в чем разница и описание отличий доступным языком
В электричестве существует 2 вида токов – постоянный и переменный. Эти понятия имеют целый ряд отличий и используются в разных устройствах. От этого зависит их функционирование. Важно учитывать, что при подключении к неправильному питанию аппарат может выйти из строя. Потому так важно разобраться в механизмах работы этих явлений и их ключевых особенностях.
Содержание
История открытия электричества
Чтобы разобраться с разницей между существующими видами тока, стоит изучить краткую историю исследования электричества. Она стартовала в седьмом веке до нашей эры. Именно тогда греческий ученый Фалес обратил внимание, что при трении янтаря о шерсть он начинает притягивать легкие предметы.
Затем эти знания на долгое время были забыты. Лишь в 1600 году британский естествоиспытатель Уильям Гилберт написал работу «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». В ней впервые было использовано понятие «электричество».
Спустя 150 лет Бенджамин Франклин первым разработал теорию электричества. Это случилось в 1747 году. Ученый рассматривал такое явление в качестве нематериальной жидкости или флюида. Именно этот исследователь ввел такие термины, как положительный и отрицательный заряды, придумал молниеотвод и установил, что молния отличается электрической природой.
Затем было сделано еще много важнейших открытий в этой сфере:
- В 1785 году Кулон установил силу, с которой притягиваются разные заряды и отталкиваются одинаковые.
- В 1791 году итальянский ученый Луиджи Гальвани обратил внимание, что конечности мертвой лягушки способны сокращаться под влиянием электричества.
- В 1800 году еще один итальянец Алессандро Вольта придумал столб Вольта, который стал прообразом современных батареек. В своей работе ученый ориентировался на открытие Гальвани.
Уже в девятнадцатом веке ряд исследователей совершили революционные открытия в сфере электричества. Это сделали Эрстед, Максвелл, Ом, Ампер, Томсон. В тот период удалось открыть электромагнетизм и электродвижущую силу индукции. Также исследователям удалось объединить электрические и магнитные явления в одну систему и сделать их описание при помощи фундаментальных уравнений.
Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность “Экономика предприятия”
В двадцатом веке появилась квантовая электродинамика. Тогда же была создана теория слабых взаимодействий. В этот же период ученым удалось создать электромобили и добиться широкого распространения линий электропередач.
Конфликт Эдисона и Теслы
Постоянный ток стали активно применять в конце девятнадцатого столетия.
В 1890 году Эдисону удалось добиться создания функционирующей электрической лампочки. Также ученый открыл первые электростанции в Нью-Йорке, которые вырабатывали постоянный ток. Его напряжение составляло 110 Вольт.
Применение постоянного тока отличается значительными потерями при его передаче на большие расстояния. При этом применять переменный ток было нельзя. Это было связано с отсутствием соответствующих двигателей и счетчиков. Также присутствовали трудности с трансформацией постоянного тока в переменный. При этом стоит отметить, что переменный ток удавалось передавать на значительные расстояния без потерь.
В то время в США из Сербии прибыл Никола Тесла. Он поступил на работу в фирму Эдисона. Ученый придумал электрический двигатель переменного тока. Оценив все преимущества своего изобретения, Тесла выдвинул Эдисону предложение его применять.
Однако тот не послушал коллегу. Более того, Эдисон даже не выплатил своему сотруднику всю причитающуюся ему зарплату.
Таким образом и началось известное противостояние ученых, которое получило название «война токов». Она продолжалась больше сотни лет и завершилась в 2007 году. На тот момент Нью-Йорк весь перешел на снабжение переменным током.Постоянный ток и его особенности
Этим термином называют упорядоченное перемещение заряженных частиц, которое всегда обладает одним направлением. Такие заряды появляются в сети постоянного напряжения, когда их полярность с одной и второй стороны отличается стабильностью во времени. Явление часто применяют в разных электронных устройствах. Также оно используется в тех видах технических изделий, в которых не требуется передавать энергию на значительное расстояние.
В качестве типичного источника постоянного тока выступает гальванический элемент. Он представляет собой батарейку или аккумулятор. Одной из наиболее старых находок, связанных с электричеством, считается багдадская батарейка. Она была создана 2000 лет назад. Предполагается, что это изделие давало заряд, напряжение которого составляло 2-4 Вольта.
