драйверы постоянного/переменного тока. Для систем домашнего освещения обычно используются светодиодные лампы 15–30 Вт (они дают освещенность, сравнимую с лампой накаливания 100 Вт). КПД светодиодных драйверов постоянного/переменного тока в этом диапазоне мощности редко превышает 80%.
Рис. 4. Плоский диск RECOM, легко устанавливаемый в стандартные распределительные устройства (слева) с универсальным комплектом для монтажа на DIN-рейку, который подходит для всех модулей RAC01-RAC10 (справа)
Эти примеры показывают, что при использовании переменного тока электронными приборами теряется 15–20% потребляемой энергии. Использование сети постоянного тока в доме позволяет значительно снизить эти потери.
Голубая мечта
В настоящее время уже существуют технологии, которые можно интегрировать в существующие сети переменного тока. Одним из примеров может служить преобразователь RAC03-SCR, разработанный компанией RECOM (рис. 4, слева). Он является отличным решением для энергоэффективного питания приборов управления, к примеру, шторами и системами освещения.
Так как приборы управления часто устанавливаются в распределительных коробках, в этом случае самым лучшим решением будет монтаж компактных генераторов на направляющие рейки. Это легко можно сделать с помощью универсального адаптера на DIN-рейку (рис. 4, справа), разработанного компанией RECOM для своих модулей постоянного/переменного тока. Эти модули могут быть индивидуально настроены под мощность в диапазоне 1–10 Вт.
Несомненно, в ближайшем будущем в интеллектуальных домах будет использоваться возобновляемый постоянный ток. А пока почему бы не начать энергосбережение с помощью умных решений?
Источник: https://power-e.ru/electroenergetics/postoyannyj-tok/
Электрический ток
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.
Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.
Электрический ток имеет следующие проявления:
- нагревание проводников (в сверхпроводниках не происходит выделения теплоты);
- изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
- создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).
Классификация:
Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический ток проводимости. Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют конвекционный ток.
Различают переменный (англ. alternating current, AC), постоянный (англ. direct current, DC) и пульсирующий электрические токи, а также их всевозможные комбинации. В таких понятиях часто слово «электрический» опускают.
Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени.
Переменный ток — ток, величина и направление которого меняются во времени. В широком смысле под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону.
В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал).
В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
Квазистационарный ток — «относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов» (БСЭ). Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие.
Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры.
Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.
Переменный ток высокой частоты — ток, в котором условие квазистационарности уже не выполняется, ток проходит по поверхности проводника, обтекая его со всех сторон. Этот эффект называется скин-эффектом.
Пульсирующий ток — ток, у которого изменяется только величина, а направление остаётся постоянным.
Вихревые токи (токи Фуко) — «замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока», поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.
Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока.
Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов.
При очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.
Характеристики:
Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения заряженных частиц.
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света.
За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счет упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света (скорости распространения фронта электромагнитной волны).
То есть то место, где электроны изменяют скорость своего движения после изменения напряжения, перемещается со скоростью распространения электромагнитных колебаний.
Основные типы проводников:
В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием силы, как правило разности электрических потенциалов, приходят в движение и создают электрический ток. Вольтамперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).
Металлы — здесь носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа.
Плазма — ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, которые образуются под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и (или) нагревания.
Электролиты — «жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока». Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации.
При нагревании сопротивление электролитов падает из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются, оседая на них.
Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.
Существует также электрический ток электронов в вакууме, который используется в электронно-лучевых приборах.
Источник: http://www.elektal.com.ua/spravochnik/articles/elektricheskiy_tok.html
Что будет, если подать в электросеть постоянный ток
Война токов завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.
Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.
Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.
Автоматы
И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь.
Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.
источник картинки: выключатель-автоматический.
рф
Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше. Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.
УЗО
Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.
Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО.
На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.
Счетчик
Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение.
Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен. Электронный счетчик устроен по-другому.
Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет.
Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте. Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.
Нагревательные приборы
Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.
Лампы накаливания
Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.
Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль.
Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер. При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора.
Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.
Люминесцентные лампы
Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой.
Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой: Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой.
Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно.
Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление. Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток.
Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.
Лампы с электронным ПРА
Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть схемы различных ЭПРА, можно заметить общий принцип.
Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.
источник картинки: aliexpress.
com Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.
Светодиодные лампы
Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны, от простых до довольно сложных. Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.
источник картинки: bigclive.com
Источник: https://habr.com/ru/post/372749/
Постоянный электрический ток
Постоянный ток (DC — Direct Current) — электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени.
В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках.
Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины.
Постоянная составляющая тока и напряжения. DC
Если рассмотреть форму тока в нагрузке на выходе выпрямителей или преобразователей, можно увидеть пульсации — изменения величины тока, существующие, как результат ограниченных возможностей фильтрующих элементов выпрямителя.
В некоторых случаях величина пульсаций может достигать достаточно больших значений, которые нельзя не учитывать в расчётах, например, в выпрямителях без применения конденсаторов.
Такой ток обычно называют пульсирующим или импульсным.
В этих случаях следует рассматривать постоянную DC и переменную AC составляющие.
Постоянная составляющая DC — величина, равная среднему значению тока за период.
AVG — аббревиатура Avguste — Среднее.
Переменная составляющая AC — периодическое изменение величины тока, уменьшение и увеличение относительно среднего значения .
Следует учитывать при расчётах, что величина пульсирующего тока будет равна не среднему значению, а квадратному корню из суммы квадратов двух величин — постоянной составляющей (DC) и среднеквадратичного значения переменной составляющей (AC), которая присутствует в этом токе, обладает определённой мощностью и суммируется с мощностью постоянной составляющей.
Вышеописанные определения, а так же термины AC и DC могут быть использованы в равной степени как для тока, так и для напряжения .
Отличие постоянного тока от переменного
По ассоциативным предпочтениям в технической литературе импульсный ток часто называют постоянным, так как он имеет одно постоянное направление. В таком случае необходимо уточнять, что имеется в виду постоянный ток с переменной составляющей.
А иногда его называют переменным, по той причине, что периодически меняет величину. Переменный ток с постоянной составляющей.
Обычно берут за основу составляющую, которая больше по величине или которая наиболее значима в контексте.
Следует помнить, что постоянный ток или напряжение характеризует, кроме направления, главный критерий — постоянная его величина, которая служит основой физических законов и является определяющей в расчётных формулах электрических цепей.
Постоянная составляющая DC, как среднее значение, является лишь одним из параметров переменного тока.
Для переменного тока (напряжения) в большинстве случаев бывает важен критерий — отсутствие постоянной составляющей, когда среднее значение равно нулю.Это ток, который протекает в конденсаторах, силовых трансформаторах, линиях электропередач. Это напряжение на обмотках трансформаторов и в бытовой электрической сети.
В таких случаях постоянная составляющая может существовать только в виде потерь, вызванных нелинейным характером нагрузок.
Параметры постоянного тока и напряжения
Сразу следует отметить, что устаревший термин «сила тока» в современной отечественной технической литературе используется уже нечасто и признан некорректным. Электрический ток характеризует не сила, а скорость и интенсивность перемещения заряженных частиц. А именно, количество заряда, прошедшее за единицу времени через поперечное сечение проводника.
Основным параметром для постоянного тока является величина тока.
Единица измерения тока — Ампер.
Величина тока 1 Ампер — перемещение заряда 1 Кулон за 1 секунду.
Единица измерения напряжения — Вольт.
Величина напряжения 1 Вольт — разность потенциалов между двумя точками электрического поля, необходимая для совершения работы 1 Джоуль при прохождения заряда 1 Кулон.
Для выпрямителей и преобразователей часто бывает важными следующие параметры для постоянного напряжения или тока:
Размах пульсаций напряжения (тока) — величина, равная разности между максимальным и минимальным значениями.
Коэффициент пульсаций — величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей AC напряжения или тока к его постоянной составляющей DC.
Источник: https://tel-spb.ru/dc/
