В чем разница постоянного тока и переменного тока: Постоянный и переменный ток | Полезные статьи

Зарядка переменным и постоянным током: 7 основных отличий

Поддержка

Зарядка переменным и постоянным током: 7 основных отличий

25 мая 2022 г.

Последнее обновление: 10 авг. 2022 г. • 6 минут чтения

Если у вас есть электромобиль, то рано или поздно вы натолкнетесь на информацию о зарядке переменным (AC) и постоянным током (DC). Возможно, вы уже знакомы с этими понятиями, но не знаете, как они относятся к вашему электромобилю. Эта статья поможет вам понять разницу между зарядными устройствами постоянного и переменного тока. После прочтения этой статьи вы также узнаете, как можно быстрее всего зарядить батарею и какой из методов зарядки лучше всего подойдёт для вашего автомобиля.

Ну что, поехали!

 

1. Местоположение блока преобразования энергии

Для зарядки электромобилей существуют два типа преобразования электроэнергии. Они называются мощностью переменного (AC) или постоянного тока (DC).

Мощность, поступающая из электрической сети, всегда является переменным током (AC). Однако аккумуляторная батарея электромобиля может принимать только постоянный ток (DC). Основное различие между зарядкой переменным и постоянным током заключается в том, где происходит преобразование переменного тока. Его можно преобразовать как снаружи, так и внутри автомобиля.

Зарядные устройства постоянного тока обычно больше, так как преобразователь находится внутри зарядной станции. Это означает, что зарядка аккумулятора происходит быстрее, чем с помощью зарядных устройств переменного тока.

В противоположность этому, если используется зарядка переменным током, процесс преобразования начинается только внутри автомобиля. Электромобили оснащены встроенным преобразователем переменного тока в постоянный, который называется «бортовым зарядным устройством», преобразующим переменный ток в постоянный. После преобразования энергии аккумулятор автомобиля заряжается.

2. Зарядка электромобилей в домашних условиях и в общественных местах

Теоретически зарядное устройство постоянного тока можно установить дома. Однако это не имеет смысла.

• Зарядные устройства постоянного тока значительно дороже зарядных устройств переменного тока.
• Они занимают больше места и требуют более сложных запасных частей для таких процессов как активное охлаждение.
• Требуется подключение к электрической сети с высокой мощностью. 

Кроме того, зарядку постоянным током не рекомендуется использовать постоянно, но об этом мы поговорим чуть позже. Учитывая все эти факты, вы можете сделать вывод, что зарядное устройство переменного тока намного лучше подходит для установки в доме . Зарядные станции постоянного тока в основном расположены вдоль автомагистралей.

 

3. Мобильная зарядка

Только зарядные устройства переменного тока могут быть мобильными. Для этого существуют две основные причины:

• Во-первых, зарядное устройство постоянного тока содержит чрезвычайно тяжелый преобразователь мощности. Это означает, что перевозить его с собой во время поездки невозможно. Поэтому существуют только стационарные модели таких зарядных устройств.
• Во-вторых, для такого зарядного устройства требуется напряжение на входе более 480 вольт. Поэтому, даже если он был бы мобильным, вы, скорее всего, не найдете подходящего источника питания во многих местах. Кроме того, большинство общественных зарядных станций электромобилей обеспечивают зарядку переменным током, в то время как зарядные устройства постоянного тока используются преимущественно на автомагистралях.

 

4. Скорость зарядки

Еще одним важным отличием между зарядкой переменным и постоянным током является скорость зарядки. Как вы уже знаете, внутри зарядного устройства постоянного тока находится преобразователь. Это означает, что энергия, выходящая из зарядной станции постоянного тока, обходит бортовое зарядное устройство автомобиля и поступает непосредственно в аккумуляторную батарею. Этот процесс экономит время, так как преобразователь внутри зарядного устройства намного эффективнее преобразователя внутри электромобиля. Таким образом, зарядка постоянным током может быть в десять или более раз быстрее, чем зарядка переменным током. 

