Меню

Преимущество переменного тока по сравнению с цепями постоянного тока



Преимущества переменного тока

Сегодня подавляющее большинство потребителей использует для своих нужд именно переменный ток. Прежде всего, это связано с возможностью централизованного производства такого вида электроэнергии с последующей передачей ее на значительные расстояния. Использование переменного тока позволяет с помощью такого эффективного инструмента, как трансформатор, широко варьировать напряжением на отдельных участках цепи.

Как известно, мощность (которая в данном случае является прямыми потерями), выделяемая при нагревании проводника за счет прохождения через него электрического тока, обратно пропорциональна квадрату напряжения. Таким образом, увеличив напряжение в передающей электросети, например, в десять раз, можно сократить потери в 100!

Конечно, в этом случае потребуется дополнительная электроизоляция (в виде целых гирлянд керамических или стеклянных изоляторов на опорах ЛЭП), но это позволяет существенно снизить сечение проводников, что является гораздо более эффективным с экономической точки зрения конструктивным решением. Современные линии электропередач рассчитаны на работу при напряжениях от 110 до 750 кВольт.

Несомненным преимуществом использования переменного тока является также и более простая конструкция генераторов – главных источников преобразования различных видов энергии (и прежде всего механической) в электрическую. Они, как и электродвигатели аналогичного типа, более надежны в работе, проще в обслуживании и имеют более низкую себестоимость при изготовлении.

Кроме того, очень широко используется трехфазное переменное напряжение, позволяющее не только более экономно производить транспортировку электроэнергии, но и применять очень простые и надежные асинхронные двигатели. В последних за счет смещения фаз создается постоянно вращающее магнитное поле, позволяющее по максимуму упростить конструкцию.

Еще одним достоинством переменного тока является его относительно легкая возможность преобразования, при необходимости, в постоянный. Для этого используются хорошо зарекомендовавшие себя выпрямители различных типов.

Источник

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

В современном мире каждый человек с детства сталкивается с электричеством. Первые упоминания об этом природном явлении относятся к временам философов Аристотеля и Фалеса, которые были заинтригованы удивительными и загадочными свойствами электрического тока. Но лишь в 17 веке великие ученые умы начали череду открытий, касающихся электрической энергии, продолжающихся по сей день.

Открытие электрического тока и создание Майклом Фарадеем в 1831 г. первого в мире генератора кардинально изменило жизнь человека. Мы привыкли, что нашу жизнь облегчают приборы, работающие с использованием электрической энергии, но до сих пор у большинства людей нет понимания этого важного явления. Для начала, чтобы понять основные принципы электричества, необходимо изучить два основных определения: электрический ток и напряжение.

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

  • сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
  • мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
  • частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Читайте также:  Презентация 5 класс родной язык образность русской речи сравнение метафора олицетворение

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

Источники электрического тока

Источником электрического тока обычно называется прибор или устройство, с помощью которого в цепи можно создать электрический ток. Такие устройства могут создавать как переменный ток, так и постоянный. По способу создания электрического тока они подразделяются на механические, световые, тепловые и химические.

Механические источники электрического тока преобразуют механическую энергию в электрическую. Таким оборудованием являются различного рода генераторы, которые за счет вращения электромагнита вокруг катушки асинхронных двигателей вырабатывают переменный электрический ток.

Световые источники преобразуют энергию фотонов (энергию света) в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников при воздействии на них светового потока выдавать напряжение. К такому оборудованию можно отнести солнечные батареи.

Тепловые – преобразуют энергию тепла в электричество за счет разности температур двух пар контактирующих полупроводников – термопар. Величина тока в таких устройствах напрямую связана с разностью температур: чем больше разница – тем больше сила тока. Такие источники применяются, например, в геотермальных электростанциях.

Химический источник тока производит электричество в результате химических реакций. Например, к таким устройствам можно отнести различного рода гальванические батареи и аккумуляторы. Источники тока на основе гальванических элементов обычно применяются в автономных устройствах, автомобилях, технике и являются источниками постоянного тока.

Преобразование переменного тока в постоянный

Электрические устройства в мире используют постоянный и переменный ток. Поэтому возникает потребность в том, чтобы преобразовывать один ток в другой или наоборот.

Из переменного тока можно получить постоянный ток с помощью диодного моста или, как его еще называют, «выпрямителя». Основной частью выпрямителя является полупроводниковый диод, который проводит электрический ток только в одном направлении. После этого диода ток не изменяет своего направления, но появляются пульсации, которые устраняют при помощи конденсаторов и других фильтров. Выпрямители бывают в механическом, электровакуумном или полупроводниковом исполнении.

