Переменный и постоянный ток чем отличается: В чем разница между постоянным и переменным током — T&P

Чем отличается в физике постоянный ток от переменного: где используется каждый из них, параметры источника, частоты и знаки

Несмотря на то, что электрический ток является незаменимой частью современной жизни, многие пользователи не знают о нем даже основополагающих сведений. В данной статье, опустив курс базовой физики, рассмотрим, чем отличается постоянный ток от переменного, а также какое он находит применение в современных бытовых и промышленных условиях….

Содержание

Различие типов тока

Что такое ток, рассматривать здесь не будем, а сразу перейдем к основной теме статьи. Переменный ток отличается от постоянного тем, что он непрерывно изменяется по направлению движения и своей величине.

Изменения эти осуществляются периодами через равные временные отрезки. Для создания подобного тока применяют специальные источники или генераторы, выдающие переменную ЭДС (электродвижущую силу), которая регулярно изменяется.

Основополагающая схема упомянутого устройства для генерации переменного тока довольно проста. Это рамка в виде прямоугольника, изготавливаемая из медных проволок, которая закрепляется на ось, а затем при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Кончики этой рамки припаиваются к медным контактным колечкам, скользящим по непосредственно контактным пластинкам, вращаясь синхронно с рамкой.

При условии равномерного ритма вращения начинает индуцироваться ЭДС, которая периодически изменяется. Измерить ЭДС, возникшую в рамке, возможно специальным прибором. Благодаря появлению электромагнитной индукции реально определить переменную ЭДС и вместе с ней переменный ток.

В графическом исполнении эти величины характерно изображаются в виде волнообразной синусоиды. Понятие синусоидального тока зачастую относится к переменному току, поскольку подобный характер изменения тока является наиболее распространенным.

Переменный ток – алгебраическая величина, а его значение в конкретный временной момент именуется мгновенным значением. Знак непосредственно самого переменного тока определяется по направлению, в котором в данный временной момент проходит ток. Следовательно, знак бывает положительным и отрицательным.

Чем отличается постоянный ток от переменного

Характеристики тока

Для сравнительной оценки всевозможных переменных токов применяют критерии, именуемые параметрами переменного тока, среди которых:

• период,
• амплитуда,
• частота,
• круговая частота.

Период – отрезок времен, когда производится законченный цикл изменения тока. Амплитудой называют максимальное значение. Частотой переменного тока назвали количество законченных периодов за 1 сек.

Перечисленные выше параметры дают возможность отличать различные виды переменных токов, напряжений и ЭДС.

При расчете сопротивления разных цепей воздействию переменного тока допустимо подключить еще один характерный параметр, именуемый угловой либо круговой частотой. Этот параметр определяется скоростью вращения вышеупомянутой рамки под определенным углом в одну секунду.

Важно! Следует понимать, чем отличается ток от напряжения. Принципиальная разница известна: ток является количеством энергии, а напряжением называется мера потенциальной энергии.

Переменный ток получил свое название, потому что направление движения у электронов безостановочно изменяется, как и заряд. У него встречается различная частота и электрическое напряжение.

Это и является отличительной чертой от постоянного тока, где направление движения электронов неизменно. Если сопротивление, напряжение и сила тока неизменны, а ток течет только в одну сторону, то такой ток является постоянным.

Для прохождения постоянного тока в металлах потребуется, чтобы источник постоянного напряжения оказался замкнут на себя при помощи проводника, которым и является металл. В отдельных ситуациях для выработки постоянного тока применяют химический источник энергии, который называется гальваническим элементом.

Это интересно! Специальная теория относительности Эйнштейна: кратко и простыми словами

Передача тока

Источники переменного тока – обычные розетки. Они располагаются на объектах разнообразного назначения и в жилых помещениях. К ним подключаются различные электрические приборы, которые получают необходимое для их работы напряжение.