 

5. Переменный ток и постоянный ток: кривая зарядки

Еще одно принципиальное различие между зарядкой переменным и постоянным током заключается в форме кривой зарядки. В случае зарядки переменным током мощность, подаваемая на электромобиль, является простой плоской линией. Это обусловлено малым размером бортового зарядного устройства и, соответственно, его ограниченной мощностью.

В то же время зарядка постоянным током, создает падающую кривую зарядки, поскольку аккумуляторная батарея электромобиля сначала принимает более быстрый поток энергии, но постепенно потребляет меньше энергии, когда она достигает максимальной емкости.

6. Зарядка и состояние аккумулятора

Если перед вами стоит выбор, потратить на зарядку вашего электромобиля 30 минут или 5 часов, ваш выбор будет очевиден. Но это не так просто, даже если не задумываться о разнице в цене между быстрой зарядкой постоянным током (DC) и обычной зарядкой переменным током (AC).

Проблема в том, что непрерывная эксплуатация зарядного устройства постоянного тока может ухудшить характеристики и срок службы аккумуляторной батареи. И это не только страшный миф в мире электромобильности, но и реальное предупреждение, поскольку некоторые производители электромобилей даже вносят его в свои руководства по эксплуатации.

Большинство новых электромобилей поддерживают зарядку постоянным током при мощности 100 кВт и более, но при такой скорости зарядка приводит к чрезмерному нагреву и усиливает так называемый эффект пульсаций – напряжение переменного тока в источнике питания постоянного тока колеблется слишком сильно.

Телематическая компания Geotab провела исследование воздействия зарядных устройств переменного и постоянного тока. После 48 месяцев анализа состояния аккумуляторных батарей электромобилей было обнаружено, что качество батареи автомобилей, которые эксплуатировались в сезонном или жарком климате и заряжались с помощью быстрой зарядки более 3 раз в месяц, ухудшалось на 10 % быстрее, чем у тех, которые никогда не использовали быстродействующие зарядные устройства постоянного тока.

 

7. Цена зарядки переменным током и постоянным током

Одним из существенных отличий между зарядкой переменным и постоянным током является цена. Зарядные устройства переменного тока намного дешевле, чем зарядные устройства постоянного тока. Дело в том, что зарядные устройства постоянного тока дороже. Кроме того, затраты на установку и подключение к сети выше.

Зарядка автомобиля от источника питания постоянного тока позволяет сэкономить вам много времени. Поэтому он идеально подходит для ситуаций, когда вы торопитесь. В таких случаях целесообразно оплачивать более высокую цену за повышенную скорость зарядки. При этом зарядка от сети переменного тока дешевле, но занимает больше времени. Если, например, вы можете заряжать электромобиль рядом с офисом во время работы, нет необходимости в сверхбыстрой зарядке.

Если говорить о цене, зарядка в домашних условиях — самый дешевый вариант. Поэтому покупка собственной зарядной станции — это решение, которое оптимально сэкономит ваши финансовые средства.

Сводные данные

В заключение можно сказать, что оба вида зарядки имеют свои преимущества. Зарядка переменным током, безусловно, более щадящая для состояния батареи вашего автомобиля, а вариант с постоянным током можно использовать для ситуаций, когда вам быстро необходимо зарядить батарею. По нашему опыту, сверхбыстрая зарядка не требуется, так как большинство владельцев электромобилей заряжают свои автомобильные батареи ночью или при парковке рядом с офисом. Поэтому настенный зарядный модуль переменного тока, например go-eCharger HOME+ или HOMEfix, может стать отличным решением. Его можно установить дома или в здании вашей компании, что позволит вашим сотрудникам бесплатно заряжать электромобили.

 

Здесь вы найдете все самое важное о зарядке переменным и постоянным током, а также о разнице между ними. 