В зависимости от качества изготовления такого устройства, пульсации тока на выходе будут иметь разное значение, как правило, чем дороже и качественнее сделан прибор – тем меньше пульсаций и чище ток. Примером таких устройств являются блоки питания различных приборов и зарядные устройства, выпрямители электросиловых установок в различных видах транспорта, сварочные аппараты постоянного тока и другие.

Для того, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный используются инверторы. Такие приборы генерируют переменное напряжение с синусоидой. Существует несколько видов таких аппаратов: инверторы с электродвигателями, релейные и электронные. Все они отличаются друг от друга по качеству выдаваемого переменного тока, стоимости и размерам. В качестве примера такого устройства можно привести блоки бесперебойного питания, инверторы в автомобилях или, например, в солнечных электростанциях.

Где используется и в чём преимущества переменного и постоянного тока

Для выполнения различных задач может потребоваться использование как переменного тока, так и постоянного. У каждого вида тока есть свои недостатки и достоинства.

Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость передачи тока на большие расстояния. Такой ток передавать целесообразнее с точки зрения возможных потерь и стоимости оборудования. Именно поэтому в большинстве электроприборов и механизмов используется только этот вид тока.

Жилые дома и предприятия, инфраструктурные и транспортные объекты находятся на расстоянии от электростанций, поэтому все электрические сети — переменного тока. Такие сети питают все бытовые приборы, аппаратуру на производствах, локомотивы поездов. Приборов, работающих на переменном токе невероятное количество и намного проще описать те устройства, в которых используется постоянный ток.

Постоянный ток используется в автономных системах, таких, например, как бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов. Он широко используется в питании микросхем различной электроники, в средствах связи и прочей технике, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций или исключить их полностью. В ряде случае, такой ток используется в электросварочных работах с помощью инверторов. Существуют даже железнодорожные локомотивы, которые работают от систем постоянного тока. В медицине такой ток используется для введения лекарств в организм с помощью электрофореза, а в научных целях для разделения различных веществ (электрофорез белков и прочее).

Обозначения на электроприборах и схемах

Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.

Читайте также:  Расчеты сравнения одного года с другим

Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.

На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

Что такое активная и реактивная мощность переменного электрического тока?

Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Как условно обозначаются элементы на электрических схемах?

Что такое варистор, основные технические параметры, для чего используется

Источник

Переменный или постоянный ток. Какой лучше и в чем разница.

На самом деле вопрос поставлен некорректно. Что значит лучше, оба явления имеют место быть и используются для разных целей и задач. Но предлагаю по порядку.

1 У них разная природа происхождения.

Переменный ток, генерируется из механического движения (как правило это вращение) и взаимодействия электромагнитных полей, процесс до конца не изучен(вообще тема электричества имеет много вопросов), но технологически освоен глубоко. Таким образом генерация тока происходит по синусоиде.

Слева на картинке механическое вращение,а справа показатель высоты точки от уровния «0» .Другим путем получить чистую синусоиду, весьма сложно. На будущее отмечу, что как правило происходит генерация трех синусоид одновременно (трёхфазное напряжение), но нам пока рано это глубоко рассматривать.

Постоянный ток, получается несколькими способами:

Электрохимия (батарейки, аккумуляторы),

Термоэлектрический эффект (термопара, эффект Пельтье )

Фотоэффект (ток в полупроводниках под действием солнечного света)

И, конечно, же, самый распространенный — преобразование из переменного.

2. Переменный ток и постоянный, имеют разные характеристики при передаче на большое расстояние.

Самое главное, переменный ток легко трансформируется от одного значения в другое с помощью трансформатора. Постоянный тоже можно трансформировать, но этот процесс на много сложнее.

Читайте также:  Visual studio сравнение кода

3 В цепях управления, они используются совместно и выполняют разные задачи одновременно. В тоже время цифровая электроника работает на цепях постоянного тока и напряжения, но постоянно переключается по состояниям в итоге понятие «постоянный ток» можно назвать условным. Это уже отдельная тема.

Итог: мы рассмотрели несколько основных деталей по которым есть отличие одного вида тока от другого. И потому рекомендовал бы сперва понимать простые цепи на постоянном источнике питания, а потом уже разбираться с переменными токами и напряжениями.