Использование переменного тока в электрических сетях является экономически обоснованным, поскольку величина его напряжения может преобразовываться к уровню необходимых значений. Совершается это при помощи трансформаторного оборудования с допускаемыми незначительными потерями. Транспортировка от источников электроснабжения к конечным потребителям является более дешевой и простой.

Передача тока к потребителям начинается непосредственно с электростанции, где используется разновидность чрезвычайно мощных электрических генераторов. Из них получают электрический ток, который по кабелям направляется к трансформаторным подстанциям. Зачастую подстанции располагают неподалеку от промышленных либо жилых объектов электрического потребления. Полученный подстанциями ток преобразуется в трехфазное переменное напряжение.

В батарейках и аккумуляторах содержится постоянный ток, который отличается устойчивостью свойств, т.е. они не изменяются со течением времени. Он используется в любых современных электрических изделиях, а еще в автомобилях.

Это интересно! Что такое закон всемирного тяготения: формула великого открытия

Преобразование тока

Рассмотрим отдельно процесс преобразования переменного тока в постоянный. Данный процесс производится при помощи специализированных выпрямителей и включает три шага:

1. Первым шагом подключается четырехдиодный мост заданной мощности. Это в свою очередь позволяет задать движение однонаправленного типа у заряженных частиц. Кроме того, он понижает верхние значения у синусоид, свойственных переменному току.
2. Далее подключается фильтр для сглаживания либо специализированный конденсатор. Это осуществляется с диодного моста на выход. Сам же фильтр способствует исправлению впадин между пиковыми значениями синусоид. А подключение конденсатора значительно снижает пульсации и приводит их к минимальным значениям.
3. Затем производится подключение устройств, стабилизирующих напряжение, с целью снижения пульсаций.

Данный процесс, в случае необходимости, способен производиться в двух направлениях, конвертируя постоянный и переменный ток.

Еще одной отличительной чертой является распространение электромагнитных волн по отношению к пространству. Доказано, что постоянный тип тока не позволяет электромагнитным волнам распространяться в пространстве, а переменный ток может вызывать их распространение. Кроме того, при транспортировке переменного тока по проводам индукционные потери значительно меньше, нежели при передаче постоянного тока.

Это интересно! Когда появилось и кто открыл электричество в России

Обоснование выбора тока

Разнообразие токов и отсутствие единого стандарта обуславливается не только потребностью в различных характеристиках в каждой индивидуальной ситуации. В решении большинства вопросов перевес оказывается в пользу переменного тока. Подобная разница между видами токов обуславливается следующими аспектами:

• Возможность передачи переменного тока на значительные расстояния. Возможность преобразования в разнородных электрических цепях с неоднозначным уровнем потребления.
• Поддержание постоянного напряжения для переменного тока оказывается в два раза дешевле, нежели для постоянного.
• Процесс преобразования электрической энергии непосредственно в механическую силу осуществляется со значительно меньшими затратами в механизмах и двигателях переменного тока.

Внимание! В случае потребности преобразования переменного тока в постоянный используют трансформаторы напряжения, а еще блоки питания. В обратном же процессе для преобразования постоянного тока непосредственно в переменный используют специальные инверторы.

Постоянный и переменный ток

Разница между постоянным и переменным током

Переменный ток

Большинство студентов, изучающих электричество, в начале своего обучения встречаются с таким понятием как постоянный ток, что означает электрический ток, имеющий постоянное направление, и/или обладающий напряжением постоянной полярности.

Постоянный ток представляет собой вид электричества, создаваемого батареей (с положительным и отрицательными выводами), или же вид заряда, возникающего при трении определенных материалов друг о друга.

Однако постоянный ток не единственный используемый «вид» электричества. Некоторые источники электроэнергии (особенно роторные электромеханические генераторы) производят напряжение, меняющее свою полярность.

Постоянный ток и переменный ток

Так же как знакомое нам условное обозначение батарейки на рисунке представляет собой условное обозначение любого источника постоянного напряжения, кружок с волнистой линией внутри обозначает источник напряжения переменного тока.