Зарядное устройство переменного тока	Зарядное устройство постоянного тока
Преобразование в постоянный ток выполняется внутри электромобиля	Преобразование энергии в постоянный ток выполняется внутри зарядной станции
Типичный вариант для зарядки дома и в общественных местах	Зарядные станции постоянного тока, как правило, расположены вдоль автомагистралей
Кривая зарядки имеет форму прямой линии	Падающая кривая зарядки
Бережное воздействие на аккумулятор электромобиля	Длительная зарядка постоянным током при быстрой зарядке нагревает аккумуляторные батареи электромобилей, что приводит со временем к незначительному ухудшению состояния батареи
Можно приобрести по доступной цене	Высокая стоимость монтажа
Мобильность	Мобильность невозможна
Компактный размер	Обычно больше зарядных устройств переменного тока

---

Ключевые слова

Содержание:

• 1. Местоположение блока преобразования энергии
• 2. Зарядка электромобилей в домашних условиях и в общественных местах
• 3. Мобильная зарядка
• 4. Скорость зарядки
• 5. Переменный ток и постоянный ток: кривая зарядки
• 6. Зарядка и состояние аккумулятора
• 7. Цена зарядки переменным током и постоянным током

Больше новостей

• Сколько времени занимает зарядка электромобиля?
• Установка go-e Charger Gemini flex
• Руководство по Эксплуатации: go-e Charger Gemini и Gemini flex
• Приложение go-e Charger: функции и настройки
• Подключение зарядной станции go-e Charger к мобильному приложению
• Карта RFID для твоей зарядной станции Wallbox

Подписка на новостную рассылку go-e

Оставайся в курсе событий go-e и последних разработок и инновационных решений в области электронной мобильности и зарядных технологий.

Адрес электронной почты Я согласен на сбор и обработку моих персональных данных в соответствии с Политикой конфиденциальности. 

Двигатели переменного тока и постоянного тока: в чем разница?

Электродвигатели — это машины, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическую. Хотя они доступны во многих вариантах, их можно разделить на две основные категории: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока.

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока имеют одинаковую функцию; то есть преобразовывать электрическую энергию в механическую. Однако при выборе двигателя важно знать разницу между двигателями переменного и постоянного тока, поскольку каждый из них имеет разные требования к конструкции, питанию и управлению. В следующей статье обсуждаются различия между двумя типами двигателей, включая основные конструктивные и рабочие характеристики, преимущества и области применения. Купить электрический двигатель можно на сайте https://psnab. ru

Обзор двигателей переменного тока

Как следует из названия, двигатели переменного тока используют переменный ток (AC) для выработки механической энергии. Стандартная конструкция состоит из статора с обмоткой, встроенной по окружности, и свободно вращающейся металлической части (т. е. ротора) в центре.

Когда ток подается на обмотки статора в двигателе переменного тока, создается вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует электрический ток внутри электропроводного ротора и, следовательно, образует второе вращающееся магнитное поле. Взаимодействие между первым магнитным полем и вторым магнитным полем заставляет вращаться ротор.

При выборе электродвигателя переменного тока для применения необходимо учитывать два критических фактора:

• Рабочая скорость (в оборотах в минуту): максимальная скорость, которую может достичь двигатель, рассчитывается по следующей формуле: (60 x частота сети переменного тока в Гц) ÷ количество полюсов двигателя
• Пусковой крутящий момент, создаваемый двигателем при запуске с нулевой скоростью.

Обзор двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока используют постоянный ток (DC) с постоянным напряжением для выработки механической энергии. Двигатели постоянного тока состоят из вращающейся обмотки якоря (т. е. Ротора) и статора возбуждения с обмотками, которые образуют набор неподвижных электромагнитов. Другой ключевой компонент двигателя постоянного тока — это коммутатор, прикрепленный к якорю.

Когда ток течет через двигатель постоянного тока, внутри статора возбуждения и вокруг обмотки якоря создается магнитное поле. Взаимодействие между этими двумя магнитными полями создает электромагнитную силу, которая заставляет якорь вращаться. Коммутатор изменяет направление тока в якорь и тем самым позволяет ему продолжать вращение, пока ток течет через систему.