Применение
Чтобы простыми словами объяснить особенности явления, стоит ознакомиться со сферами его применения. К ним относят следующее:
- питание многих бытовых устройств;
- питание электронных устройств авто;
- батарейки и аккумуляторы, которые применяются для независимого питания устройств;
- корабли и подводные лодки;
- общественный транспорт.
Бытовые устройства работают на постоянном токе. Но в розетки попадает переменный. Почти везде постоянный ток получают посредством выпрямления переменного.
Переменный ток
Чтобы разобраться в отличиях между разными видами явлений, следует изучить особенности каждого. Переменным называют ток, поступающий в розетки. Такое название связано с тем, что направление перемещения электронов все время меняется. Переменный ток в розетках может отличаться по частоте и электрическому напряжению.
В России в розетках частота составляет 50 Герц, а напряжение – 220 Вольт. Это означает, что за секунду поток перемещения электронов 50 раз меняет направление электронов.
Также изменяется заряд – с положительного на отрицательный. Изменение направлений удается увидеть при включении флуоресцентной лампы. На этапе разгона электронов она мигает несколько раз. В этом и заключается смена направлений. При этом 220 Вольт представляет собой максимальный напор перемещения электронов в сети.
Переменный ток подразумевает постоянное изменение заряда. Это означает, что напряжение может колебаться от 0 до 100 %. Если бы оно постоянно составляло 100 %, потребовался бы провод очень большого диаметра. При изменении заряда провода можно делать более тонкими, что облегчает их использование. По нему электростанция способна передавать миллионы Вольт. После чего трансформатор забирает определенное количество – к примеру, 10 тысяч Вольт. Однако в каждую розетку поступает только 220.
Применение
Это явление применяется в самых разных сферах промышленности и в электроснабжении. Его получают на станциях и направляют к конечным потребителям. Уже на месте переменный ток трансформируется в постоянный.
Этот процесс осуществляется посредством применения инверторов.
При этом основной причиной использования такого явления считается возможность его передачи на значительные расстояния с минимальными потерями. Чем больше дистанция между источником и итоговым потребителем, тем выше сопротивление проводов и затраты тепла на их нагревание.
Постоянный и переменный ток – какой опаснее
Во время противостояния с Теслой Эдисон показывал, как переменный вид убивает животных. Это делалось с целью избежать финансовых убытков и банкротства от применения идей конкурента. Случай гибели гражданина США от удара переменным током был весьма детально описан в СМИ.
Для людей такой ток действительно опаснее, чем постоянный. Однако при этом важно учитывать его величину, частоту, напряжение. Большое значение имеет и сопротивление человека. При этом стоит принимать во внимание следующие особенности:
- Переменный ток частотой 50 Герц в 3-4 раза опаснее, чем постоянный.
- При напряжении примерно 400-600 Вольт обе разновидности отличаются одинаковой опасностью. Если напряжение превышает 600 Вольт, постоянный представляет большую угрозу.
- В силу характера и частоты переменный вид более выраженно возбуждает нервную систему, а также стимулирует сердце и мышечные ткани. Потому он составляет большую угрозу для жизни.
Постоянный и переменный ток – распространенные явления, которые используются в разных отраслях промышленности. При этом они характеризуются рядом отличий. В любом случае при использовании каждого из видов важно соблюдать предельную осторожность, поскольку они представляют угрозу для жизни человека.
Почему в сети переменный ток.
Отличие постоянного тока от переменного и их особенностиЭлектрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется многими электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях. От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные блоки питания и трансформаторы напряжения .
Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов считаются потребителями постоянного тока, так как батарея – это источник постоянного тока, который может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.
Разница переменного тока от постоянного
Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени.
Важнейшими параметрами переменного тока считаются его частота и напряжение. В современных электрических сетях на разных объектах используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях ток имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота электрического переменного тока – это число изменений направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц он меняет направление 50 раз в секунду. Таким образом, отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.
Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки . К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях потому, что величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями. Другими словами, его гораздо проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.
Передача переменного тока потребителям
Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ. Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, устанавливаемым в непосредственной близости от объектов электрического потребления – домов, квартир, предприятий и других сооружений.
Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях на питание объектов идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.
Преобразование переменного тока в постоянный
Мы уже разобрались с тем, что в розетках бытовых электрических систем находится переменный ток, однако многие современные потребители электричества нуждаются в постоянном.
Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:
- Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
- Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.
- Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.
Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Но этот процесс значительно сложнее и осуществляется он за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.
Электрическим током называется перенос заряда или движение заряженных частиц между точками, с разными электрическими потенциалами.
Переносить электрический заряд могут ионы, протоны и/или электроны. В повседневной жизни практически везде применяется движение электронов по проводникам. Обычно встречаются две разновидности электричества – переменное и постоянное. Важно знать, чем постоянный ток отличается от переменного.
Постоянный и переменный ток
Любое явление, которое нельзя увидеть или «пощупать» непосредственно, легче понять с помощью аналогий. В случае с электричеством можно рассмотреть воду в трубе как самый близкий пример. Вода и электричество текут по своим проводникам – проводам и трубам.
- Объём протекающей воды – сила тока.
- Давление в трубе – напряжение.
- Диаметр трубы – проводимость, обратная сопротивлению.
- Объём на давление – мощность.
Давление в трубе создаётся насосом – сильнее насос качает, давление выше, воды течёт больше. Диаметр трубы больше – сопротивление меньше, воды протекает больше. Источник выдаёт напряжение больше – электричества протекает больше.
Для примера можно взять любой химический источник питания – батарейку или аккумулятор. На его клеммах имеются обозначения полюсов: плюс или минус. Если к батарейке, через провода и выключатель подключить соответствующую лампочку, то она загорится. Что при этом происходит? Минусовая клемма источника испускает электроны – элементарные частицы, несущие отрицательный заряд. По проводам, через разъёмы выключателя и спираль лампы они движутся к положительной клемме, стремясь уровнять потенциал клемм. Пока цепь замкнута по разъёмам выключателя и батарейка не села – по спирали бегут электроны и лампочка горит.
Направление движения зарядов остаётся неизменным всё время – от минуса к плюсу. Это и есть постоянный ток, он может быть пульсирующим – слабеть или увеличиваться.
По многим причинам применение только постоянного напряжения нецелесообразно : взять хотя бы невозможность использовать трансформаторы.
Поэтому к настоящему времени сложилась система подачи и потребления переменного напряжения питания, под которую и создаются бытовые приборы.
Существует простой ответ, какова разница между постоянным и переменным током. В этом примере с лампочкой на одной клемме источника питания напряжение всегда будет равно нулю. Это нулевой провод, а вот на другом – фазном, напряжение изменяется. И не только по величине, но и по направлению – с плюса на минус. Электроны не текут стройными рядами в одну сторону, наоборот мечутся вперёд-назад, одни и те же частицы пробегают по спирали накаливания туда-сюда и производят всю работу.
Дополнительные параметры сети
Помимо напряжения, силы, мощности и сопротивления/проводимости появляются два новых признака, описывающих процессы. Эти параметры являются обязательными, как и первые четыре. При изменении любого из них изменяются свойства всей цепи.
- Форма.
- Частота.
Большую роль играет вид графика изменения напряжения. В идеале он имеет вид синусоиды с плавными переходами от значения к значению. Отклонения от синусоидальной формы могут привести к снижению качества энергии.
Частота – это количество переходов из одного крайнего состояния в другое за определённое время. Европейский стандарт в 50 Гц (герц) означает, что напряжение меняет плюс на минус 50 раз за секунду, а электроны сто раз поменяют направление движения. Для справки: увеличение частоты в два раза приводит к четырёхкратному уменьшению габаритов устройств .
Если в розетке переменный ток 50 Гц и 220 В (вольт), то это значит, что максимальное напряжение питания в сети достигает 380 В. Откуда это? В постоянной сети значение напряжения неизменно, а при переменке оно то падает, то растёт. Вот эти 220 В и являются значением действующего напряжения синусоидального тока с амплитудой в 380 В. Потому так важна форма изменения значений, что при сильном отличии от синусоиды сильно изменится и действующее напряжение.
Практическое значение различий
Вот такой он, переменный и постоянный ток. В чем разница, разобраться не так уж сложно. Различие есть и очень большое. Источник постоянного тока не позволит подключить сварочный, да и любой другой, трансформатор. При расчёте изоляции или конденсаторов на пробой берётся не действующее, а максимальное значение напряжения. Ведь наверняка может возникнуть мысль: «а зачем в сети 220 вольт конденсаторы на 400?». Вот и ответ, в сети 220 В напряжение доходит и до 380 В при нормальной работе, а при небольшом сбое и 400 В не предел.
