Эдисон был прав: За постоянный ток!
В наши дома подается переменный ток напряжением 220 вольт. При непосредственном воздействии он представляет серьезную опасность для жизни и здоровья. А между тем, заметная часть бытовой электроники потребляет постоянный ток низкого напряжения. Возникает вопрос, а не пора ли нам внедрить новый стандарт питания, например, 12 вольт постоянного тока. С таким предложением выступают, в частности, инженеры Google.
TechInsider
Item 1 of 3
1 / 3
В конечном итоге Эдисон оказался прозорливее: с современными технологиями постоянный ток может оказаться выгоднее высоковольтного переменного
Великий изобретатель Томас Альва Эдисон ратовал за постоянный ток, утверждая, что с ним гораздо удобнее работать. Однако в итоге всемирным стандартом стал переменный ток высокой частоты и высоких напряжений, за который выступал гениальный Никола Тесла при поддержке крупного магната Джорджа Вестингауза.
Современная энергетическая система построена следующим образом. Электростанции производят ток напряжением в сотни тысяч вольт. На уровне распределения по улицам и кварталам напряжение тока скидывают до 22 тыс. вольт, ну а в отдельные квартиры идет ток напряжением в 220 вольт. Это не так уж и много, однако сопротивление кожи подобное напряжение «пробивает» в легкую. Другими словами, ток, который подается в дома и квартиры, опасен для жизни из-за слишком высокого напряжения. Посмотрим, что с ним происходит дальше.
Большинство современных бытовых приборов имеют небольшой встроенный или внешний трансформатор, который преобразует переменный 220-вольтный ток из розетки в постоянный ток низкого напряжения. Мы живем в век электроники, а электронные устройства питаются именно таким током и вообще потребляют очень мало мощности. Конечно, в каждой квартире существует несколько мощных потребителей — пылесос, стиральная машинка, электрический чайник и прочая кухонная техника — однако они находятся в явном меньшинстве. Наиболее эффективные современные источники освещения, светодиодные лампы также работают от постоянного тока и не требуют высокого напряжения. Соответственно, производители вынуждены снабжать встроенными трансформаторами и их. А ведь при преобразовании тока часть энергии неизбежно расходуется впустую.
Чтобы подключить их к домашней сети, приходится использовать трансформаторы, преобразующие постоянный ток в переменный и задирающие напряжение до стандартных 220 вольт. При этом большая часть конечных устройств-потребителей осуществляет обратное преобразование.Возникает разумный вопрос — не лучше ли сразу подавать в розетки постоянный ток с низким напряжением? Во-первых, это позволит избежать ненужных потерь, связанных с лишними преобразованиями. Во-вторых, подобная сеть будет абсолютно безопасна — сколько ни суй пальцы в розетку, ничего не случится.
Подобное решение было использовано архитектором Энди Томсоном (Andy Thomson) в проекте экологически дружелюбного коттеджа MiniHome — все бытовые приборы в этом доме, кроме микроволновой печи, питаются от сети с постоянным током напряжением в 12 вольт.
Инженеры компании Google также согласны с тем, что подключать компьютеры и прочие электронные устройства к сети 220 вольт — «либо глупость, либо вредительство».
1. Разработать всеобщий стандарт питания электронных устройств, основанный на постоянном токе напряжением в 12 вольт.
2. Разработать стандартный разъем питания для 12-вольтовых электрических сетей (забавно, что единственным общепризнанным вариантом 12-вольтовой розетки является автомобильный прикуриватель).
3. Снабдить все строящиеся и ремонтирующиеся дома дополнительной электрической сетью на основе 12-вольтового стандарта питания.
4. Пересмотреть стандарты прокладки электросетей для того, чтобы снизить количество 220-вольтовых розеток до необходимого минимума.
Над вопросом о том, какой именно ток оптимален для бытовых нужд, некогда было сломано немало копий.
Читайте о противостоянии Томаса Эдисона и Никола Теслы: «Битва электрических королей».
По публикации TreeHugger
Отличия кВА от кВт
«В чем отличия кВА от кВт?» – этот вопрос – один из наиболее популярных. Его часто задают покупатели ИБП. Продавцы ИБП (которым, собственно, и задают это вопрос) отвечают на него по-разному и почти всегда неправильно. Попробуем разобраться, как рассчитывают мощность в электрической цепи.