Двигатели постоянного тока могут использоваться для создания различных уровней скорости и крутящего момента. Регулировка уровней напряжения, подаваемого на якорь, или статического тока возбуждения изменяет выходную скорость.

Преимущества двигателей переменного тока перед двигателями постоянного тока

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока демонстрируют уникальные преимущества, которые делают их пригодными для различных применений. Ниже мы описываем преимущества, предлагаемые обоими типами двигателей.

К преимуществам двигателей переменного тока можно отнести:

• Более низкие требования к пусковой мощности
• Лучший контроль над начальным уровнем тока и ускорением
• Более широкие возможности настройки для различных требований к конфигурации и изменения требований к скорости и крутящему моменту
• Повышенная прочность и долговечность

К преимуществам двигателей постоянного тока можно отнести:

• Более простые требования к установке и обслуживанию
• Более высокая пусковая мощность и крутящий момент
• Более быстрое время отклика на пуск / остановку и ускорение
• Более широкий выбор для различных требований к напряжению

Применение двигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока

Как указано выше, двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока подходят для различных применений.

В промышленном секторе долговечность, гибкость и эффективность двигателей переменного тока делают их идеальными для использования в приложениях для широкого спектра устройств, включая бытовые приборы, компрессоры, конвейеры, вентиляторы и другое оборудование HVAC, насосы и транспортное оборудование. Более быстрое время отклика и более стабильные уровни крутящего момента и скорости, предлагаемые двигателями постоянного тока, делают их хорошо подходящими для использования в производственном и производственном оборудовании, лифтах, пылесосах и подъемно-транспортном оборудовании.

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока играют критически важную роль в производстве электроэнергии в широком спектре промышленных, коммерческих и жилых помещений. Поскольку оба типа двигателей обладают преимуществами и недостатками, важно понимать разницу между ними, чтобы выбрать подходящий для своего предприятия.

Опубликовано Фев 9, 2021

Постоянный и переменный ток Отличия, преимущества и многое другое

 

Существует два вида электричества: Постоянный ток (DC) и Переменный ток (AC) . Электропитание переменного тока обычно относится к бытовому электроснабжению из-за того, что в вашем доме есть все розетки. Питание постоянного тока обычно используется в автомобилях, грузовиках и небольших устройствах, таких как компьютер и планшетный телефон.

 

 

Бытовая сеть переменного тока не может напрямую питать ваши электронные устройства, для этого вам понадобится адаптер. Это квадратное устройство (иногда называемое «Кирпич»), которое находится между розеткой переменного тока вашего дома и вашим устройством. Он потребляет мощность переменного тока и преобразует ее в мощность постоянного тока.

Аналогично, любые аксессуары, которые подключаются к розетке автомобиля, не могут подключаться к сети переменного тока. Опять же, вам понадобится адаптер, который преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока.

Но что, если вы хотите подключить адаптер переменного тока (квадратный адаптер поставляется с вашим ноутбуком. Большинство модемных автомобилей теперь имеют розетки переменного тока (называемые инвертором). Если в вашем автомобиле нет розеток (бытовые порты питания переменного тока) , то вам понадобится инвертор вторичного рынка.

Здесь все усложняется и, на мой взгляд, расточительно. Инверторы обычно имеют штекер прикуривателя, который подключается к порту сигареты вашего автомобиля, а затем преобразуется в питание переменного тока. d подключите к нему свой «кирпич», и он снова преобразуется в постоянный ток. Вы эффективно преобразовываете постоянный ток (автомобиль) в переменный (бытовой) и обратно в постоянный (небольшое устройство). Мы рассмотрели подробности в нашем соответствующем блоге https://mikegyver.com/why-inverters-are-a-waste-of-energy/

Наша цель со всеми нашими устройствами — устранить эти потери, вернуть энергию в ваши руки и повысить производительность.