Можно было бы подумать, что практическое применение переменного тока ограничено. И действительно, в некоторых случаях переменный ток уступает постоянному по части практического применения. В тех системах, где электричество используется для рассеивания энергии в форме тепла, полярность или направление тока не имеет значения, — вполне достаточно, чтобы напряжения и тока хватало нагрузке для производства необходимого тепла (рассеивания энергии).   Однако, используя переменный ток, можно создавать гораздо более эффективные электрогенераторы, электродвигатели, системы распределения энергии, таким образом, в высокомощных системах преобладает использование именно переменного тока. Чтобы понять, почему это так, нам нужно узнать немного о переменном токе как таковом.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Это основополагающий принцип работы генератора переменного тока, или альтернатора.  

 

Принцип работы альтернатора

Заметьте, как меняется полярность напряжения на катушках, когда при вращении возле них оказываются разные полюсы магнита. При соединении с нагрузкой такое напряжение будет создавать ток, который будет периодически менять направление своего движения. Чем быстрее вращается вал альтернатора, тем быстрее будет вращаться магнит, и тем чаще в результате напряжение будет менять полярность, а ток – направление за определённый промежуток времени.

Несмотря на то, что генераторы постоянного тока работают по тому же принципу электромагнитной индукции, их устройство гораздо сложнее, чем у их соперников, генераторов переменного тока. У генераторов постоянного обмотка помещается на вал в то место, где в альтернаторах находится магнит, и эта вращающаяся обмотка соприкасается с неподвижными угольными «щётками». Всё это необходимо для того, чтобы переключать изменяющуюся полярность во внешней схеме, чтобы на последней создавалась постоянная полярность:  

Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор на рисунке выше производит два импульса напряжения за одно вращение вала. Чтобы генератор постоянного тока производил постоянное напряжение, а не короткие импульсы за каждый полупериод вращения, создаётся набор обмоток, которые периодически входят в контакт с щётками.  На схеме выше в упрощенной форме показано то, что вы увидите на практике.

Проблемы, связанные с возникновением и прерыванием электрического контакта при движении обмотки, очевидны (искрение и перегрев), особенно если вал генератора вращается с большой скоростью. Если в среде вокруг генератора содержатся легковоспламеняемые или взрывчатые пары, проблемы, связанные с искрообразованием усугубляются. Для работы генератор переменного тока (альтернатора) не требуются щёток и коллектор и поэтому он застрахован от проблем, обычно возникающих при использовании генераторов постоянного тока.

Генераторы переменного тока также имеют очевидные преимущества при использовании их в электродвигателях по сравнению с генераторами постоянного тока. В отличие от электродвигателей постоянного тока, в двигателях переменного тока не требуется соприкосновения щёток с движущейся обмоткой.

 На самом деле электродвигатели постоянного и переменного тока по своему устройству очень похожи на электрогенераторы.

Таким образом, становится понятно, что конструкция генераторов и электродвигателей переменного тока гораздо проще по сравнению с генераторами и двигателями постоянного тока. Относительная простота этих устройств на практике выглядит как много большая надежность и рентабельность. Для чего же еще используют переменный ток? Наверняка должно быть что-то кроме его использования в генераторах и двигателях! И действительно есть. Существует электромагнитный эффект, известный как

взаимная индуктивность, возникающий, когда две или более обмоток размещены таким образом, что переменное магнитное поле, создаваемое одной из обмоток наводит напряжение в другой. Если на одну из таких обмоток мы подадим переменный током, то на другой мы также получим переменное напряжение. Это устройство известно как трансформатор. 