Ещё один «парадокс». Конденсатор имеет бесконечное сопротивление в сети постоянного тока, и проводимость в сети переменного, чем выше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. С катушками иначе – увеличение частоты вызывает рост индуктивного сопротивления. Это их свойство используется в колебательном контуре – основе всей связи.
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.
Одной из характеристик тока является напряжение. В каждом случае оно вырабатывается определенным источником. Рассмотрим подробней эту физическую величину и выясним, чем отличается постоянное напряжение от переменного.
Небольшое отступление
Вспомним, что такое «ток».
Он представляет собой явление, при котором заряженные частицы перемещаются в определенном направлении. Если эти, скажем, электроны или ионы устремляются всегда в одну и ту же сторону, ток называют постоянным. А когда движение частиц периодически принимает другое направление, говорят о переменном токе.
Перейдем к напряжению. Его суть часто раскрывается по аналогии с водой. Последняя не течет сама по себе. Например, в наклонной трубе жидкость движется вниз под воздействием силы тяжести. И чем выше вода от земли, тем большей потенциальной энергией она обладает. Так же и с током: частицы «текут» под влиянием напряжения. При этом в начале своего пути они обладают большим потенциалом, а в конечной точке – меньшим.
Сравнение
Больший потенциал обозначается плюсом, меньший – минусом. Когда говорят про отличие постоянного напряжения от переменного, имеют в виду, остаются ли на своих местах «+» и «–» при движении заряженных частиц. В случае с постоянным напряжением полярность всегда одна и та же.
Примером здесь является такой источник, как батарейка. Важно, что напряжение подобного рода характерно для постоянного тока, схематично обозначаемого прямой линией.
При переменном напряжении положительный и отрицательный потенциалы на каждом из концов проводника чередуются с прохождением времени. Соответствующий пример – обычная электросеть, к которой приборы подключаются через розетку. В этом случае действует переменный ток, графически представляемый волнистой линией. Его частота, к примеру 50 Гц, означает в том числе, сколько раз в секунду чередуются относящиеся к напряжению плюс и минус.
Лучше понять, в чем разница между постоянным и переменным напряжением, поможет следующая схема:
На первом графике продемонстрировано, что с течением времени (t) постоянное напряжение (U) сохраняет свою величину. На втором изображении видна динамика переменного напряжения: оно то нулевое, то максимальное, то минимальное. При этом отчетливо видно, что все значения периодически повторяются.
Надо сказать, переменное напряжение часто, но не всегда приобретает свои параметры именно по синусоидальному закону. В других случаях изображение на графике имеет несколько иной вид.
Сейчас невозможно представить себе человеческую цивилизацию без электричества. Телевизоры, компьютеры, холодильники, фены, стиральные машины – вся бытовая техника работает на нем. Не говоря уже о промышленности и больших корпорациях. Основным источником энергии для электроприемников является переменный ток. А что это такое? Каковы его параметры и характеристики? Чем отличаются постоянный и переменный ток? Мало кто из людей знает ответы на эти вопросы.
Переменный против постоянного
В конце девятнадцатого века, благодаря открытиям в области электромагнетизма, возник спор по поводу того, какой же ток лучше применять, чтобы удовлетворить человеческие потребности. Как же все начиналось? Томас Эдисон в 1878 году основал свою компанию, которая в будущем стала знаменитой General Electric. Компания быстро разбогатела и завоевала доверие инвесторов и простых граждан Соединенных Штатов Америки, так как было построено по всей стране несколько сотен электростанций, работающих на постоянном токе.
Заслуга Эдисона – в изобретении трехпроводной системы. Постоянный ток замечательно работал с первыми электрическими двигателями и лампами накаливания. Это были фактически единственные приемники энергии на то время. Счетчик, который также был изобретен Эдисоном, работал исключительно на постоянном токе. Однако в противовес развивающейся компании Эдисона выступили конкурентные корпорации и изобретатели, которые хотели противопоставить постоянному току переменный.
Недостатки изобретения Эдисона
Джордж Вестингауз, инженер и бизнесмен, заметил в патенте Эдисона слабое звено – огромные потери в проводниках. Однако ему не удалось разработать конструкцию, которая могла бы конкурировать с этим изобретением. В чем же недостаток Эдисоновского постоянного тока? Основная проблема – передача электроэнергии на расстояния. А так как при его увеличении растет и сопротивление проводников, то это значит, что будут увеличиваться и потери мощности. Для понижения этого уровня необходимо либо повышать напряжение, а это приведет к понижению силы самого тока, либо утолщать провод (то есть снижать сопротивление проводника).
