Какой ток ac: Что означает AC и DC на панели мультиметра?

КАК: Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC): что нужно знать

Электричество делится на два типа тока: чередующиеся и прямые. Переменный ток чередует свою полярность много раз в секунду, а постоянный ток остается постоянным и неизменным.

Электричество, которое поступает из вашей стены, является переменным током, а электричество от батареи — постоянным током. Но это не просто устройства с батарейным питанием, которые используют постоянный ток: почти все электронные устройства преобразуют AC из вашей стены в постоянный ток с помощью устройства, называемого выпрямителем.

Постоянство постоянного тока имеет важное значение для запуска таких устройств, как компьютеры, которые требуют постоянного состояния для сравнения цифровых и нулей, которые заставляют систему работать.

Что такое электричество, во всяком случае?

Электричество — это поток электронов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Электроны сталкиваются друг с другом в длинной цепи, что приводит к общему движению электронов по проводам. Это движение электронов через проводник создает электричество, а также магнитное поле. Эта электрическая энергия питает все в вашей жизни с помощью вилки или переключателя «on».

Электричество имеет три основных компонента, которые говорят нам, насколько мощный ток. Этими тремя атрибутами являются напряжение, ток и сопротивление. Напряжение говорит нам, насколько мощный электрический поток, ток говорит нам, как быстро течет электричество, а сопротивление говорит нам, как трудно для электронов течь вдоль нашего проводника. Это обобщенное определение недостаточно точно для учебника, но оно достаточно полно для целей этой статьи.

Разница между AC и DC

Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) имеют напряжение, ток и сопротивление. Это то, как течет поток, который делает разницу.

Переменный ток быстро течет вперед и назад, изменяя полярность между 50 и 60 раз в секунду. Это сразу же сталкивается с интуитивным пониманием: если электроны вступают, а затем снова возвращаются, как они могут что-либо использовать?

Однако не накопление электронов создает энергию. Электроны не имеют назначения, которые им нужно достичь, прежде чем будет создана сила. Это движение самих электронов, которые создают электрическую энергию. Так же, как вода, протекающая через трубу, создает силу независимо от направления, электроны, текущие через провод, создают электричество.

DC, с другой стороны, не чередуется вообще. В идеальных условиях это постоянный ток без изменения напряжения с течением времени. В то время как DC, преобразованный из переменного тока с выпрямителем, часто является приближением к этой устойчивой линии, он определенно не переворачивается, как AC. Если мы визуализируем DC как поток воды, он создает постоянную скорость движения только в одном направлении.

Что такое AC и DC?

Благодаря различной природе AC и DC имеют разные применения.

Большинство электрических двигателей в мире работают от переменного тока. В этих двигателях быстрое переключение тока тока используется для быстрого переключения полярности магнита вперед и назад. Это быстрое изменение полярности заставляет проволоку внутри магнитов вращаться, создавая вращающуюся силу, которая питает двигатель.

AC также используется для передачи энергии. Напряжение AC сравнительно легко изменяется, что делает его лучшим выбором для передачи на большие расстояния, чем постоянный ток. AC можно посылать при огромных напряжениях через провода, что приводит к очень небольшим потерям на пути к клиенту.

По прибытии напряжение резко снижается с примерно 765 000 вольт до более управляемых 110-220 вольт и отправляется в ваш дом. Прямой ток не может обеспечить таких резких трансформаций напряжения без значительных потерь мощности.

Прямой ток обычно используется для питания более мелких и более деликатных устройств. Вся бытовая электроника, от вашего планшета до ПК, работает от постоянного тока, как и все, что питается от батареи.

Эти устройства не только выигрывают от DC: они просто не могут функционировать на AC. Устройствам, работающим на 1s и 0s (например, компьютерах), требуется твердотельный уровень напряжения, чтобы отличать высокий сигнал, представляющий один, и низкий сигнал, который представляет собой нуль. При постоянном перевернутом токе AC электронные устройства не имеют устойчивого состояния для сравнения. Без стабильного тока эти устройства не смогут работать. Поскольку переменный ток постоянно меняется, он просто не может обеспечить стабильный уровень сравнения для электроники.

Мощность переменного и постоянного тока широко используется в устройствах разных типов: от холодильников до компьютеров. Некоторые устройства могут использовать оба устройства, используя AC для питания двигателя и постоянного тока для питания сенсорного экрана. Один не лучше, чем другой, но просто другой.

Сварочный ток и полярность. ACϟDС – ООО «ЦСК»

Главная|Энциклопедия сварки|С|Сварочный ток и полярность. ACϟDС

Сварка – это ручной труд, но сварщики должны обладать достаточным количеством технических знаний, даже если в школе физика для них была чем-то сверхъестественным. 

Одним из обязательных понятий, которые необходимо знать, является «сварочный ток». Сварщик должен хорошо понимать, что такое полярность и какое влияние она оказывает на процесс сварки.

На сварочных аппаратах и электродах можно заметить обозначения AC или DC, которые описывают полярность тока. Почему электрические токи и полярность возникают во время сварки? Давайте рассмотрим эти понятия внимательно.

Что такое полярность?

Электрическая цепь, возникающая при включении сварочного аппарата, имеет отрицательный и положительный полюс – это свойство называется полярностью. Полярность имеет большое значение при сварке, потому что выбор правильной полярности влияет на прочность и качество сварного шва. Использование неправильной полярности может привести к большому количеству брызг, плохому проплавлению и потере контроля сварочной дуги.

Что такое переменный (AC) и постоянный (DC) ток?

AC от англ. «alternating current» обозначает переменный ток, а DC «direct current» – постоянный ток.

Первый чередует направление тока, а последний течет только в одном направлении.

Поэтому сварочные машины и электроды с маркировкой DC имеют постоянную полярность, тогда как маркированные AC изменяют полярность 120 раз в секунду с частотой тока 60 герц.

Чем переменный и постоянный ток различаются при сварке?

Сварка при постоянном токе (DC) создает более плавные и более устойчивые дуги, образуется меньше брызг. Легче производится сварка в вертикальном и верхнем положениях.

Тем не менее, переменный ток (AC) может быть предпочтительным выбором начинающих сварщиков, поскольку часто используется в недорогих сварочных аппаратах начального уровня. AC также распространен в судостроительной сварке или в любых условиях, где дуга может плавать из стороны в сторону.

Что такое прямая и обратная полярность постоянного тока (DC)?

Процесс сварки будет различаться не только в зависимости от направления, но и от полярности тока: положительной (+) или отрицательной (–).

Положительная полярность постоянного тока (DC+) обеспечивает высокий уровень проплавления, в то время как отрицательная полярность постоянного тока (DC–) даст меньшее проплавление, но более высокую скорость осаждения (например, на тонком листовом металле). Различные защитные газы могут дополнительно влиять на процесс сварки.

Так как переменный ток (AC) наполовину положительный и наполовину отрицательный, его сварочные свойства находятся прямо в середине положительной и отрицательной полярности постоянного тока (DC). Некоторые сварщики выбирают переменный ток (AC), если они хотят избежать глубокого проплавления. Например, при ремонтных работах на ржавых металлах.

Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Понимание направления и полярности сварочного тока важно для правильного выполнения сварочных работ. Знание того, как эти факторы влияют на ваш сварной шов, облегчит вашу работу.

Источник: www.weldingschool.com

Сварочные материалы и оборудование Вы можете приобрести на нашем сайте — сварочные электроды и сварочное оборудование.

Звоните нам по телефону: +7 (343) 266-44-33 или отправляйте заявку на e-mail: [email protected].

Ac dc расшифровка. Обозначение постоянного и переменного электрического тока

Рано или поздно каждый человек вынужден столкнуться с ситуацией, когда необходимо познакомиться с электричеством ближе, чем на уроках физики в школе. Отправным моментом для этого может стать как поломка электроприборов
или розеток, так и просто искренний интерес к электронике со стороны человека. Один из основных вопросов, который необходимо рассмотреть: каким образом обозначены постоянный и переменный ток. Если вы знакомы с понятиями:электрический ток, напряжение и сила тока, вам будет проще понять
, о чём идёт речь в этой статье.