Трансформатор преобразует переменное напряжение и ток

Главное значение трансформатора состоит в его способности повышать и понижать напряжение на второй обмотке. Напряжение переменного тока, возникающее во вторичной обмотке равно напряжению переменного тока на первичной обмотке, умноженному на коэффициент отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Если же со вторичной обмотки ток подаётся в нагрузку, то изменение тока на вторичной обмотке будет прямо противоположным: ток первичной обмотки умножается на коэффициент отношения числа витков первичной к числу витков вторичной обмотки. Механическим аналогом подобных отношений может служить пример с крутящим моментом и скоростью (вместо напряжения и тока, соответственно):  

Зубчатая передача, применяемая для увеличения скорости, понижает крутящий момент. Понижающий трансформатор понижает напряжение и усиливает ток

Если соотношение витков обмоток обратное, т.е. первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, то трансформатор увеличивает напряжение источника до более высокого уровня:  

Зубчатая передача увеличивает крутящий момент и снижает скорость. Повышающий  трансформатор повышает напряжение и уменьшает ток

Способность трансформатора увеличивать и уменьшать переменное напряжение дает переменному току несопоставимое преимущество над постоянным в области распределения энергии (см. рисунок ниже). Гораздо эффективнее передавать электроэнергию на большие расстояния при высоком напряжении и малом токе (провода меньшего диаметра с меньшими потерями на сопротивление), а затем понижать напряжение и усиливать тока при подаче энергии конечным потребителям.

Трансформаторы обеспечивают эффективную высоковольтную передачу электрической энергии на большие расстояния

Благодаря трансформаторам передачу электрической энергии на большие расстояния стала гораздо более практичной. Без возможности эффективного увеличения и уменьшения напряжения было бы непомерно дорого создавать системы энергообеспечения для больших расстояний (более нескольких десятков километров).

Трансформаторы работают только на переменном токе.

Поскольку явление взаимоиндукции основано на переменных магнитных полях, а постоянный ток способен создавать только постоянные магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать на постоянном токе. Конечно, на первичную обмотку трансформатора можно подавать постоянный прерывистый (импульсный) ток, чтобы создать переменное магнитное поле (как это делается в автомобильной системе зажигания для создания искры в свече зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но в таком варианте постоянный ток ничем не отличается от переменного.  Возможно, именно по этой причине переменный ток находит более широкое применение в высокомощных системах.

• РЕЗЮМЕ:
  
• Постоянный ток представляет собой напряжение или ток, который сохраняет постоянную полярность или направление.
• Переменный ток представляет собой напряжение или ток, который меняет полярность или направление с течением времени.
• Электромеханические генераторы переменного тока, называемые альтернаторами, имеют более простое устройство, нежели электромеханические генераторы постоянного тока.
• Устройство электродвигателей постоянного и переменного тока сходно с устройством соответствующих генераторов.
• Трансформатор представляет собой пару обмоток, используемых для передачи переменного тока с одной обмотки на другую.  Часто число витков каждой обмотки устанавливается таким, чтобы создавать увеличение или уменьшение напряжения при переходе с первичной на вторичную обмотку.
• Напряжение вторичной обмотки  = напряжение первичной обмотки (число витков вторичной обмотки/число витков первичной обмотки).
• ток вторичной обмотки = ток первичной обмотки (число витков первичной обмотки/число витков вторичной обмотки)

Нравится

Твитнуть

В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

1. Дом
2. Блог
3. В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

Из-за своей способности обеспечивать питание по-разному, источники переменного и постоянного тока уже давно вовлечены в битву за превосходство. Тем не менее, эти двое, кажется, совсем недавно объединились, чтобы существовать в гармонии.

Различия между переменным током и постоянным током

Постоянный ток, разработанный Томасом Эдисоном и ставший стандартом первых американских освоений мира электричества, предполагает использование тока, протекающего в одном направлении. К сожалению, его невозможность легко преобразовать в более высокое/низкое напряжение заставило других искать альтернативные решения: а именно переменный ток Николы Теслы. Переменный ток, изменяя направление 60 раз в секунду (50 в Европе), можно было бы проще преобразовать в различные напряжения с помощью трансформатора. Последовала «Война токов», когда изобретатели боролись за актуальность (и гонорары) в будущей электрической инфраструктуре Америки. В конце концов Джордж Вестингауз стал партнером Теслы, введя кондиционеры в американские дома по всей стране. Однако в последние годы округ Колумбия пережил своего рода ренессанс. Почему?