P[Ватт] = I[Ампер] × U[Вольт]
В цепи переменного тока, с которой нам приходится иметь дело, рассматривая работу ИБП, все немного по-другому.
Активная мощность (средняя по времени мощность, выделяемая в нагрузке) – она измеряется в ваттах – равна среднему за период значению мгновенной мощности.Если напряжение имеет синусоидальную форму, и нагрузка в цепи активная (или, иначе говоря, омическая – например, лампы накаливания), то активная мощность равна произведению действующих значений напряжения и тока. Т.е. она рассчитывается примерно так же, как и мощность в цепи постоянного тока:
P[Ватт] = Uдейств × Iдейств.
Рис. 1. Мгновенная мощность в цепи переменного тока
- а) синусоидальный ток в
активной нагрузке; - б) синусоидальный ток в
нагрузке с реактивной составляющей; - в) несинусоидальный ток.
На рис.1. видно, что в этом случае напряжение и ток всегда имеют одинаковый знак (становятся положительными и отрицательными одновременно). Поэтому мгновенная мощность всегда положительна. Физически это означает, что в любой момент времени мощность выделяется в нагрузке.
Иначе говоря, так же как в цепи постоянного тока, заряды всегда движутся в направлении действия электрического поля.
На рисунке б) видно, что из-за фазового сдвига, в некоторые моменты времени, напряжение и ток имеют противоположные знаки. В это время мгновенная мощность оказывается отрицательной и уменьшает среднюю за период мгновенную мощность. Электротехник скажет, что в эти моменты времени ток течет из нагрузки в источник тока. С точки зрения физика, в эти моменты времени заряды по инерции движутся против сил электрического поля.
P[Ватт] = Uдейств × Iдейств × Cos (fi).
Здесь: fi – угол сдвига фаз между напряжением и током.
Произведение действующих значений напряжения и тока называется полной мощностью цепи переменного тока и измеряется в вольт-амперах (ВА). Полная мощность всегда больше или равна активной (выделяемой в нагрузке) мощности.
Активная (выделяемая в нагрузке) мощность для случая нелинейной нагрузки выражается формулой:
P[Ватт] = Uдейств × Iдейств × К,
где: К – коэффициент мощности.
Ток «компьютерной» нагрузки как правило несколько опережает напряжение.
Но сдвиг фаз очень невелик (10-30 градусов), поэтому коэффициент мощности для компьютера не равен косинусу угла фазового сдвига, а значительно меньше.
Если посчитать среднюю за период мощность импульсного блока питания и разделить на произведение действующих значений напряжения и тока, то получившийся коэффициент мощности будет примерно равен 0.6-0.8.
По данным фирмы American Power Conversion коэффициент мощности равен 0.6 для персональных компьютеров и 0.7 для мини компьютеров. На самом деле, коэффициент мощности компьютерной нагрузки связан с коэффициентом амплитуды тока и, даже для одного и того же импульсного блока питания, зависит от того, насколько блок питания использует свою номинальную мощность. Так, если импульсный блок питания нагружен слабо (к нему подключено мало потребителей – дисководов, процессоров и т.д.), то коэффициент амплитуды увеличивается, а коэффициент мощности уменьшается.
В зависимости от устройства ИБП, ток в разных местах его схемы зависит либо от активной мощности нагрузки (например, ток, отбираемый от аккумуляторов), либо от ее полной мощности (например, ток на выходе ИБП).
Поэтому, как правило, производители ИБП указывают два значения максимальной мощности нагрузки, которая может быть подключена к ИБП: полную мощность в вольт-амперах и активную мощность в ваттах. В принципе, в каждом конкретном случае (для каждого сочетания ИБП + нагрузка) можно определить, какой из пределов (в ваттах или вольт-амперах) является критичным. Но это может сделать только специалист, зная, как устроен ИБП и как устроена нагрузка. Общего рецепта здесь дать нельзя – слишком много вариантов (разные типы и схемы ИБП, разные сдвиги фаз и коэффициенты амплитуды нагрузки и т.д.). Поэтому подбирая ИБП, покупатель должен просто учитывать оба ограничения. Т.е. и активная, и полная мощность его оборудования должны быть меньше заявленных производителем ИБП максимальных значений. Обычно, для надежной работы ИБП, берут еще и запас примерно в 30%.