Способов эффективного повышения напряжения постоянного тока в то время не было, поэтому электростанции Эдисона держали напряжение, близкое к двум сотням вольт. К сожалению, передаваемые таким образом потоки мощности не могли обеспечить нужды промышленных предприятий. Постоянный ток не мог гарантировать генерацию электроэнергии мощным потребителям, которые находились на значительном расстоянии от электростанции. А повышать толщину проводов или строить больше станций было слишком дорого.
Переменный ток против постоянного
Благодаря разработанному в 1876 году инженером Павлом Яблочковым трансформатору, изменять напряжение у переменного тока было очень просто, что давало потрясающую возможность передавать его на сотни и тысячи километров. Однако на тот момент не существовало двигателей, которые работали бы на переменном токе. Соответственно, не было и генерирующих станций, и сетей для передачи.
Изобретения Николы Теслы
Несомненное преимущество постоянного длилось недолго.
Никола Тесла, работая инженером в фирме Эдисона, понял, что постоянный ток не может обеспечить человечество электроэнергией. Уже в 1887 году Тесла получил сразу несколько патентов на аппараты переменного тока. Началась целая борьба за более эффективные системы. Основными конкурентами Теслы были Томсон и Стенли. А 1888 году однозначную победу получил сербский инженер, который предоставил систему, способную транспортировать электрическую энергию на расстояния в сотни миль. Молодого изобретателя быстро взял к себе Вестингауз. Однако сразу же началось противостояние между компаниями Эдисона и Вестингауза. Уже в 1891 году была разработана Теслой система трехфазного переменного тока, что позволило выиграть тендер по строительству огромной электрической станции. С тех пор однозначно позицию лидера занял переменный ток. Постоянный же сдавал свои позиции по всем фронтам. Особенно когда появились выпрямители, способные преобразовывать переменный ток в постоянный, что стало удобно для всех приемников.
Определение переменного тока
Пример простейшего генератора
В качестве самого простого источника используют прямоугольную рамку, изготовленную из меди, которая закреплена на оси и вращается в магнитном поле при помощи ременной передачи. Концы этой рамки припаяны контактными кольцами к медным, которые скользят по щеткам. Магнит создает равномерно распределенное в пространстве магнитное поле. Плотность силовых магнитных линий здесь одинакова в любой части. Вращающаяся рамка пересекает эти линии, и на ее сторонах индуцируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). С каждым поворотом направление суммарной ЭДС меняется на обратное, так как рабочие стороны рамки за оборот проходят через разные полюса магнита. Так как меняется скорость пересечения силовых линий, то становится другой и величина электродвижущей силы. Поэтому если равномерно вращать рамку, то индуктированная электродвижущая сила периодически будет меняться как по направлению, так и по величине, ее можно измерить при помощи внешних приборов и, как следствие, использовать для того, чтобы создавать переменный ток во внешних цепях.
Синусоидальность
Что это такое? Переменный ток графически характеризуется волнообразной кривой – синусоидой. Соответственно, ЭДС, ток и напряжение, которые изменяются по этому закону, называются параметрами синусоидальными. Кривая так названа потому, что является изображением тригонометрической переменной величины – синуса. Именно синусоидальный характер переменного тока – наиболее распространенный во всей электротехнике.
Параметры и характеристики
Переменный ток – это явление, которое характеризуется определенными параметрами. К ним относят амплитуду, частоту и период. Последний (обозначается буквой Т) – это промежуток времени, в течение которого напряжение, ток или ЭДС совершает цикл полного изменения. Чем быстрее будет вращение ротора у генератора, тем период будет меньше. Частотой (f) называют количество полных периодов тока, напряжения или ЭДС. Она измеряется в Гц (герцах) и обозначает количество периодов за одну секунду. Соответственно, чем больше период, тем меньше частоты.
Амплитудой такого явления, как переменный ток, называют наибольшее его значение. Записывается амплитуда напряжения, тока или электродвижущей силы буквами с индексом «т» – U т I т, Е т соответственно. Часто к параметрам и характеристикам переменного тока относят действующее значение. Напряжение, ток или ЭДС, которая действует в цепи в каждый момент времени – мгновенное значение (помечают строчными буквами – і, u, e). Однако оценивать переменный ток, совершенную им работу, создаваемое тепло сложно по мгновенному значению, так как оно постоянно меняется. Поэтому применяют действующее, которое характеризует силу постоянного тока, выделяющего за время прохождения по проводнику столько же тепла, сколько это делает переменный.