Применение обеспечивает потребность в переменном и постоянном токе

Хотя электроэнергия доставляется как переменным, так и постоянным током, способ, которым эта электроэнергия достигает конечного пункта назначения, различается. Что едят ваши приборы и электроника?

• Переменный ток
  Ваш дом или офис получает электричество в виде волнообразного переменного тока, который может изменять направление и напряжение от более высокого до более низкого тока с помощью трансформаторов. В вашем доме его потребляют маленькие и большие сетевые приборы, от кондиционера до телевизора и посудомоечной машины.
• DC
  Последовательное и постоянное напряжение постоянного тока электронных блоков питания, использующих аккумулятор, таких как ваше мобильное устройство или смартфон. Подобно батарее, питающей автомобиль вашего ребенка с дистанционным управлением, ровный, устойчивый электрический ток постоянного тока всегда течет в одном направлении, между положительной и отрицательной клеммами.
• Переменный/постоянный ток
  В вашем ноутбуке используется комбинация обоих типов электрического тока, начиная с переменного тока от розетки до зарядного шнура, который преобразуется в постоянный ток через громоздкую маленькую коробку (адаптер питания) между розеткой и зарядным устройством. конец, который подключается к компьютеру для подзарядки аккумулятора. В некоторых автомобилях также используется комбинация переменного/постоянного тока.

Будущее AC/DC

Хотя мы не можем предсказать будущее знаменитой рок-группы, ожидается, что AC и DC current продолжат свое соперничество, хотя и в гораздо более дружеской форме. Дома и предприятия по всей стране будут по-прежнему питаться преимущественно от сети переменного тока. Однако с появлением светодиодов, солнечных батарей, электромобилей и мобильной электроники прогресс в области постоянного тока растет, и постоянно разрабатываются методы транспортировки и преобразования постоянного тока в более высокое и более низкое напряжение с меньшими потерями электроэнергии. Возможное решение «Войны токов»? Пара работает бок о бок в домах и на предприятиях по всей территории США

Испытываете «войну токов» в собственном доме или на работе, поскольку электрические устройства соперничают за слабеющий источник питания? Дайте миру шанс, купив электрическую коробку или модернизировав услугу от Mr. Electric уже сегодня.

Хотите узнать больше об электрическом токе? Прочтите этот блог об устранении неполадок в электрооборудовании от Mr. Handyman, компании Neighbourly.

Мистер Электрик предоставляет этот блог только в образовательных целях, чтобы дать читателю общую информацию и общее представление о конкретном предмете, указанном выше. Блог не должен использоваться в качестве замены лицензированного специалиста по электротехнике в вашем штате или регионе. Перед выполнением любого домашнего проекта ознакомьтесь с законами города и штата.

В чем разница между переменным и постоянным током?

Вы, вероятно, слышали термины «переменный» или «постоянный ток» или видели маркировку переменного и постоянного тока на своем электронном устройства. Хотя сам ток более-менее понятен, его виды могут вызвать массу вопросов. В чем разница между ними? Как лучше? Чтобы все было понятно, начнем с основы.

Содержимое:

1. Что актуально?
2. В чем разница между AC и ОКРУГ КОЛУМБИЯ?
   • Постоянный ток (DC)
   • Переменный ток (AC)
3. AC или DC — что лучше?
4. Как определить AC/DC

Что актуально?