Разница между переменным и постоянным током (со сравнительной таблицей)
Переменный ток является аббревиатурой от Переменный ток , а DC является аббревиатурой от Постоянный ток .
Основное различие между переменным и постоянным током заключается в том, что постоянный ток — это однонаправленный ток , а переменный ток — это двунаправленный ток . DC не меняется со временем, в то время как переменный ток меняется в каждый момент времени.
Основным недостатком использования постоянного тока является то, что он начинает ухудшаться с расстоянием. Мощность, подаваемая источником постоянного тока, неудобна для больших расстояний, так как она будет уменьшаться с увеличением расстояния. С АС такого нет. Таким образом, он надежен для передачи.
Переменный и постоянный ток, оба являются типами электрического тока, но оба противопоставляются друг другу в отношении генерации, течения в цепи и приложений. Еще одно важное различие между переменным и постоянным током заключается в величине напряжения. Напряжение постоянного тока равно низкоуровневому напряжению , в то время как переменное напряжение равно высокоуровневому напряжению.
Комплектация: AC и DC
- Сравнительная таблица
- Определение
- Ключевые отличия
- Заключение
Сравнительная таблица
| Параметры | Переменный ток (переменный ток) | Постоянный ток (постоянный ток) |
|---|---|---|
| Определение | Переменный ток — это тип электрического тока, который мгновенно изменяется во времени. | Постоянный ток — это тип электрического тока, который остается постоянным во времени. |
| Передача на большие расстояния | Подходит для передачи на большие расстояния, так как потери мощности минимальны. | Не подходит, так как потери мощности прямо пропорциональны расстоянию. |
| Поток электронов | Двунаправленный поток электронов | Однонаправленный поток электронов |
| Частота | Между 50 Гц и 60 Гц, по-разному в разных странах | Частота постоянного тока равна нулю. |
| Коэффициент мощности | Находится между 0 и 1. | При постоянном токе всегда будет 1. |
| Графическое представление | Синусоидальная волна | Постоянная линия |
| Генераторный механизм | Поместив катушку с током во вращающееся магнитное поле. | Поместив катушку с током в постоянное магнитное поле. |
| Генераторы | Генераторы переменного тока | Элементы или батареи |
| Тип нагрузки | Может быть активной, индуктивной или емкостной. | Только резистивный |
| Емкостное сопротивление | Конденсатор позволяет постоянному току проходить через него, поэтому емкостное сопротивление будет низким. | Конденсатор блокирует постоянный ток, поэтому емкостное сопротивление будет бесконечным. |
| Применение | Высоковольтное оборудование, такое как бытовая техника, офисное оборудование. | Применение низкого напряжения в электронных схемах |
Определение
Переменный ток (переменный ток)
Переменный ток — это вид электрического тока, полярность которого не остается постоянной. Ток является следствием потока электронов. Если электрон течет в одном направлении, это однонаправленный ток, но если он течет в двух направлениях, то есть вперед и назад, то это называется 9.0003 двунаправленный ток.
Переменный ток двунаправленный. Вы, должно быть, думаете , что заставляет переменный ток работать в двух направлениях. Ваш ответ заключается в генерации переменного тока. Проводник с током находится во вращающемся магнитном поле. Теперь направление потока электронов также меняется в зависимости от движения магнитного поля.
Переменный ток также можно получить, поместив провод в статическое магнитное поле, но теперь проводник с током необходимо вращать. Вывод истории таков: либо нам нужно вращать провод с током, либо нам нужно вращать магнитное поле при условии, что остальные параметры постоянны.
Позвольте мне обсудить, что именно происходит, когда проводник с током помещается во вращающееся магнитное поле? На электроны, движущиеся по проводу, действует магнитная сила, и они будут притягиваться к одному из полюсов магнитного поля. Если поле снова повернуть, направление, в котором притягиваются электроны, изменится.