Короче говоря, все, что подключается к дому, питается от сети переменного тока. Обычно адаптеры имеют штыри и подключаются к стене вашего дома. Все, что подключается к вашей машине, питается от постоянного тока, как правило, с круглым наконечником, который немного больше размера вашего большого пальца, и подключается к порту для сигарет (или порту питания автомобиля).

Узнайте больше об отличиях ниже!

Ток — это поток носителей электрического заряда, таких как электроны. Его символ — «I» , а его стандартная единица — «ампер» , что обозначается «A».

 

 

В постоянном токе (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Это линейный электрический ток, который движется прямолинейно. В то время как переменный ток (AC), электрический заряд течет периодически меняет направление.

 

Где мы находим переменный и постоянный ток?

Одним из лучших примеров использования переменного тока является электрическая розетка. Если вы видите электрические розетки дома или в офисе, это хороший пример. Однако примерами постоянного тока являются батареи, солнечные элементы и т. д.

 

Какие электронные устройства работают от переменного и постоянного тока?

В основном электроприборы, такие как вентиляторы, лампочки, холодильники, стиральные машины, микроволновые печи и т. д., работают от сети переменного тока. В округе Колумбия есть много гаджетов/устройств, которые также работают или используются от этого типа тока, например, ноутбуки, мобильные телефоны, пульты от телевизоров, часы, игрушки, цифровые камеры и т. д.

 

 

Преимущества и недостатки постоянного тока (DC) и переменного тока (AC).

 

Вот некоторые из преимуществ переменного тока.

1. Это дешевле, чем DC.
2. Переменный ток можно легко преобразовать в постоянный с помощью выпрямителя (электрического устройства, преобразующего переменный ток в постоянный).
3. Изменение переменного тока легко с помощью трансформаторов.
4. Во время передачи потеря энергии для переменного тока незначительна.

 

Вот некоторые недостатки переменного тока.

1. Переменный ток опасен для работы при высоком напряжении.
2. Может быть опасен для любого, кто к нему прикоснется.

 

Вот некоторые из преимуществ постоянного тока.

1. Постоянный ток совместим с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная, ветровая и гидроэнергетика.
2. Большинство стран и новые технологии поддерживают чистую, локальную, распределенную генерацию электроэнергии постоянного тока.

 

Вот некоторые из недостатков DC.

1. Нельзя повышать уровень постоянного напряжения при высоковольтной передаче, так как трансформатор не будет работать на постоянном токе.
2. Постоянный ток дороже переменного.
3. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния по проводам часть электроэнергии будет теряться и растрачиваться в виде тепла.

 

 

 

Что лучше между постоянным током (DC) и переменным током (AC)?

Если вы видите роли DC и AC, обе они важны. Таким образом, переменный ток ничем не лучше постоянного и наоборот. Приборы дома, в офисе и везде очень важны, которые работают от сети переменного тока. Однако есть устройства, работающие от постоянного тока, которые очень важны в чрезвычайных ситуациях, такие как фонарики, часы, радиоприемники, телефоны, ноутбуки и некоторое медицинское оборудование.

 

 

Тест:

Чем вы предпочитаете шокироваться? 100 вольт постоянного тока или 100 вольт переменного тока?

Комментарий ниже!

☎ Для получения дополнительной информации и запросов:

🌐 Веб -сайт: w Ww.mikegyver.com
📕 Блог: www.mikegyver.com/blog
✉ Электронная почта: [электронное письмо ▶️ YouTube: h ttps://www.youtube. com/channel/UC0QlBR1c1pjEI3O_kcKfb8w

 

Источник изображений: www.google.com

20,5 Current Variable Current vs Direct – College Physics

Резюме

• Объясните различия и сходства между переменным и постоянным током.
• Рассчитать среднеквадратичное значение напряжения, тока и средней мощности.
• Объясните, почему переменный ток используется для передачи энергии.

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление.

Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рисунок 1. (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени, как только ток установится. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются. Рисунок 2. Разность потенциалов

В между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для В определяется как В = В ₀ sin 2πft .

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

.

[латекс]\boldsymbol{V = V_0 \;\textbf{sin} \; 2 \pi ft},[/латекс]

, где [latex]\boldsymbol{V}[/latex] — это напряжение в момент времени, [latex]\boldsymbol{t}[/latex], [latex]\boldsymbol{V_0}[/latex] — пиковое напряжение, а [латекс]\boldsymbol{f}[/латекс] — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления [латекс]\boldsymbol{I = V/R}[/латекс], поэтому переменный ток равен

[латекс]\boldsymbol{I = I_0 \;\textbf{sin} \; 2 \pi ft},[/латекс]

, где [latex]\boldsymbol{I}[/latex] — текущий момент времени [latex]\boldsymbol{t}[/latex], а [latex]\boldsymbol{I_0 = V_0/R}[/latex] — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рисунке 1(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как и управляющее напряжение, поскольку [latex]\boldsymbol{I = V/R}[/latex].

2 \; 2 \pi ft}[/latex], как показано на рис. 3.

Налаживание связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

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

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

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке 3, средняя мощность [latex]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}}}[/latex] равна

.

[латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}} =}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{2}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{I_0 V_0}. [/латекс]

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии [latex]\boldsymbol{(1/2)I_0V_0}[/latex] равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратический ток [latex]\boldsymbol{I _{\textbf{rms}}}[/latex] и среднее или среднеквадратичное напряжение [latex]\boldsymbol{V _{\textbf{rms}}}[/ латекс] будет, соответственно,

[латекс]\boldsymbol{I_{\textbf{rms}} =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{I_0}{\sqrt{2}}}[/латекс]

и

[латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{rms}} =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V_0}{\sqrt{2}}} .[/латекс]

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

[латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {ср. }} = I _ {\ textbf {rms}} V _ {\ textbf {rms}}}, [/ латекс]

что дает

[латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}} =}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{I_0}{2} \cdot \frac{V_0}{2}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{2}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{I_0 V_0},[/латекс]

, как указано выше. Стандартной практикой является цитирование [латекс]\boldsymbol{I_{\textbf{rms}}}[/latex], [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{rms}}}[/латекс] и [латекс] \boldsymbol{P_{\textbf{ave}}}[/latex], а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей используется переменное напряжение 120 В, а это означает, что [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] равно 120 В. ]\boldsymbol{I_{\textbf{rms}}}[/latex] более 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}}=1,0 \;\textbf{ кВт}}[/latex] и так далее. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.

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

[латекс]\boldsymbol{I _{\textbf{rms}} =}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{V{\textbf{rms}}}{R}}.[/latex]

Различные выражения для мощности переменного тока [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}}}[/латекс] равны

[латекс] \boldsymbol {P _ {\ textbf {ср.}} = I _ {\ textbf {rms}} V _ {\ textbf {rms}},} [/ латекс] 92 р} .[/латекс]

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность, потребляемая лампочкой переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{rms}}}[/латекс] составляет 120 В и [латекс]\жирный символ{P_{\textbf{аве}}}[ /latex] составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать [latex]\boldsymbol{V_{\textbf{rms}} = \frac{V_0}{\sqrt{2}}}[/latex], чтобы найти пиковое напряжение, и мы может манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{rms}} = \frac{V_0}{\sqrt{2}}}[/latex] для пикового напряжения [latex]\boldsymbol{V_0}[/latex] и подстановка известного значения для [latex]\boldsymbol{V _{\textbf{rms}}}[/latex] дает

[latex]\boldsymbol{V_0 = \sqrt {2} V_{\textbf{rms}} = 1,414(120 \;\textbf{V}) = 170 \;\textbf{V}.}[/latex]

Обсуждение для (a)

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

Решение для (b)

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

[латекс]\boldsymbol{P_0 = I_0 V_0 = 2 \; (}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{2}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{I_0 V_0 ) = 2P _{\textbf{ave}}. }[/latex]