Электрическое напряжение делят на два вида:

1. постоянное (dc)
2. переменное (ас)

Обозначение постоянного тока (-), у переменного тока обозначение (~). Аббревиатуры ac и dc устоявшиеся, и употребляются наравне с названиями «постоянный» и «переменный». Теперь рассмотрим в чём их отличие. Дело в том, что постоянное напряжение течёт только в одном направлении, из чего и вытекает его название. А переменное, как вы уже поняли, может менять своё направление. В частных случаях направление переменного может оставаться одним и тем же. Но, кроме направления, у него также может меняться и величина. В постоянном ни величина, ни направление, не изменяется. Мгновенным значением переменного тока
называют его величину, которая берётся в данный момент времени.

В Европе и России принята частота в 50 Гц, то есть изменяет своё направление 50 раз в секунду, в то время, как в США, частота равна 60 Гц. Поэтому техника, приобретённая в Соединённых штатах и в других государствах, с отличающейся частотой может сгореть. Поэтому при выборе техники и электроприборов следует внимательно смотреть на то, чтобы частота была 50 Гц. Чем больше частота у тока, тем больше его сопротивление. Также можно заметить, что в розетках у нас дома течёт именно переменный.

Помимо этого, у переменного электрического тока существует деление ещё на два вида:

• однофазный
• трёхфазный

Для однофазного необходим проводник, который будет проводить напряжение, и обратный проводник. А если рассматривать генератор трёхфазного тока, у него, на всех трёх намотках вырабатывается переменное напряжение частотой в 50 Гц. Трёхфазная система — это не что иное, как три однофазных электрических цепи, сдвинутых по фазе относительно друг друга под углом в 120 градусов. Посредством его использования, можно одновременно обеспечивать энергией
три независимые сети, пользуясь при этом только шестью проводами, которые нужны для всех проводников: прямых и обратных, чтобы проводить напряжение.

А если у вас, например, имеется только 4 провода, то и тут проблем не возникнет. Вам нужно будет только соединить обратные проводники. Объединив их, вы получите проводник, который называют нейтральным. Обычно его заземляют. А оставшиеся внешние проводники кратко обозначают как L1, L2 и L3.

Но существует и двухфазный, он представляет из себя комплекс двух однофазных токов, в которых также присутствуют прямой проводник для проведения напряжения и обратный, они сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90 градусов.

Применение

Из-за того что постоянный течёт лишь в одну сторону, его использование обычно ограничивается носителями с небольшой энергоёмкостью, например, его можно встретить в обычных батарейках, аккумуляторах для электроприборов с маленьким энергопотреблением, такие как фонарики или телефоны и батареях, использующих солнечную энергию. Но постоянный источник необходим не только для зарядки небольших аккумуляторов, так постоянный ток большой мощности используется для работы электрифицированных железнодорожных путей, при электролизе алюминия или при дуговой электросварке, а также других промышленных процессов
.

Для выработки постоянного тока такой силы используют специальные генераторы. Также его можно получить посредству преобразования переменного, для этого используется прибор, в котором применяют электронную лампу, его называют кенотронный выпрямитель, а сам процесс обозначается как выпрямление. Ещё для этого используется двухполупериодный выпрямитель. В нём, в отличие от простого лампового выпрямителя, находятся электронные лампы, которые имеют два анода — двуханодные кенотроны.

Если вы не знаете как определять то, с какого полюса течёт постоянный ток, запоминайте: он всегда течёт от знака «+» к знаку «-«. Первыми источниками постоянного тока были особые химические элементы, их называют гальванические. Уже позже люди изобрели аккумуляторы
.

Переменный применяют почти везде
, в быту, для работы домашних электроприборов подпитывающихся из домашней розетки, на заводах и фабриках, на стройплощадках и многих других местах. Электрификация железнодорожных путей также может быть и на dc напряжении. Так, напряжение идёт по контактному проводу, а рельсы являются обратным электрическим проводником. По такому принципу работает около половины всех железных дорог в нашей стране и странах СНГ. Но, помимо электровозов, работающих лишь на постоянном и только на переменном, существуют также электровозы, совмещающие в себе способность работы как на одном виде электричества, так и на другом.

Переменный ток используется и в медицине

Так, например,дарсонвализация — это метод воздействия электричеством при большом напряжении, на наружные покровы и слизистые оболочки организма. Посредством этого метода
у пациентов улучшается кровоснабжение, улучшается тонус венозных сосудов и обменных процессов организма. Дарсонвализация может быть как местная, на определённом участке, так и общая. Но чаще используют местную терапию.

Таким образом, мы узнали, что есть два вида электрического тока: постоянный и переменный
, по-другому их называют ac и dc, поэтому, если вы скажете одну из этих аббревиатур, вас точно поймут. Кроме того, обозначение постоянного и переменного тока в схемах выглядит как (-) и (~), что упрощает их узнавание. Теперь, при починке электроприборов, вы, без сомнений, скажете, что в них используется переменное напряжение, а если вас спросят какой ток находится в батарейках, вы ответите, что постоянный.

Услышав музыку этой группы хотя бы один раз, её невозможно забыть или спутать с чем-то другим. Потрясающий звук, бешеная энергетика, незабываемый вокал — это всё «AC/DC», культовая рок-группа родом из Австралии, ставшая настоящей легендой хеви-метала и хард-рока. Удивителен тот факт, что коллектив продолжает существовать с 1971 года, а в конце лета 2015 года музыканты, которым давно перевалило за 60, собрались в большой гастрольный тур по Канаде и США, что доказывает, что эту удивительную рок-группу рано списывать со счетов, и они еще могут «задать жару».

Становление рок-легенды

У Уильяма и Маргарет Янг, коренных шотландцев, переехавших в Австралию в 1963 году, всего было девять детей, в том числе трое сыновей — Джордж, Малкольм и Агнус. На удивление, все они были чрезвычайно талантливы в музыкальном плане. Первым братом, втянувшимся в рок-музыку, был старший, Джордж. Он с друзьями основал «Easybeats», подростковый рок-бэнд, чем привлек внимание младших Янгов к музыке. Малкольм, а затем и Агнус, взяв в руки гитару, обнаружили настоящий талант, обучаясь с рекордной быстротой.

После нескольких неудачных попыток участия в музыкальных коллективах, в голову Малкольму Янгу приходит идея создать собственную группу, а его младший брат Агнус с энтузиазмом поддерживает эту задумку. Вокалиста Дейва Эванса братья нашли по объявлению в газете, а на барабаны и бас-гитару были приглашены знакомые молодых Янгов.

Название своей группы будущие легенды рока придумали, а точнее сказать, нашли, довольно быстро: надпись «AC/DC», что означает «переменно-постоянный ток» часто размещалась на бытовых приборах, вроде пылесоса или электрической швейной машины, где её и увидела сестра братьев Янг, Маргарет. Такое название показалось друзьям оригинальным, звучным и очень метким, и было единогласно принято всеми членами группы.

Так как к созданию группы Малкольм и Агнус подходили очень серьезно, они решили придумать также какой-то оригинальный сценический имидж. И здесь им снова помогла Маргарет, которая, как и родители молодых людей, очень поддерживала их в организации собственного музыкального коллектива. Она придумала оригинальную «изюминку» группы: выступать в форменной школьной одежде. Благодаря этой судьбоносной идее, Ангуса Янга узнают по коротким школьным штанишкам, галстучку и забавной кепке, в которые он бессменно облачается на концертах группы и по сей день.

Свое дебютное выступление группа провела в последний день 1973 года, а местом, где квинтет сыграл в первый раз, был выбран бар «Chequers». С этого момента начала своё существование хард-рок-группа, которой было предначертано стать мировой легендой и обрести огромное количество фанатов и последователей.