Различия между питанием переменного и постоянного тока и их использование
bydosupply
Мы ежедневно используем как переменный, так и постоянный ток для цифровой электроники и различных розеток.
Однако люди до сих пор не знают основных различий между ними и зачем нужны оба.
Имея это в виду, мы рассмотрим некоторые ключевые различия между переменным и постоянным током, а также поговорим об их использовании в нашей повседневной жизни.
allaboutcircuits.comПеременный ток — это не что иное, как периодическое изменение направления потока заряда. Проще говоря, переменный ток здесь для описания потока электричества через проводник. Как следует из названия, поток тока периодически изменяется, сохраняя при этом уровень напряжения. Переменный ток подается в дома и офисные здания и при необходимости может быть преобразован в постоянный ток.
Можете ли вы генерировать переменный ток? Конечно вы можете. Наиболее популярное устройство для генерации переменного тока называется генератором переменного тока. Внутри генератора переменного тока есть магнитное поле, а также проволочная петля, которая закручена внутри и используется для индукции тока. Чтобы произвести ток, этот провод должен иметь какое-то вращение, которое может быть произведено проточной водой, паровой турбиной или ветряной турбиной.
В процессе прядения проволока периодически меняет свою магнитную полярность, что приводит к чередованию тока и напряжения.
Когда дело доходит до формы волны, переменный ток сильно отличается от постоянного тока. Как вы, наверное, догадались, сигналы переменного тока имеют форму синусоиды. В этом легко убедиться, если подключить осциллограф к цепи переменного тока. Здесь мы видим пару сигналов, в которых наиболее распространена синусоида. В большинстве случаев переменный ток, который вы используете в своем доме, имеет точно такую же синусоидальную волну. Это указывает на то, что амплитуда тока изменяется со временем, что и представляет собой переменный ток.
Поскольку мы упомянули различные типы сигналов, важно упомянуть прямоугольный сигнал. Прямоугольная волна часто используется в коммутационной и цифровой электронике для целей тестирования. Этот тип волны указывает на то, что амплитуда остается неизменной в течение определенного периода времени, прежде чем упасть до отрицательного значения и остается там в течение того же периода времени.
Процесс повторяется во время операции.
Наконец, у нас есть треугольная волна, которая встречается немного реже. Он в основном используется для тестирования усилителей и другой линейной электроники.
Как мы упоминали ранее, переменный ток используется в наших домах и офисах. Основное преимущество переменного тока заключается в том, что его можно легко генерировать и транспортировать на большие расстояния, поэтому он является выбором номер один для вышеупомянутой цели. Только представьте, что вам нужно снабжать электричеством целый город или его часть с помощью одной электростанции. AC делает это возможным — он быстрый и легко генерируется. Кроме того, электростанции могут использовать трансформаторы для преобразования в/из высокого напряжения, если это необходимо. Чем выше напряжение, тем меньше ток, и меньше тепла в линии электропередач.
Многие бытовые приборы, такие как холодильники и посудомоечные машины, также используют переменный ток. Переменный ток может питать электродвигатели, которые преобразуют эту электрическую энергию в механическую (вращение, поступательное движение, крутящий момент и т.
д.).
Постоянный ток гораздо легче понять, так как это совершенно другой термин, чем переменный ток. В то время как переменный ток движется вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянный ток в одном направлении. Наиболее распространенным примером постоянного тока является аккумулятор в вашем фонарике или смартфоне, а также блок питания в вашем ПК.
DC можно создать разными способами. Наиболее часто используемый компонент называется выпрямителем. Выпрямитель – это именно то, на что он похож. Просто представьте себе синусоиду, которую нужно выпрямить или выпрямить, чтобы она выглядела как форма волны постоянного тока. Он имеет электронные или электромеханические элементы, которые пропускают ток в одном направлении. В качестве альтернативы типичный генератор переменного тока с коммутатором также может производить постоянный ток, а также батареи, которые производят постоянный ток из-за химических реакций внутри них.
Direct Current имеет только одну форму волны, состоящую из прямой горизонтальной линии.