Это меняет направление потока электронов и, таким образом, происходит генерация переменного тока. Генерация переменного тока намного проще и удобнее, чем постоянного. Более того, Мощность переменного тока не уменьшается с увеличением расстояния. Таким образом, он подходит для передачи на большие расстояния.
Представление сигнала переменного тока или переменного тока можно более четко понять с помощью графической схемы , представленной ниже.
Постоянный ток (Постоянный ток)
Постоянный ток также вызывается потоком электронов, но процесс генерации постоянного тока противоположен процессу генерации переменного тока.
Однонаправленный ток может быть получен, если провод, по которому течет ток, находится в статическое магнитное поле.
Электроны, движущиеся по проводу, будут испытывать силу только в одном направлении, потому что магнитное поле постоянно. Таким образом, поток электронов в одном направлении будет генерировать постоянный ток. Мощность постоянного тока уменьшается с увеличением расстояния передачи. Это делает его непригодным для передачи на большие расстояния.
Примерами устройств, генерирующих энергию постоянного тока, являются элемент, батарея и т. д. Эти устройства имеют определенное значение напряжения постоянного тока. Обычно эти значения низкие. Таким образом, у элемента или батареи есть энергия, чтобы вытолкнуть электроны, чтобы заставить их течь по цепи. Но этим устройствам не хватает энергии, чтобы тянуть эти электроны. Таким образом, генерируется только однонаправленный ток.
Если мы посмотрим на графическое представление DC, то станет очевидным, что DC не меняется со временем.
Основные различия между переменным и постоянным током
- Направленность: Это одна из ключевых особенностей, которая отличает переменный и постоянный ток. Постоянный ток — это однонаправленный тип электрического тока, а переменный ток — двунаправленный электрический ток.
- Генерация: Переменный и постоянный ток имеют разные процедуры генерации и устройства. Постоянный ток генерируется статическим магнитным полем, а переменный ток генерируется с помощью динамического магнитного поля. Кроме того, переменный ток генерируется генераторами, в то время как постоянный ток генерируется ячейкой, батареями путем преобразования химической энергии ячейки или батареи в электрическую энергию.
- Частота сигнала: Частота сигнала переменного тока варьируется от 50 Гц до 60 Гц. В разных странах по-разному. Сигнал постоянного тока имеет нулевую частоту. Частота – это количество циклов в секунду. Поскольку сигнал постоянного тока не изменяется во времени, он имеет нулевую частоту.
- Тип нагрузки: Нагрузка, подключенная к сети переменного тока, может быть емкостной, резистивной или индуктивной. Напротив, нагрузка, подключенная к цепи постоянного тока, всегда резистивная.
- Коэффициент мощности: Коэффициент мощности переменного тока находится в диапазоне от 0 до 1, тогда как коэффициент мощности постоянного тока равен 1.
- Простота передачи: Мощность переменного тока может передаваться легко и эффективно по сравнению с мощностью постоянного тока.
- Уровень напряжения: Напряжение постоянного тока имеет низкий уровень, в то время как напряжение переменного тока имеет большую величину.
- Хранение: Переменный ток нельзя хранить, в то время как постоянный ток можно хранить в элементах или батареях. Мы можем преобразовать переменный ток в постоянный, используя выпрямитель в наших зарядных устройствах, в то время как мы можем преобразовать постоянный ток в переменный, используя инверторы. Но хранение переменного тока невозможно.
Но хранение переменного тока невозможно.Заключение
Переменный ток представляет собой двунаправленный ток большой величины, который может передаваться на большие расстояния без потери мощности. Напротив, постоянный ток представляет собой однонаправленный ток малой величины, который не подходит для передачи на большие расстояния. Пассивный параметр переменного тока — импеданс, а пассивный параметр постоянного тока — сопротивление.
В чем основная разница между двигателем переменного и постоянного тока?
Электрическая машина — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую и наоборот. Двигатель — это тип электрической машины, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Эти двигатели могут работать как от электрической энергии переменного тока, так и от электрической энергии постоянного тока. Поэтому двигатели делятся на два основных типа; Двигатель переменного тока и двигатель постоянного тока.