Карьера: находки и потери

В 1974 году в составе группы произошли множественные перемены, были замещены несколько барабанщиков и бас-гитаристов. А самой главной и судьбоносной заменой того времени в «AC/DC» стала смена вокалиста. Дейв Эванс отказался выходить на сцену на одном из выступлений, необходимо было срочно что-то предпринять, и тут свою кандидатуру предложил шофер группы Бон Скотт, по счастливой случайности оказавшийся в нужное время в нужном месте. После выступления Бон был взят в коллектив на постоянной основе. Настоящим именем нового вокалиста было Роналд Белфорд Скотт, и он оказался необыкновенно харизматичным и энергичным молодым человеком, к тому же, наделенным незаурядным музыкальным талантом и вокальными данными. С ним дела у группы стремительно пошли в гору. Позже британский журнал «Classic Rock» поставит его на первое место в рейтинге «100 величайших фронтменов всех времён».

Группа пишет несколько довольно успешных песен и в 1975 выпускает свой первый альбом — «High Voltage». Альбом хоть и не занял лидирующих мест, тем не менее, был неплохой заявкой на популярность. В этом же году «AC/DC» выпускают второй альбом, под названием «T.N.T.», что в переводе означает «тринитротолуол». Этот альбом имел немалый успех, но, как и первый, официально выпускался лишь в Австралии. Мировая известность была еще впереди.

Участники группы понимают, что для того, чтобы по-настоящему «расправить крылья» им необходимо расширить границы своего влияния. Они активно работают в этом направлении, и вскоре подписывают международный контракт с «Atlantic Records», что позволяет «AC/DC» наконец вырваться из Австралии. Они начинают покорение сцен Великобритании и Европы со старыми хитами, тем не менее, не забывая про новые: в 1976 году выходит «Dirty Deeds Done Dirt Cheap» — третья пластинка группы, имевшая довольно неплохой успех. После этого члены группы принимают решение переселиться в Великобританию. Они активно выступают, общаются с СМИ и поклонниками, постепенно завоевывая все большую популярность.

Работа кипит. Один за одним выходят альбомы «Let There Be Rock» (1977), «Powerage» (1978), «Highway to Hell» (1979). Последний возносит «AC/DC» на пик популярности и на верхушки мировых чартов. Большинство композиций этого альбома являются абсолютными хитами по сей день, по праву считаясь одними из лучших песен в истории мирового рока. Кажется, ничто не может омрачить бешеный успех молодых энергичных исполнителей… Как оказалось, это было не так.

19 февраля 1980 года происходит страшная трагедия — внезапно умирает вокалист группы, блистательный Бон Скотт. По официальной версии это произошло из-за злоупотребления алкоголем. Группа просто раздавлена.

Потеряв свой «голос», «AC/DC» подумывают о прекращении карьеры, но принимают решение сохранить коллектив, полагая, что жизнерадостный Бон Скотт хотел бы именно этого. Друзья встают на ноги после потрясения, и спустя несколько прослушиваний они находят необыкновенно талантливого вокалиста — Брайана Джонсона. У рок-группы словно открывается второе дыхание и они начинают работать не покладая рук.

В том же году выходит легендарный альбом «Back in Black», обложку которого было принято решение сделать черной, в память о бывшем солисте и верном друге. Альбом имеет головокружительный успех, впоследствии он станет самым продаваемым альбомом за всю историю группы и удостоится статуса «дважды бриллиантовый».

Следующие годы рок-коллектив ведет очень продуктивную деятельность. Великолепным «золотым составом» (Малкольм и Агнус Янг, Клифф Уильямс (гитара, бас-гитара), Брайан Джонсон (вокал), Фил Радд (ударные)) они пишут и играют свои лучшие хиты, записывают огромное количество альбомов, выступают на концертах по всему свету, завоевывают престижнейшие музыкальные награды.

В 2003 году легендарная группа была занесена в «Зал славы», так же заняла в США почетное 5-е место по числу проданных альбомов за всю историю. На родине группы, в Австралии в их честь назвали улицу.

Вызывает восхищение неиссякающая энергия группы, которая, несмотря на свой «солидный возраст», не перестает радовать поклонников. «AC/DC» выпустили прекрасные альбомы (2008 и 2014), которые почитатели их творчества встретили с ликованием и раскупили огромными тиражами.

И ни болезнь Малкольма Янга, который вынужден был покинуть группу в 2014, ни небольшие проблемы с законом Фила Радда, не смогли сломить дух легендарных «AC/DC». Вот это и есть настоящие рокеры, которые, несомненно, еще не раз удивят своих фанатов, утерев нос многим молодым группам.

1
из 20

Сегодня, если вы посмотрите вокруг, практически все, что вы видите, питается от электричества в той или иной форме.
Переменный ток и постоянный ток являются двумя основными формами зарядов, питающих наш электрический и электронный мир.

Что такое AC?
Переменный ток
может быть определен, как поток электрического заряда, который изменяет свое направление через регулярные промежутки времени.

Период / регулярные интервалы, при котором AC меняет свое направление, является его частотой (Гц). Морские транспортные средства, космические аппараты, и военная техника иногда используют AC с частотой 400 Гц. Тем не менее, в течение большей части времени, в том числе внутреннего использования, частота переменного тока устанавливается на 50 или 60 Гц.

Что такое DC?
(Условное обозначение на электроприборах) Постоянный ток
является током (поток электрического заряда или электронов), который течет только в одном направлении. Впоследствии, нет частоты связанной с DC. DC или постоянный ток имеет нулевую частоту.
Источники переменного и постоянного тока:

АС: Электростанции и генераторы переменного тока производят переменный ток.

DC: Солнечные батареи, топливные элементы, и термопары являются основными источниками для производства DC. Но основным источником постоянного тока является преобразование переменного тока.

Применение переменного и постоянного тока:

АС используется для питания холодильников, домашних каминов, вентиляторов, электродвигателей, кондиционеров, телевизоров, кухонных комбайнов, стиральных машин, и практически всего промышленного оборудования.

DC в основном используется для питания электроники и другой цифровой техники. Смартфоны, планшеты, электромобили и т.д.. LED и LCD телевизоры также работают на DC, который преобразовывается от обычной сети переменного тока.

Почему AC используется для передачи электроэнергии. Это дешевле и проще в производстве. AC при высоком напряжении может транспортироваться на сотни километров без особых потерь мощности. Электростанции и трансформаторы уменьшают величину напряжения до (110 или 230 В) для передачи его в наши дома.

Что является более опасным? AC или DC?
Считается, что DC является менее опасным, чем AC, но нет окончательного доказательства. Существует заблуждение, что контакт с высоким напряжением переменного тока является более опасным, чем с низким напряжением постоянного тока. На самом деле, это не о напряжении, речь идет о сумме тока, проходящего через тело человека. Постоянный и переменный ток может привести к летальному исходу. Не вставляйте пальцы или предметы внутрь розеток или гаджетов и высокой мощности оборудования.

Читайте также…

AC-DC или DC-DC? Какой преобразователь лучше и надежнее?

Создание напряжения постоянного тока от источника переменного тока
означает, что вам придется выпрямить напряжение переменного тока, чтобы
постоянное. Одно отличие по сравнению с DC-DC преобразователем
состоит в том, что вы можете использовать линейный источник питания с
переменным напряжением. Это означает, что вы можете воспользоваться
трансформатором, чтобы уменьшить или увеличить напряжение переменного тока, а затем подать его на выпрямитель. Ближе всего к линейному источнику постоянного тока может быть двигатель постоянного тока, приводящий в действие генератор постоянного тока, что не очень эффективно.