Эта линия представляет собой изменение (или отсутствие изменений) напряжения с течением времени. На практике интенсивность напряжения и тока может меняться, но направление потока остается прежним. Некоторые источники постоянного тока не могут генерировать такой график все время, типичным примером являются батареи. Со временем они теряют свою мощность, и в какой-то момент напряжение начинает падать, создавая другой график. В большинстве случаев мы можем предположить, что график выглядит именно так, как мы его описали — прямая горизонтальная линия, показывающая постоянное напряжение.
Постоянный ток используется небольшой электроникой, такой как смартфоны, фонарики и компьютеры. Вот почему вам нужен специальный блок питания в вашем компьютере — для преобразования переменного тока в постоянный. Другие типичные области применения включают телевизоры, а также электромобили нового поколения, поскольку в них в качестве источников питания используются перезаряжаемые батареи.
И переменный ток, и постоянный ток имеют свои цели, и нельзя сказать, что один лучше другого.
В то время как переменный ток подходит для наших домашних хозяйств из-за простоты генерации и распределения, постоянный ток является единственным способом питания электроники и электромобилей на батарейках. Несмотря на огромную популярность и внедрение переменного тока, большая часть электроники, которую мы используем, использует преимущества постоянного тока, а это означает, что они нам нужны в равной степени.
Опубликовано:
DO Supply Inc. не делает заявлений относительно полноты, достоверности, правильности, пригодности или точности любой информации на этом веб-сайте и не несет ответственности за какие-либо задержки, упущения или ошибки в этой информации. или любые убытки, травмы или ущерб, возникшие в результате его отображения или использования. Вся информация на этом веб-сайте предоставляется на условиях «как есть». Ответственность за проверку собственных фактов лежит на читателе. DO Supply Inc.
не является авторизованным дистрибьютором и никоим образом не связана с Rockwell Automation. DO Supply Inc. не делает никаких заявлений относительно вашей способности или права на загрузку, получение или использование любой микропрограммы, предоставленной производителем продукта. Если вы хотите использовать такое встроенное ПО, вы несете ответственность за соблюдение условий любой применимой лицензии или другого подобного соглашения, связанного с загрузкой, установкой или использованием встроенного ПО. DO Supply не делает никаких заявлений о том, что версия микропрограммы, установленная на каком-либо из продаваемых ею продуктов, соответствует вашим потребностям или использованию. Кроме того, DO Supply Inc. не продает, не перепродает и не лицензирует программное обеспечение, которое может потребоваться для работы определенного оборудования, и клиенты должны получать все необходимые лицензии на программное обеспечение, техническое обслуживание или обновления у производителя или из другого авторизованного источника.
Если какой-либо из продуктов, продаваемых DO Supply, требует программного обеспечения для работы, вы признаете, что DO Supply не продает и не лицензирует такое программное обеспечение и что вы несете полную ответственность за получение программного обеспечения или надлежащей лицензии на его использование из авторизованных источников.
Переменный ток (AC) Введение
Электрические системы переменного тока (AC) находятся на большинстве многодвигательных, высокопроизводительных самолетов с турбинными двигателями и самолетов транспортной категории. Переменный ток — это тот же тип электричества, который используется в промышленности и для питания наших домов. Постоянный ток (DC) используется в системах, которые должны быть совместимы с питанием от батарей, например, в легких самолетах и автомобилях. Питание переменного тока дает много преимуществ при выборе питания постоянного тока для электрических систем самолета.
Переменный ток может передаваться на большие расстояния легче и экономичнее, чем постоянный, поскольку напряжение переменного тока можно повышать или понижать с помощью трансформаторов.
Поскольку все больше и больше агрегатов в самолетах работают от электричества, требования к мощности таковы, что за счет использования переменного тока можно реализовать ряд преимуществ (особенно в самолетах большой транспортной категории). Можно сэкономить место и вес, поскольку устройства переменного тока, особенно двигатели, меньше и проще, чем устройства постоянного тока. В большинстве двигателей переменного тока щетки не требуются, и они требуют меньше обслуживания, чем двигатели постоянного тока. Автоматические выключатели удовлетворительно работают при нагрузках на больших высотах в системе переменного тока, в то время как искрение настолько чрезмерно в системах постоянного тока, что автоматические выключатели необходимо часто заменять. Наконец, большинство самолетов, использующих 24-вольтовую систему постоянного тока, имеют специальное оборудование, для которого требуется определенное количество переменного тока с частотой 400 циклов. Для этих самолетов используется устройство, называемое инвертором, для преобразования постоянного тока в переменный.