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ЭТО ПОТОК ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ЧЕРЕЗ ПРОВОДНИК

Это определение, а также десятки его вариаций можно найти в большинстве учебников, но обычно этот термин не используется. достаточно, чтобы понять, как генерируется электрический ток и откуда он берется. Чтобы лучше понять того, как это работает, давайте взглянем на модель электрической цепи (рисунок 1). Эта цепь состоит из источник питания, лампочка и медный провод, представляющий собой проводник.

Атомы в проводящем материале имеют свободные электроны, которые случайным образом перемещаются от одного атома к другому (Рисунок 2).

Чтобы произвести электричество, нам нужно заставить эти электроны течь в одном направлении (Рисунок 3). Это может быть реализуется путем подключения источника питания, например аккумулятора, который создает напряжение. Проще говоря, это напряжение «проталкивает» свободные электроны через проводник прямо к лампочке, производя свет и тепло.

В чем разница между переменным и постоянным током?

В зависимости от направления движения электронов электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Постоянный ток (DC)

ПОСТОЯННЫЙ ТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, ТЕКУЧАЯ В ПОСТОЯННОМ НАПРАВЛЕНИИ

Электрическая схема, показанная выше, является хорошим примером того, как можно получить постоянный ток. Электроны в этой цепи всегда проходят в одном направлении от катода к аноду (Рисунок 4).

Переменный ток (AC)

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, ПЕРИОДИЧЕСКИ МЕНЯЮЩИЙ СВОЁ НАПРАВЛЕНИЕ.

В отличие от батарей, некоторые источники питания (например, генераторы) производят ток, который циклически изменяется направлениях, двигаясь вперед и назад (Рисунок 5).

Поскольку поток останавливается до изменения направления, подача питания на устройство прекращается на долю секунды также. Это можно увидеть в замедленном видео лампочки, подключенной к источнику переменного тока. В этом электрическом цепи, лампочка постоянно мерцает, хотя в нормальных условиях это незаметно для человеческого глаза, т.к. мерцание слишком быстрое, чтобы мы могли его заметить.

AC или DC — что лучше?

На самом деле, сложно ответить, что лучше, переменный ток или постоянный. Каждый тип имеет свои плюсы и минусы, что делает их идеальными для конкретных приложений. Поскольку электроны в переменном токе меняются примерно 60 раз в секунду (стандарты различаются во всем мире), он не подходит для большинства современных устройств, крайне чувствительных к питанию. изменения. Подключение их к генератору, например, приведет к непоправимому повреждению устройств, а также вся цепь. Таким образом, все стиральные машины, принтеры, компьютеры и телефоны имеют специальные адаптеры переменного тока, обеспечивающие работу всех компонентов. правильно.

Постоянный ток может питать практически все электронные устройства, которые мы используем. Не проще ли было бы передать DC вместо переменного тока и забыть обо всех этих адаптерах? Ответ прост – нет. И на то есть весомая причина что.

Города, поселки и деревни по всей стране нуждаются в огромном количестве электроэнергии. Чтобы сделать эту силу доступный, он распространяется при очень высоких напряжениях, которые намного выше тех, которые мы можем безопасно использовать в наших домах. Другими словами, прежде чем мы сможем безопасно использовать мощность, мы должны каким-то образом снизить напряжение. Некоторые электрические устройства, известные как трансформаторы, способны изменять напряжение переменного тока вверх или вниз. Из-за характера постоянного тока, трансформаторы не могут изменять постоянное напряжение, поэтому передача постоянного тока таким образом становится невозможной. Кроме того, передача постоянного тока системы намного дороже и менее долговечны, так как провода должны быть намного толще, чтобы обеспечить такое же количество энергии. мощности, но при этом имеют больше шансов изнашиваться за сравнительно короткий период времени.

Как определить AC/DC

Как правило, все устройства имеют специальную маркировку, показывающую, являются ли выходы переменным или постоянным током, но иногда бывает что нет информации. В этом случае для определения переменного или постоянного тока вам понадобится мультиметр или хотя бы постоянный ток.