Линейный источник переменного и постоянного тока все еще имеет место в лабораторных источниках и высококачественном звуке, но в большинстве современных преобразователей энергии используются импульсные регуляторы напряжения, а не линейные. В этом приложении вы будете выпрямлять входящее переменное напряжение для создания шины постоянного тока. Если у вас есть шина постоянного тока, вы можете использовать любую из архитектур преобразования постоянного тока в постоянный ток (DC-DC преобразование), чтобы получить конечное выходное напряжение или напряжения, которые вам нужны.

Проблема с выпрямлением напряжения

Несмотря на концептуальную простоту, выпрямление входящего переменного тока добавляет массу проблем вашему источнику питания. Большая часть выпрямителей выполняется на обычных диодах. Эти диоды будут создавать пульсации при переключении в процессе работы, что создает высшие гармоники в сети переменного тока. У них также будет прямое падение напряжения (хотя оно небольшое), которое рассеивает энергию на тепло.

Вы можете использовать выпрямительный мост на базе транзисторов MOSFET для выпрямления входящего переменного напряжения, но значительно усложняет выпрямитель и повышает его стоимость по сравнению с диодным. Рассмотрим небольшой пример для термостата Nest, который питается от
сети 24 В переменного тока, используемого для обычных термостатов. Это
настоящая проблема, так как включение обогревателя или кондиционера основано на замыкании 24 В цепи переменного тока в термостате — так работает обычный термостат. Разъем потребляет очень маленький ток для зарядки своих батарей. Затем он может замыкать вход 24 В переменного тока, чтобы включить обогреватель, используя тот же транзисторный мост, пока он работает от батарей. Термостату Nest требуется каждый
“маленький кусочек энергии”, который он может сохранить, отсюда необходимость устранения простого диодного моста.

У выпрямления переменного тока есть другие проблемы, такие как импульсный ток, который возникает в процессе выпрямления (рисунок ниже). Он отличается от пускового тока, который есть у источников постоянного тока, когда вы впервые подаете на них питание. Импульсы тока возникают из-за того, что выпрямительные диоды могут работать только тогда, когда входное переменное напряжение больше, чем напряжение постоянного тока. Это означает, что имеется короткий всплеск тока только на пиках переменного напряжения, что приводит к снижению коэффициента мощности источника переменного тока. Коэффициент мощности является своего рода мерилом согласованности напряжения и тока, подаваемого линией переменного тока.

Для индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели, переменный ток будет отставать от переменного напряжения. Для емкостной нагрузки наоборот — ток опережает напряжение. В обоих случаях напряжение и ток не совпадают по фазе, поэтому коэффициент мощности ниже идеального значения «1». При выпрямлении коэффициент мощности падает по другой причине. Хотя скачки тока могут быть в фазе с напряжением, это происходит только в течение короткого периода времени сигнала переменного тока.

Улучшение коэффициента мощности

Несмотря на то, что низкий коэффициент мощности не увеличит стоимость электроэнергии для вас (если ваше устройство не работает на промышленном предприятии), но это увеличит реактивную мощность в сети. Во многих странах разработаны стандарты, в соответствии с которыми для автономного источника переменного тока требуется коррекция коэффициента мощности (PFC). Допустимое значение коэффициента мощности (cos φ) гарантирует, что входной ток источника питания является синусоидой, которая совпадает по фазе с входным напряжением.

PFC добавляет еще один импульсный регулятор к вашему источнику переменного тока. Внешний интерфейс PFC обычно является повышающим преобразователем (рисунок ниже). Поскольку входное переменное напряжение повышается до более высокого напряжения, возможно, до 350 В постоянного тока, преобразователь может получать ток от линии переменного тока практически в любое время сигнала. Микросхема управления основана на широтно-импульсной модуляции (ШИМ) транзисторов повышающего преобразователя, чтобы ток, взятый из линии переменного тока, был прямо пропорционален напряжению. Он не может потреблять ток на переходах через ноль, поэтому коэффициент мощности не может быть идеальным. Тем не менее, можно получить выше 0,9, что решает основную проблему.

Помимо необходимости выпрямления в источнике переменного тока, существуют различия в способе выпрямления из-за различий в средних значениях напряжений переменного тока в различных странах мира. Во всем мире напряжение сети переменного тока может варьироваться от 100 В в Японии до 240 В в Европе. В старых линейных источниках питания пользователь мог переключить переключатель, чтобы изменить обмотку на входном трансформаторе. Это позволяло адаптироваться к различным напряжениям сети. При включении питания коммутатор может изменить первичную обмотку, следовательно, вы используете полный диодный мост с высоким напряжением и полумост с более низким напряжением (рисунок ниже). Это позволяет шине постоянного тока, которую вы запитываете, быть ближе к номинальному значению постоянного тока, даже если напряжение на входе переменного тока уменьшилось вдвое.

С ростом доступности транзисторов MOSFET из карбида кремния (SiC), многие внешние интерфейсы PFC используют каскадное выпрямление (рисунки ниже). Карбид кремния имеет незначительное время обратного восстановления, поэтому в выпрямлении нет задержек, связанных с открытием/закрытием P-N перехода. Два SiC транзистора стоят больше двух диодов, но выигрыш в эффективности может стоить того. Как только транзисторы MOSFET выпрямят переменный ток, сохраняя при этом коэффициент мощности, у вас будет высоковольтная шина постоянного тока, с которой вы можете использовать любую из архитектур DC-DC преобразователя для получения конечного выходного напряжения. Вы также можете использовать этап DC-DC для создания границы изоляции, если это необходимо.

Схема PFC с тотемным полюсом работает как повышающий преобразователь. При положительном потенциале, указанном на рисунках «плюс» и «минус» на источнике ЭДС, ток накапливается в катушке индуктивности, когда S2 замкнут (a), а затем поступает в нагрузку через S1 (b). SD2 может быть диодом, но SiC-транзистор повышает эффективность преобразователя

Когда полярность источника переменного ЭДС становится отрицательной в цепи PFC с тотемным полюсом, транзисторы направляют ток в индукторе в обратном направлении (а). Когда S1 открывается и S2 закрывается, он посылает ток в нагрузку (b). SD1 может быть диодом, но SiC-транзистор повышает эффективность.

Изобилие стандартов

Основное различие между источниками AC-DC и DC-DC заключается в том,
что источники AC-DC должны соответствовать гораздо более строгим нормативным стандартам. Оба источника имеют стандарты FCC и CE для электромагнитных помех, но более высокое рабочее напряжение источников AC-DC требует изготавливать их соответствующими стандартам пожарной и электробезопасности. Поскольку большинство источников AC-DC изолированы от напряжения источника (имеют потенциальную развязку), для этого также требуются списки UL, CSA и CE.

Если вы делаете медицинское устройство, вам может потребоваться еще более строгий дизайн. В то время как изоляция в обычном источнике питания может быть только на проводах согласующего трансформатор, медицинские трансформаторы устанавливают обмотки на совершенно отдельные катушки (рисунок ниже). Таким образом, полностью исключается возможность пробоя между первичной и вторичной обмотками, результатом чего может стать короткое замыкание, которое может убить пациента.

Стандарты, применимые к вашему AC-DC преобразователю, зависят от приложения. Существуют различные стандарты для информационных, медицинских и телекоммуникационных продуктов. Существуют также различные правила для класса I, где вилка имеет заземляющий контакт, и класса II, часто называемого «двойной изоляцией», где источник питания не подключен к заземлению. Кроме того, существует ограниченный класс источника питания (LPS) с “ослабленными” безопасными характеристиками из-за ограниченного характера его доступности энергии. Свод правил настолько сложен, что многие разработчики обращаются к сторонней листинговой компании, такой как UL или TUV, или к десяткам испытательных лабораторий, которые знакомы со всеми мировыми стандартами для вашего конкретного применения продукта.