Переменный ток постоянно меняет значение и полярность или, как следует из названия, чередуется. На рис. 1 показано графическое сравнение постоянного и переменного тока.
Рисунок 1. Кривые напряжения постоянного и переменного тока Следует также отметить, что цикл переменного тока повторяется через заданные промежутки времени. При переменном токе и напряжение, и ток начинаются с нуля, увеличиваются, достигают пика, затем уменьшаются и меняют полярность. Если изобразить эту концепцию на графике, становится легко увидеть переменную форму волны. Эта форма волны обычно упоминается как синусоида. Значения переменного тока Существуют три значения переменного тока, которые применяются как к напряжению, так и к току. Эти значения помогают определить синусоиду и называются мгновенными, пиковыми и эффективными. Следует отметить, что при обсуждении этих терминов в тексте упоминается напряжение. МгновенноеМгновенное напряжение – это значение в любой момент времени вдоль волны переменного тока. Синусоида представляет ряд этих значений. Мгновенное значение напряжения изменяется от нуля при 0° до максимального при 9°.0°, обратно до нуля при 180°, до максимума в противоположном направлении при 270° и снова до нуля при 360°. Любая точка синусоиды считается мгновенным значением напряжения. Пиковое значение Пиковое значение — это наибольшее мгновенное значение, часто называемое максимальным значением. Наибольшее единичное положительное значение возникает после определенного периода времени, когда синусоида достигает 90°, а наибольшее единичное отрицательное значение возникает, когда волна достигает 270°. Хотя пиковые значения важны для понимания синусоидальной волны переменного тока, авиатехники редко используют пиковые значения. ДействуетДействующие значения напряжения всегда меньше, чем пиковые (максимальные) значения синусоиды и приблизительное значение постоянного напряжения того же значения. Например, цепь переменного тока 24 вольта и 2 ампера должна выделять через резистор столько же тепла, сколько цепь постоянного тока 24 вольта и 2 ампера. Эффективное значение также известно как среднеквадратичное или среднеквадратичное значение, которое относится к математическому процессу, с помощью которого получено значение. Большинство счетчиков переменного тока отображают действующее значение переменного тока. Почти во всех случаях номинальные значения напряжения и тока системы или компонента приводятся в действующих значениях. Другими словами, отраслевые рейтинги основаны на эффективных значениях. Пиковые и мгновенные значения, используемые только в очень ограниченных ситуациях, будут указаны как таковые. При изучении переменного тока любые значения тока или напряжения считаются действующими значениями, если не указано иное. Эффективное значение равно умножению на 0,707 пикового (максимального) значения. И наоборот, пиковое значение в 1,41 раза превышает эффективное значение. Таким образом, значение 110 вольт, указанное для переменного тока, составляет всего 0,707 от пикового напряжения этого источника питания. Максимальное напряжение составляет примерно 155 вольт (110 × 1,41 = максимум 155 вольт). Частота повторения сигнала переменного тока называется частотой переменного тока. Частота обычно измеряется в циклах в секунду (CPS) или герцах (Гц). Один Гц равен одному CPS. Время, необходимое синусоиде для завершения одного цикла, известно как период (P). Период — это значение или период времени, обычно измеряемый в секундах, миллисекундах или микросекундах. Следует отметить, что временной период цикла может меняться от одной системы к другой; всегда говорят, что цикл завершается за 360 ° (относительно 360 ° вращения генератора переменного тока).
|
Но помните, значения относятся к напряжению и току во всех цепях переменного тока.
На практике используются только действующие значения напряжения и тока.
[Рисунок 2]
Следует отметить, что полярность напряжения меняется на обратную для каждого полупериода. Следовательно, во время положительного полупериода поток электронов считается однонаправленным; во время отрицательного полупериода электроны меняют направление и текут по цепи в противоположном направлении.
[Рисунок 3] Период синусоиды обратно пропорционален частоте. То есть чем выше частота, тем короче период. Математическая связь между частотой и периодом задается как:
Когда две волны идут точно в ногу друг с другом, говорят, что они находятся в фазе. Чтобы быть в фазе, два сигнала должны проходить через точки максимума и минимума в одно и то же время и в одном направлении.