Оба типа двигателей генерируют механическую энергию, используемую для перемещения любой механической нагрузки и т. д., но их конструкция, управление, эффективность и применение совершенно разные. Вы можете узнать больше об основной информации о переменном и постоянном токе и напряжении в предыдущем посте.
- Связанный пост: Разница между генератором и генератором в сравнении
Прежде чем перейти к списку различий между двигателями переменного и постоянного тока, давайте обсудим, как работает двигатель, и основы работы двигателя переменного и постоянного тока.
Что такое двигатель переменного тока?Это тип электрической машины, которая преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую энергию.
Существует два типа двигателей переменного тока; Асинхронный (асинхронный) двигатель и синхронный двигатель
В асинхронном или асинхронном двигателе статор состоит из нескольких обмоток, а ротор (с короткозамкнутым ротором или обмоткой) состоит из замкнутых контуров проводников.
Переменный ток подается на статор, который создает переменный поток, называемый вращательное магнитное поле .
Этот магнитный поток создает индукционный ток в роторе в соответствии с законом индукции Фарадея. Индуцированный ток противодействует магнитному полю и начинает вращаться в его направлении. Таким образом, асинхронный двигатель, однофазный или трехфазный, работает по принципу электромагнитной индукции между статором и ротором.
В синхронном двигателе отдельный постоянный ток подается на ротор через контактные кольца для создания собственного магнитного поля или используется постоянный магнит. Вход переменного тока подается на статор для создания вращательного магнитного поля.
Магнитное поле ротора блокируется магнитным полем вращения статора и начинает вращаться с той же скоростью. Поскольку вращающееся магнитное поле зависит от частоты переменного тока питания, скорость двигателя зависит только от входной частоты.
Поэтому он называется синхронным двигателем.
Связанные статьи
Поскольку вход всегда применяется к статору, угольные щетки не используются. Таким образом, они более надежны и требуют меньше обслуживания. Они более эффективны, чем двигатели постоянного тока, в плане выработки большей механической мощности.
Но управлять скоростью двигателя переменного тока немного сложнее, чем двигателя постоянного тока. Поскольку это в основном зависит от входной частоты, мы используем устройство под названием VFD (преобразователь частоты) для изменения входной частоты питания двигателя. Их также называют приводами переменного тока. Их направление регулируется изменением полярности только пусковой обмотки.
- Связанная запись: Разница между генератором переменного и постоянного тока
Это тип электрической машины, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.
Основной принцип , по которому работает двигатель постоянного тока, заключается в том, что «когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила, взаимно перпендикулярная магнитному полю и направлению тока». Направление силы определяется правилом левой руки Флеминга .
Якорь двигателя постоянного тока состоит из многожильных обмоток. Он размещен внутри корпуса, выполненного для постоянного магнита, создающего магнитное поле. Арматура несет постоянный ток питание от любого источника постоянного тока, например батарей. Магнитное поле взаимодействует с токоведущими проводниками якоря. Таким образом, на якорь действует механическая сила.
Поскольку вход подается на подвижную часть (ротор) двигателя постоянного тока, мы используем угольные щетки и коммутатор для подачи переменного тока на якорь. Поэтому они называются Коллекторный двигатель постоянного тока .
Щетки и коллектор со временем изнашиваются, поэтому требуют частого обслуживания. Искры между коммутатором также снижают его эффективность и создают шум.
В двигателе BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока) статор состоит из нескольких катушек, окружающих якорь ротора из постоянных магнитов. Постоянный ток преобразуется в трехфазный переменный ток с помощью тиристоров и подается на катушки статора для создания вращающегося магнитного поля. В таких двигателях вход подается на неподвижную часть, поэтому для него не требуются щетки или коммутатор. Это помогает повысить производительность двигателя, а также его эффективность. Вы также можете узнать больше о шаговых двигателях и серводвигателях в предыдущих постах с подробностями.
Таким образом, в двигателе постоянного тока вход может быть применен к ротору (в щеточном двигателе постоянного тока) и статору (в двигателе постоянного тока BLDC).
Скорость двигателя постоянного тока можно легко контролировать, изменяя входное напряжение. Одним из простых методов управления входным напряжением является ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Направление двигателя постоянного тока изменяется при изменении полярности входного источника постоянного тока. Вы также можете прочитать о расчете сечения кабеля для двигателей LT и HT.