Электрические шумы и “иммунитет” к ним

Американский стандарт FCC и Европейский стандарт CE имеют описания допустимых электромагнитных помех от всех источников, как AC-DC, так и DC-DC. Но все сложнее и сложнее удовлетворить требования к расходным материалам AC-DC. Мало того, что у вас есть правила по количеству генерируемых электромагнитных помех (EMI), вы также должны проверить AC-DC преобразователь на предмет наведенного шума; то есть высших гармоник, которые он “отправляет” обратно в сеть. Поскольку AC-DC преобразователи часто работают с большими токами и напряжениями, они генерируют гораздо больше помех, чем DC-DC преобразователи, поэтому соблюдение правил защиты от электромагнитных помех будет более сложным.

В дополнение к требованиям по электромагнитным помехам, ваш преобразователь AC-DC будет соответствовать требованиям по невосприимчивости. Здесь вы должны смоделировать ситуацию с сетевыми помехами от источника питания и доказать, что ваш преобразователь имеет допустимые параметры качества выходного напряжения и тока. Как и DC-DC преобразователь, он также должен быть защищен от электромагнитных помех.

Все это соответствует требованиям EMI, пожарной безопасности, электробезопасности и экологически чистой энергии для AC-DC конвертора. В Power Integrations есть хороший сайт, на котором представлены некоторые требования к источникам переменного тока, например, «вампирское питание», которое потребляет AC-DC преобразователь, даже когда он выключен.

Несмотря на то, что некоторые инженеры избегают проблем с проектированием AC-DC источников питания, включая опасность разработки высоковольтных цепей, существует растущее поколение “аналоговых” инженеров, которые не боятся проблем и видят преимущества в создании безопасных, эффективных и экологически чистых продуктов, которые можно смело назвать ”инженерным искусством”.

Формы выходного напряжения в DC/AC инверторах от MEAN WELL

27.12.2019

Инвертором является преобразователь типа DC/AC, который осуществляет преобразование из напряжения постоянного тока DC в напряжение переменного тока AC для питания электрических устройств, предназначенных для подключения в электросеть. Таким образом, от низковольтного источника питания постоянного тока (12, 24, 48 В) можно получить напряжение эквивалентное напряжению сети электропитания.

Одной из важных характеристик при выборе инвертора (DC/AC преобразователя) является форма выходного сигнала. Различают чистую синусоиду и модифицированную синусоиду (рис. 1). Среднеквадратичное (или действующее) значение напряжения обоих видов форм одинаково и численно равно 230 В. Однако, с точки зрения применения инверторов для питания конечной нагрузки форма переменного напряжения имеет значение. Поэтому, компанией MEAN WELL были разработаны серии инверторов с как  чистой синусоидой, так и более бюджетные, за счет упрощения конструкции, инверторы с модифицированной синусоидой.

Рис.1. Формы выходного напряжения в DC/AC преобразователях (инверторах)

Множество электрических устройств – потребителей электроэнергии имеют в своем составе блок питания, который, получая электроэнергию от сети переменного тока, осуществляет преобразование типа AC/DC для питания подсистем в составе конечного устройства. Это характерно для сложных устройств и систем – телевизоры, ноутбуки, аудиотехника, фото и видеоаппаратура и другие. В общем случае, блок питания в составе таких устройств содержит выпрямитель (до силовых ключей для импульсного блока питания или после силового трансформатора для линейного БП). Поскольку входное переменное напряжение в процессе преобразования выпрямляется и фильтруется, то для таких устройств форма входного переменного напряжения не важна и можно применять для питания инверторы с модифицированной синусоидой. Единственная особенность – в зависимости от качества выходного фильтра БП конечное устройство может «фонить» (характерно для аудиоустройств),  или на его работе могут сказываться импульсные помехи, возникающие вследствие преобразования.

Также есть ряд электрических устройств, которые работают непосредственно от сети переменного тока (без дополнительного преобразования в постоянный ток) – как правило, это устройства, содержащие в своем составе электродвигатели – различный электроинструмент, компрессоры, кухонная и бытовая техника, дачный электроинструмент и т.д. При модифицированной синусоиде, электродвигатели в их составе могут не включаться, или во время работы может возникать сильный нагрев и повышенный шум, что приводит преждевременному износу и сокращению службы таких устройств. Поэтому для питания этих электрических устройств не рекомендуется применять инверторы с модифицированной синусоидой.

Таким образом, при выборе инвертора важно понимать тип и характер конечных устройств, подключаемых к нему. Инверторы с чистой синусоидой серии TS различной мощности от компании MEAN WELL подходят для питания практически любых устройств. Для устройств, имеющих в своем составе блоки питания, или являющимися активной (резистивной) нагрузкой (например, нагреватели, чайники, электроплиты), можно использовать хорошо себя зарекомендовавшие бюджетные инверторы с модифицированной синусоидой серий A301 и A302.

Для консультирования или уточнения информации по источникам питания MEAN WELL обращайтесь по адресу электронной почты [email protected].

Различие ксенона AC и DC

     Существует два типа ксеноновых ламп и блоков — это тип DC и тип АС. Главное их отличие друг от друга в том, что в первом случае питание ламп производится  постоянным током DC (с низкой амплитудой колебаний импульсов 40-60 Гц), в то время как в типе АС используется переменный ток.

     Как правило, блоки розжига типа DC имеют более низкую стоимость, т.к. имеют более упрощенную схему электроники — в схеме отсутствует инвертор (в некоторых случаях присутствует только его «фейк»). Чаще всего, срок «жизни» таких блоков весьма невелик, поэтому гарантийный срок достаточно мал. При использовании блоков с несоответствующим им типом ламп, приводит к значительному сокращению срока «жизни» блоков. Несоответствие блоков и ламп можно выявить визуально — при использовании блоков DC с лампами AC проявляется эффект «подрагивания света», которое происходит за счёт нестабильности электрической дуги в колбе. Если же использовать АС блоки с DC лампами, то такая связка вовсе не станет работать, т.к. лампа DC имеет полярность, а блок АС выдаёт переменный ток (без полярности). Ещё одно отличие — это звуковое сопровождение… AC балласт издаёт достаточно громкий характерный «писк» в начале розжига, который затихает по мере розжига лампы, в то время как DC балласт не издаёт ни единого звука, либо издаёт очень тихий однотонный писк на всём протяжении работы.

     Ксенон переменного тока AC имеет иной принцип работы нежели DC. За счет более сложной схемы блоков AC, достигается более высокая светоотдача ламп, но и цена, при этом, несколько выше. Сам АС блок имеет либо двухкомпонентное строение (slim — тонкие): основная часть в металлическом корпусе, а высоковольтная часть вынесена в отдельный пластиковый корпус; либо один корпус в котором располагается обе части схемы. Обычно, блоки типа AC имеют процент брака от 0.5 до 2, в то время как у блоков DC брак достигает 5 и более процентов.

     Соблюдайте правильную комплектацию ксенона: DC блоки + DC лампы, либо AC блоки + АС лампы.

Различия AC и DC ксенона

На сегодняшнее время в продаже существует адаптивный ксенон с лампами и блоками розжига AC и DC. Это один и тот же ксенон, но имеющий некоторые различия, о которых вы, как покупатель и пользователь, обязательно должны знать. Этот материал посвящен ксенону AC и DC, особенностям, отличиям и многому другому, что полезно будет знать.

Вступительная часть о ксеноне AC и DC

На первый взгляд отличить блоки розжига AC и DC невозможно. Главное их различие в том, что AC – это блоки розжига, которые имеют переменный ток, а DC – постоянный. Различие таких двух ксенонов можно заметить при их работе, а точнее во время розжига и поддержания тлеющего разряда. Мерцание ламп выдает блоки розжига DC.

Для того, чтобы конкретно понять различия между ксеноном AC и DC необходимо знать их конструкцию. Разительно отличаются такие комплекты именно по принципу работы, что является наиболее важным для данного устройства в светотехнике для автомобилей. Как уже отмечалось, их принцип работы виден в момент розжига ксеноновой лампы и поддержании горения. Для того, чтобы образовать электрическую дугу между электродами в колбе лампы необходима мощная подача импульса, то есть тока до 25000 В.