Хочу отметить, что мои публикации не претендуют на звание научных, а носят исключительно информативный характер с целью привлечения интереса большинства к таким разделам как электроника, схемотехника, программирование, робототехника и т.д. Поэтому есть пожелание получать периодически от Вас обратную связь в виде ответов на форму

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Сравнение способов передачи энергии с помощью постоянного и переменного тока

Какие существуют виды передачи энергии по проводам

Электрическая энергия может передаваться как с помощью систем постоянного тока, так и с помощью систем переменного тока. Но есть некоторые преимущества и недостатки обеих систем.

Поэтому в данном материале мы обсудим технические преимущества и недостатки как систем переменного тока, так и систем постоянного тока.

Передача энергии постоянного тока

Некоторое время назад передача электроэнергии осуществлялась постоянным током из-за следующих преимуществ.

  1. При передаче постоянного тока используются два провода, а для передачи переменного тока, как правило, требуются три проводника.
  2. В передаче постоянного тока нет индуктивности и скачков (волны высокого напряжения в течение очень короткого времени).
  3. Из-за отсутствия индуктивности происходит очень низкое падение напряжения в линиях передачи постоянного тока по сравнению с переменным током (если нагрузка и конечное передаваемое напряжение передачи).
  4. Система постоянного тока имеет меньший потенциал напряжения в системе переменного тока для такого же уровня напряжения. Поэтому линия постоянного тока требует меньшей изоляции.
  5. Для DC-систем требуется проводник небольшой площади поперечного сечения.
  6. В системе постоянного тока нет помех относительно систем связи.
  7. В высоковольтных линиях постоянного тока DC отсутствуют диэлектрические потери.
  8. В системе передачи постоянного тока нет проблем с синхронизацией и стабильностью.
  9. В системе постоянного тока диапазон регулирования скорости больше, чем в системе переменного тока.
  10. В системе питания постоянного тока потери в оболочке подземных кабелей низки.
  11. Система постоянного тока больше подходит для высокомощной передачи за счет высокого значения тока.

Но есть и недостатки систем постоянного тока.

  1. Из-за коммутационных проблем электрическая энергия не может производиться при высоком постоянном напряжении.
  2. Для передачи высокого напряжения мы не можем изменять уровень напряжения постоянного тока (поскольку трансформатор не может работать на постоянном токе).
  3. Существует предел DC-переключателей и автоматических выключателей (к тому же они дорогостоящие).
  4. Мотор-генераторный агрегат используется для снижения уровня напряжения постоянного тока, а КПД мотор-генератора ниже, чем трансформатора.
  5. Уровень напряжения постоянного тока не может быть легко изменен. Таким образом, мы не можем получить желаемое напряжение для электрических и электронных приборов (например, 5 вольт, 9 вольт 15 вольт, 20 и 22 вольта и т. д.) непосредственно из системы передачи.

Передача энергии переменного тока

Из-за перечисленных выше недостатков систем постоянного тока на сегодняшний день распространена передача энергии посредством переменного тока, которая имеет приведенные ниже преимущества.

  1. Позволяет передавать энергию дальше, если затраты на оборудование подстанций схожи.
  2. Уровень напряжения переменного тока может быть легко увеличен или уменьшен благодаря повышающим напряжение и понижающим трансформаторам.
  3. Автоматические выключатели переменного тока дешевле, чем автоматические выключатели постоянного тока.
  4. Ремонт и обслуживание подстанций переменного тока легче и дешевле, чем подстанций постоянного тока.

Впрочем, есть и недостатки таких систем.

  1. В линии переменного тока размер проводника больше, чем в линии постоянного тока.
  2. Потери в системе переменного тока больше.
  3. В линиях переменного тока имеется емкость, поэтому наблюдается постоянная потеря мощности при отсутствии нагрузки на линии или при разрыве линии.
  4. Требуется дополнительная изоляция в системе переменного тока.
  5. Наблюдается влияние систем связи.

Вследствие «войны токов» победила в конечном счете сторона, продвигавшая идеи передачи энергии за счет переменного тока. Впрочем, некоторые недостатки систем постоянного тока устраняет современная электроника. Так, в настоящее время можно повысить или понизить уровень напряжения постоянного тока с помощью чоперов и бустеров. Также в некоторой степени устранены проблемы коммутации, и для этой цели мы можем использовать выпрямительные блоки. Сегодня системы постоянного тока также находят использование, но в основном в локальных областях для передачи энергии от альтернативных источников (солнечных и ветряных электростанций).

Источник