- Связанный пост: Разница между трансформатором и асинхронным двигателем
| Двигатель переменного тока | Двигатель постоянного тока |
| Электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую энергию. | Электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. |
| Питается от переменного тока (AC). | Питается от однонаправленного постоянного тока (DC). |
| Существует два основных типа двигателей переменного тока; Асинхронный (асинхронный) двигатель и Синхронный двигатель . | Существует два основных типа двигателей постоянного тока; Коллекторный двигатель постоянного тока и Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) . |
| Двигатели переменного тока могут быть однофазными (фаза и нейтраль в качестве входа) или трехфазными (3 линии проводов под напряжением в качестве входа). | Двигатели постоянного тока являются однофазными и имеют две входные линии (положительную и отрицательную). |
| Входное питание якоря – переменный ток, поэтому не требует коммутации. | Входной источник постоянного тока, поэтому требуется коммутация входа постоянного тока в переменный. |
| Якорь всегда неподвижен, известный как статор . | Якорь в щеточном двигателе постоянного тока вращается, также известный как ротор . |
| Вход подается на статор, поэтому нет необходимости в угольных щетках. | Вход подается на ротор, поэтому ему нужны угольные щетки и коллектор. |
| Не шумит и работает плавно. | Щетки скользят по якорю , создавая шум и искры . |
| Обеспечивает повышенную выходную мощность . | Предлагает широкий выбор из контроль скорости . |
| Источники питания могут быть однофазными, или трехфазными. | Источником питания является источник постоянного тока, такой как батареи , ячейка и солнечная панель и т. д. |
| В качестве источника питания используется сеть переменного тока . | Он использует накопленную резервную мощность от батарей. |
| Направление можно изменить, изменив полярность пусковой обмотки в одной фазе и поменять местами любые две клеммы в 3-фазном двигателе. | Его направление можно легко изменить, изменив полярность входа постоянного тока . |
| Его скорость регулируется изменением входной частоты . Он использует VFD для управления их скоростью. | Скорость регулируется изменением тока якоря . Управлять извне проще через ШИМ. |
| Требуется на меньше обслуживания и является экономически эффективным. | Требует частого и дорогостоящего обслуживания . таким образом, они дороже, чем AC. |
Магнитное поле вращает , пока якорь неподвижен. | Магнитное поле неподвижно , пока якорь вращается. |
| Крутящий момент уменьшается с увеличением скорости. | Обеспечивает постоянный крутящий момент в широком диапазоне скоростей. |
| Двигатель переменного тока имеет относительно низкий КПД из-за потерь индукционного тока. | Двигатель постоянного тока имеет высокую эффективность , потому что магнитное поле создается постоянным магнитом. |
| Не все двигатели переменного тока являются самозапускающимися и требуют внешнего оборудования для запуска. | Все двигатели постоянного тока являются самозапускающимися двигателями . |
Асинхронный двигатель переменного тока является наиболее часто используемым электродвигателем в бытовом и промышленном секторах, например, в сверлильных станках, водяных насосах, вентиляторах, стиральных машинах, воздуходувках и т. д. | Используется в приложениях, требующих точного контроля положения и высокого крутящего момента, таких как подъемники, краны, конвейерные ленты и т. д., а также небольшие двигатели во встроенной электронике, маленькие игрушки. |
Вывод этой статьи состоит в том, что двигатели переменного тока используются из-за их наилучшей выходной мощности, надежности и необходимости меньшего обслуживания. В то время как двигатель постоянного тока используется из-за их более легкого управления скоростью и направлением. Но их частое обслуживание обходится очень дорого. В целом, использование частотно-регулируемого привода с двигателем переменного тока может обеспечить менее дорогое решение проблемы.
Если мы говорим о , основное различие между двигателем постоянного и переменного тока заключается в коммутаторе, и можно легко отличить и определить, является ли это двигателем переменного тока или двигателем постоянного тока. Короче говоря, если в двигателе есть коммутатор, это двигатель постоянного тока, в противном случае это двигатель переменного тока.