После того, как запустилось горение источника, для поддержания функционирования лампы необходима беспрерывная подача тока с напряжением 80-85 В, и следит за этим контроллер, который вмонтирован в балласт игнитора. Это стандартный принцип работы блоков розжига ксеноновых ламп. В AC блоках присутствует игнитор (инвертер) и стабильно работающий стабилизатор, в отличие от комплектов DC.

Комплекты блоков розжига DC: принцип розжига лампы

Адаптивные блоки розжига и ксеноновые лампы с постоянным током DC имеют значительно меньшую стоимость, легкий вес и небольшие габариты. Они обеспечивают единичный и нецикличный разряд, что и приводит, зачастую, к дрожанию электрической дуги и мерцанию света ксенонового источника. Чтобы правильно активизировать работу ксеноновой лампы необходим повторный импульс, что занимает дополнительные несколько секунд на ожидание повторной подачи тока. Отметим, что система DС по качеству намного лучше, чем галоген, но все же уступает комплектам AC c переменным током.

Комплекты блоков розжига AC: принцип розжига лампы

Ксеноновые блоки розжига и лампы с переменным током AC работают намного стабильнее и лучше, поскольку оснащены специальным стабилизатором, выравнивающим напряжение. АС блоки создают импульсы необходимой частоты и мощности, что и позволяет обеспечить бесперебойность и стабильность выдачи света лампами. Для того, чтобы создать амплитуду колебания в блоках и лампах АС используются специальные игниторы (иногда могут называться инверторами), которые обеспечивают преобразование низковольтного тока в высоковольтный импульс и наоборот. Таким образом из напряжения бортовой сети транспортного средства 12 В (иногда 24 В) обеспечивается генерация тока в 25000 В, что в считанные секунды гарантирует розжиг ксенонового излучателя. Стоит отметить, что у блоков АС есть двусторонняя связь с ксеноновыми лампами, таким образом, если свет начинает тухнуть, то блок обеспечивает подачу высоковольтного импульса, чтобы не привести к деактивации излучателя. Таким образом, комплекты адаптивного ксенона АС более стабильно работают, не наблюдается мерцаний ламп и скачков напряжения.

Сравнительная характеристика блоков АС и DC

Параметры	Блоки AC	Блоки DC
Ток	Переменный	Постоянный
Стартовый импульс	Один мощный импульс в 25000 В, что обеспечивает моментальный розжиг ксеноновой лампы. Лампа моментально разжигается, не наблюдается мерцаний и снижения яркости света.	Иногда стартовый импульс полностью не активизирует электрическую дугу, а поэтому приходится ждать повторной реакции, что занимает намного больше времени и свет лампы мерцает.
Вес	Имеют больший вес, чем блоки с постоянным током, благодаря конструктивным особенностям.	Характеризуются максимальной легкостью, а поэтому не создают давление на блок фары.
Габариты	Бывают разные габариты, в зависимости от поколения.	Блоки обладают практически одинаковыми габаритами.
Конструкция	Имеют игнитор (инвертер) и стабилизатор.	Отсутствует инвертер и стабилизатор напряжения.
Форм-фактор	Бывают стандартного размера и слим, для использования в авто с маленьким подкапотным пространством.	Практически все блоки розжига имеют стандартные размеры, но меньшего формата, чем обыкновенные блоки АС.
Звуковой сигнал	Обладают специальным звуковым сигналом, который со временем затухает и оповещает водителя о пригодности ксенона для использования и начала движения авто.	Блоки розжига постоянного тока не обеспечивают подачу звукового сигнала для водителя, а поэтому приходится ждать дольше, чтобы начать движение.
Лампы	Используется исключительно с лампами переменного тока АС. Если подключить блок с лампами DC, то свечение не активизируется, поскольку блок не создает специальную полярность, которая нужна для функционирования ламп с постоянным током.	Необходимо использовать исключительно с лампами DC. Если же подключить блок к лампам с переменным током АС, то увеличивается износ и ламп, и разжигающего изделия. К тому же свет ламп АС будет «дрожать», за счет отсутствия стабильности в дуговом разряде.
Длительность эксплуатации	Использовав лампы и блоки АС комплект прослужит в среднем 2500-3000 часов.	Пользуясь лампами и блоками DC свет фар будет годен в течении 1500-2000 часов.
Процент дефективности	В среднем 2% брака.	В среднем 5% брака.
Надежность	Блоки обладают высокой надежностью и стабильностью работы, не допускают короткого замыкания и гарантируют бесперебойность свечения ксеноновой лампы.	Надежность, по сравнению с блоками розжига АС немного снижена, не говоря о стабильности функционирования и бесперебойности свечения ксенонового излучателя.
Устойчивость к температурным перепадам	Блоки обладают высокой устойчивостью к перепадам температуры, корпус надежно и герметично запаян, а элементы, которые максимально подвержены выходу из строя при попадании влаги — спрятаны.	Стоит отметить, что блоки DC и AC по устойчивости к температуре идентичны. К тому же, благодаря качественному герметику блоки постоянного напряжения не подвержены попаданию влаги.
Стоимость	За счет того, что блоки розжига АC оснащаются дополнительными компонентами, они стоят на порядок дороже, чем устройства постоянного тока.	Стоят намного дешевле, чем блоки розжига с переменным током, поскольку отсутствуют важные компоненты, например, стабилизатор напряжения.

Будьте бдительны!

Зачастую случается так, что приобретая блоки розжига у недобросовестных продавцов, например на базарах, или же магазинах «в подвалах» покупатели наталкиваются на мошенничество. Многие хитрят и монтируют муляж инвертера в блоки розжига DC и выдают их за AC, естественно по стоимости на порядок выше. Именно поэтому, приобретайте адаптивные комплекты ксенона только у проверенных продавцов, которые гарантируют высокое качество продукции и обязательно предоставляют гарантию на любые приобретенные комплекты.  

Что такое переменный ток (AC)? | Базовая теория переменного тока

Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с так называемого постоянного тока (DC), то есть электричества, протекающего в постоянном направлении и / или обладающего напряжением с постоянной полярностью.

DC — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый при трении определенных типов материалов друг о друга.

Переменный ток против постоянного

Такой же полезный и простой для понимания, как постоянный ток, это не единственный используемый «вид» электричества.Определенные источники электричества (в первую очередь роторные электромеханические генераторы) естественным образом вырабатывают напряжения, меняющие полярность, меняя положительную и отрицательную с течением времени.

Либо как полярность переключения напряжения, либо как направление переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC):

Постоянный и переменный ток

В то время как знакомый символ батареи используется в качестве общего символа для любого источника постоянного напряжения, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого источника переменного напряжения.

Можно задаться вопросом, зачем кому-то беспокоиться о такой вещи, как кондиционер. Верно, что в некоторых случаях переменный ток не имеет практического преимущества перед постоянным током.

В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, пока на нагрузку подается достаточное напряжение и ток, чтобы произвести желаемое тепло (рассеивание мощности). Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения энергии, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, и поэтому мы обнаруживаем, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях с большой мощностью.

Чтобы объяснить, почему это так, необходимы некоторые базовые знания об AC.

Генераторы переменного тока

Если машина сконструирована так, чтобы вращать магнитное поле вокруг набора неподвижных катушек с проволокой с вращением вала, то в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея на катушках с проволокой будет создаваться переменное напряжение.

Это основной принцип работы генератора переменного тока, также известного как генератор переменного тока : Рисунок ниже

Работа генератора

Обратите внимание, как полярность напряжения на проволочных катушках меняется на противоположные по мере прохождения противоположных полюсов вращающегося магнита.