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

[латекс]\boldsymbol{P_0 = 2(60,0 \;\textbf{Вт}) = 120 \;\textbf{Вт}.}[/latex]

Обсуждение

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

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

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

Пример 2: потери мощности меньше для высоковольтной передачи

(a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 200 кВ? (b) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление [латекс]\boldsymbol{1,00 \;\Омега}[/латекс]? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

Стратегия

Нам дано [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}} = 100 \;\textbf{MW}}[/latex], [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{ rms}} = 200 \;\textbf{кВ}}[/latex], а сопротивление линий [latex]\boldsymbol{R = 1,00 \;\Omega}[/latex]. 2R}[/ латекс]), и мы берем отношение к общей передаваемой мощности. 92 (1,00 \;\Omega) = 250 \;\textbf{кВт}}.[/latex]

Решение

Потери в процентах представляют собой отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100. :

[латекс]\boldsymbol{\% \;\textbf{потеря} =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{250 \;\textbf{кВт}}{100 \;\textbf{МВт }}}[/latex] [latex]\boldsymbol{\times 100= 0,250 \%}.[/latex]

Обсуждение

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

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

PhET Исследования: Генератор

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

Рис. 5. Генератор

• Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического тока только в одном направлении. Это относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
• Источник напряжения системы переменного тока (AC) выдает [latex]\boldsymbol{V = V_0 \;\textbf{sin} \; 2 \pi ft}[/latex], где [latex]\boldsymbol{V}[/latex] — напряжение в момент времени [latex]\boldsymbol{t}[/latex], [latex]\boldsymbol{V_0}[ /latex] — пиковое напряжение, а [latex]\boldsymbol{f}[/latex] — частота в герцах.
• В простой цепи [латекс]\boldsymbol{I = V/R}[/латекс] и переменный ток равен [латекс]\boldsymbol{I = I_0 \;\textbf{sin} \;2 \pi ft}[ /latex], где [latex]\boldsymbol{I}[/latex] — текущий момент времени [latex]\boldsymbol{t}[/latex], а [latex]\boldsymbol{I_0 = V_0/R}[/ латекс] – пиковый ток.
• Средняя мощность переменного тока составляет [латекс]\boldsymbol{P_{\textbf{ave}} = \frac{1}{2}I_0 V_0}[/latex].
• Средний (среднеквадратический) ток [латекс]\boldsymbol{I_{\textbf{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] и среднее (среднеквадратичное значение) напряжение [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{среднеквадратичное значение}}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{I _{\textbf{rms}} = \frac{I_0}{\sqrt{2}}}[/latex] и [латекс]\boldsymbol{V _{\textbf{rms}} = \ frac{V_0}{\sqrt{2}}}[/latex], где rms означает среднеквадратичное значение. 92 R }[/latex], аналогично выражениям для цепей постоянного тока.

Упражнения с задачами

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

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

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

4: Военные самолеты используют переменный ток с частотой 400 Гц, потому что на этой более высокой частоте можно проектировать более легкое оборудование. Каково время одного полного цикла этой мощности?

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

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце о потерях мощности для Примера 2. (a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи [latex]\boldsymbol{1.00 – \;\Omega}[/latex]. (c) Какой процент потерь это представляет?

7: Небольшой кондиционер офисного здания работает от сети переменного тока 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость работы кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней и стоит электричество [latex]\boldsymbol{9,00 \;\textbf{cents/kW} \cdot \ ;\textbf{ч}}[/латекс]?

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

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

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

11:2}[/latex], нужен, если рабочая температура 500º C? в) Какую мощность он потребляет при первом включении?

12: Найдите время после [latex]\boldsymbol{t = 0}[/latex], когда мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц впервые достигает следующих значений: (a) [latex]\boldsymbol{V_0/ 2}[/latex] (b) [latex]\boldsymbol{V_0}[/latex] (c) 0.