При подключении к нагрузке эта реверсивная полярность напряжения создает реверсивное направление тока в цепи. Чем быстрее вращается вал генератора, тем быстрее будет вращаться магнит, что приведет к появлению переменного напряжения и тока, которые чаще меняют направление за заданный промежуток времени.

Хотя генераторы постоянного тока работают по тому же общему принципу электромагнитной индукции, их конструкция не так проста, как их аналоги переменного тока.

В генераторе постоянного тока катушка с проводом установлена ​​на валу, где магнит находится на генераторе переменного тока, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой выполняются через неподвижные угольные «щетки», контактирующие с медными полосками на вращающемся валу.

Все это необходимо для переключения изменяющейся выходной полярности катушки на внешнюю цепь, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность:

Работа генератора постоянного тока

Генератор, показанный выше, будет производить два импульса напряжения за один оборот вала, причем оба импульса имеют одинаковое направление (полярность). Чтобы генератор постоянного тока вырабатывал постоянное напряжение , а не короткие импульсы напряжения каждые 1/2 оборота, имеется несколько наборов катушек, которые периодически контактируют со щетками.

Схема, показанная выше, немного более упрощена, чем то, что вы видите в реальной жизни.

Проблемы, связанные с замыканием и разрывом электрического контакта с движущейся катушкой, должны быть очевидны (искрение и нагрев), особенно если вал генератора вращается с высокой скоростью. Если в атмосфере, окружающей машину, содержатся легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.

Генератор переменного тока (генератор переменного тока) не требует для работы щеток и коммутаторов, поэтому он невосприимчив к этим проблемам, с которыми сталкиваются генераторы постоянного тока.

Двигатели переменного тока

Преимущества переменного тока по сравнению с постоянным током с точки зрения конструкции генератора также отражены в электродвигателях.

В то время как двигатели постоянного тока требуют использования щеток для электрического контакта с движущимися катушками провода, двигатели переменного тока этого не делают. Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы (идентичны для этого руководства), двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки провода, чтобы вращать вращающийся магнит. вокруг его вала, а двигатель постоянного тока зависит от контактов щетки, замыкая и размыкая соединения, для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Трансформаторы

Итак, мы знаем, что генераторы переменного тока и двигатели переменного тока обычно проще, чем генераторы постоянного тока и двигатели постоянного тока. Эта относительная простота приводит к большей надежности и более низкой стоимости производства. Но для чего еще нужен AC? Конечно, это должно быть что-то большее, чем детали конструкции генераторов и двигателей! Действительно есть.

Существует эффект электромагнетизма, известный как взаимной индукции , при котором две или более катушек провода размещены так, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое одной, индуцирует напряжение в другой.Если у нас есть две взаимно индуктивные катушки, и мы запитываем одну катушку переменным током, мы создадим переменное напряжение в другой катушке. При использовании как таковое это устройство известно как трансформатор :

Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.

Основное значение трансформатора — его способность повышать или понижать напряжение с катушки с питанием на катушку без питания. Напряжение переменного тока, индуцированное в обмотанной («вторичной») катушке, равно напряжению переменного тока на питаемой («первичной») катушке, умноженному на отношение витков вторичной катушки к виткам первичной катушки.

Если вторичная обмотка питает нагрузку, ток через вторичную обмотку будет прямо противоположным: ток первичной обмотки, умноженный на отношение первичных витков к вторичным. Эта взаимосвязь имеет очень близкую механическую аналогию, в которой крутящий момент и скорость используются для представления напряжения и тока соответственно:

Зубчатая передача умножения скорости снижает крутящий момент и увеличивает скорость. Понижающий трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток.

Если передаточное число обмоток изменено так, что первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка, трансформатор «увеличивает» напряжение от уровня источника до более высокого уровня на нагрузке:

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

Способность трансформатора с легкостью повышать или понижать переменное напряжение дает переменному току преимущество, не имеющее себе равных с постоянным током, в области распределения мощности на рисунке ниже.

При передаче электроэнергии на большие расстояния гораздо эффективнее делать это с помощью повышенных напряжений и пониженных токов (провод меньшего диаметра с меньшими резистивными потерями мощности), затем понижать напряжение и повышать ток. для промышленности, бизнеса или потребительского использования.

Трансформаторы обеспечивают эффективную передачу электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния.

Трансформаторная технология сделала практичным распределение электроэнергии на большие расстояния. Без возможности эффективно повышать и понижать напряжение было бы непомерно дорого строить энергосистемы для чего угодно, кроме использования на близком расстоянии (в пределах нескольких миль максимум).

Какими бы полезными ни были трансформаторы, они работают только с переменным током, а не с постоянным током.Поскольку явление взаимной индуктивности зависит от изменяющихся магнитных полей, а постоянный ток (DC) может создавать только постоянные магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать с постоянным током.

Конечно, постоянный ток может прерываться (генерироваться импульсами) через первичную обмотку трансформатора для создания изменяющегося магнитного поля (как это делается в автомобильных системах зажигания для выработки питания высоковольтной свечи зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но импульсный постоянный ток не так уж отличается от переменного тока.

Возможно, именно поэтому переменный ток в большей степени, чем какая-либо другая причина, находит такое широкое применение в энергосистемах.

ОБЗОР:

• DC означает «постоянный ток», что означает напряжение или ток, который сохраняет постоянную полярность или направление, соответственно, с течением времени.
• AC означает «переменный ток», что означает напряжение или ток, который со временем меняет полярность или направление соответственно.

Электромеханические генераторы переменного тока

• , известные как генераторы переменного тока , имеют более простую конструкцию, чем электромеханические генераторы постоянного тока.

Конструкция двигателей переменного и постоянного тока

• очень точно соответствует принципам конструкции соответствующих генераторов.
• Трансформатор представляет собой пару взаимно индуктивных катушек, используемых для передачи мощности переменного тока от одной катушки к другой. Часто количество витков в каждой катушке устанавливается для создания увеличения или уменьшения напряжения от активной (первичной) катушки к обмотке без питания (вторичной).
• Вторичное напряжение = Первичное напряжение (вторичные витки / первичные витки)
• Вторичный ток = первичный ток (первичные витки / вторичные витки)

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Что такое переменный ток?

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК Что такое переменный ток?

25. 02.2020 Автор /
Редактор:
Люк Джеймс
/ Erika Granath

Переменный ток (AC) — это электрический ток, который периодически меняет свое направление, в отличие от постоянного тока (DC), который течет только в одном направлении, которое не может меняться спорадически.

Связанные компании

Переменный ток (AC) — это электрический ток, который периодически меняет направление, в отличие от постоянного тока (DC), который течет только в одном направлении.

Большинство студентов, изучающих электротехнику и смежные предметы, начинают свое обучение с изучения постоянного тока (DC). Это потому, что большая часть цифровой электроники, которую построят эти студенты, будет использовать постоянный ток. Тем не менее, важно понимать переменные токи (AC) и их концепции, потому что он имеет много полезных свойств и вариантов использования.

Как вырабатываются переменные токи

Переменный ток (зеленая кривая). Горизонтальная ось измеряет время; по вертикали, току или напряжению.

(Источник: Public Domain)

Хотя постоянный ток, однонаправленный поток электрического заряда, возможно, является одной из самых простых концепций электротехники, это не единственный «тип» используемого электричества. И переменный, и постоянный ток описывают типы тока, протекающего в цепи. Многие источники электричества, в первую очередь электромеханические генераторы, вырабатывают переменный ток с напряжениями, которые меняют полярность, меняя полярность с положительной на отрицательную с течением времени.Генератор также может использоваться для преднамеренной генерации переменного тока.

В генераторе переменного тока проволочная петля быстро раскручивается внутри магнитного поля. Это создает электрический ток по проводу. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Этот ток может периодически менять направление, и напряжение в цепи переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Переменный ток бывает нескольких форм, если напряжение и ток переменные.Если цепь переменного тока подключена к осциллографу, и ее напряжение отображается в зависимости от времени, вы, вероятно, увидите несколько различных форм сигналов, таких как синусоидальный, квадратный и треугольный — синусоидальный сигнал является наиболее распространенной формой сигнала, а переменный ток в большинстве зданий, подключенных к электросети. имеют колебательное напряжение в форме синусоиды.

Применение переменного тока

Переменный ток обычно используется в зданиях, подключенных к электросети, таких как дома и офисы. Это потому, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоком напряжении более 110 кВ при передаче энергии теряется меньше энергии. При более высоких напряжениях генерируются более низкие токи, а более низкие токи выделяют меньше тепла в линии электропередачи из-за более низкого уровня сопротивления. Это означает меньшие потери энергии в виде тепла. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

Переменный ток можно легко преобразовать в высокое напряжение и из него с помощью трансформаторов.

(Источник: Science ABC)

Переменный ток также отлично подходит для использования в электродвигателях, потому что двигатели и генераторы — одно и то же устройство.Единственная разница между генератором и двигателем заключается в том, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Эти двигатели используются во всех видах бытовой техники, например, в холодильниках, стиральных и посудомоечных машинах. Хотя генераторы и двигатели великолепны, наиболее полезное применение переменного тока — это, пожалуй, трансформаторы.

Эффект электромагнетизма (известный как «взаимная индукция»), когда две или более катушек провода размещаются так, что изменяющееся магнитное поле в одной катушке индуцирует напряжение в другой, можно использовать для создания устройства, называемого трансформатором. .Если есть две взаимно индуктивные катушки и одна питается переменным током, переменное напряжение будет создано в другой катушке.

Вот где переменный ток становится очень полезным.

Основное применение трансформатора — это повышение или понижение напряжения с катушки с питанием на катушку без питания. Это обеспечивает переменному току преимущество перед постоянным током в области распределения мощности, потому что, как упоминалось выше, передача электроэнергии на большие расстояния намного эффективнее при более высоких повышенных напряжениях и меньших пониженных токах.Прежде чем попасть в розетки, напряжение снова понижается, а ток снова повышается.

Этот тип трансформаторной техники сделал распределение электроэнергии на большие расстояния эффективным и практичным. Без трансформаторов было бы слишком дорого строить энергосистемы в их нынешнем виде на большие расстояния. А поскольку взаимная индуктивность зависит от изменения магнитных полей, трансформаторы работают только с переменным током.

(ID: 46380228)

Сравнение переменного и постоянного тока

Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения.Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока.Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей. На рисунке 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рис. 1. (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления.Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Рис. 2. Разность потенциалов V между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V дается следующим образом: [latex] V = {V} _ {0} \ sin \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex].

На рисунке 2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано на рисунке, с переменным напряжением , заданным как

.

[латекс] V = {V} _ {0} \ sin \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex],

, где В — напряжение в момент времени t , В ₀ — пиковое напряжение, а f — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I = V / R , поэтому переменного тока равно

.

[латекс] I = {I} _ {0} \ sin 2 \ pi {ft} \\ [/ latex],

, где I — это ток в момент времени t , а I ₀ = V ₀ / R — пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на рисунке 1 (b).

Ток в резисторе меняется взад и вперед, как и напряжение возбуждения, поскольку I = V / R .Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность P = IV . Используя выражения для I и V выше, мы видим, что зависимость мощности от времени составляет [латекс] P = {I} _ {0} {V} _ {0} {\ text {sin}} ^ { 2} \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex], как показано на рисунке 3.

Установление соединений: домашний эксперимент — AC / DC Lights

Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами на своей машине? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рис. 3. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до I ₀ V ₀ .Средняя мощность (1/2) I ₀ V ₀ .

Чаще всего нас беспокоит средняя мощность, а не ее колебания — например, у лампочки мощностью 60 Вт в настольной лампе средняя потребляемая мощность 60 Вт. Как показано на рисунке 3, средняя мощность P _ave составляет

[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \\ [/ latex].

Это видно из графика, поскольку области выше и ниже линии (1/2) I ₀ V ₀ равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или действующий ток I _{среднеквадратичное значение} и среднее значение или действующее значение напряжения В _{действующее значение} , равное, соответственно,

[латекс] {I} _ {\ text {rms}} = \ frac {{I} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex]

и

[латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex].

, где rms означает среднеквадратическое значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее (или среднее) значение и извлекается квадратный корень.Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас,

P _{среднекв.} = I _{среднеквадратичное значение} В _{среднеквадратичное значение} ,

, что дает

[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {{I} _ {0}} {\ sqrt {2}} \ cdot \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \\ [/ latex],

, как указано выше. Обычно указываются I _{среднеквадратичное значение} , В _{среднеквадратичное значение} и P _{среднеквадратичное значение} , а не пиковые значения.Например, напряжение в большинстве домашних хозяйств составляет 120 В переменного тока, что означает, что В _{среднеквадратичное значение} равно 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет длительный I _{среднеквадратичное значение} , превышающее 10 А. Ваш 1,0-кВт микроволновая печь потребляет P _пр. = 1,0 кВт и т. д. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи. Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения.{2} R \\ [/ латекс].

Пример 1. Пиковое напряжение и мощность для переменного тока

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

Стратегия

Нам говорят, что В _{среднеквадратичное значение} составляет 120 В, а P _{среднеквадратичное значение} составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать [латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex], чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения [латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex] для пикового напряжения В ₀ и замена известного значения на В _{среднеквадратичное значение} дает

[латекс] {V} _ {0} = \ sqrt {2} {V} _ {\ text {rms}} = 1,414 (120 \ text {V}) = 170 \ text {V} \\ [/ latex ]

Обсуждение для (а)

Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду.Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

Решение для (b)

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

[латекс] {P} _ {0} = {I} _ {0} {V} _ {0} = \ text {2} \ left (\ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \ right) = \ text {2} {P} _ {\ text {ave}} \\ [/ latex].

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

P ₀ = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт.

Обсуждение

Таким образом, мощность меняется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

Постоянный ток в сравнении с переменным током

Батареи, топливные элементы и солнечные элементы производят то, что называется постоянного тока ( DC ). Положительный и отрицательный полюсы аккумулятора всегда соответственно положительный и отрицательный. Ток всегда течет в одном и том же направлении между этими двумя клеммами.

С другой стороны, мощность, поступающая от электростанции, называется переменным током ( AC ).Направление тока меняется или меняется 60 раз в секунду (в США) или 50 раз в секунду (например, в Европе). В настенной розетке в Соединенных Штатах имеется 120-вольтное напряжение переменного тока с периодом 60 циклов.

Большим преимуществом переменного тока для электросети является тот факт, что относительно легко изменить напряжение источника питания с помощью устройства, называемого трансформатором . Энергетические компании таким образом экономят много денег, используя очень высокое напряжение для передачи энергии на большие расстояния.

Как это работает? Что ж, допустим, у вас есть электростанция, которая может производить 1 миллион ватт энергии. Один из способов передать эту мощность — послать 1 миллион ампер при напряжении 1 вольт. Другой способ передать его — посылать 1 ампер на 1 миллион вольт. Для передачи 1 А требуется только тонкий провод, и при передаче на тепло теряется не так много энергии. Для отправки 1 миллиона ампер потребуется огромный провод.

Таким образом, энергетические компании преобразуют переменный ток в очень высокие напряжения для передачи (например, 1 миллион вольт), затем снова понижают его до более низких напряжений для распределения (например, 1000 вольт) и, наконец, для безопасности внутри дома до 120 вольт. Как вы можете себе представить, намного сложнее убить кого-то с помощью 120 вольт, чем с помощью 1 миллиона вольт (и большинство электрических смертей сегодня предотвращается с помощью розеток GFCI). Чтобы узнать больше, прочтите Как работают электросети.

Осталась одна важная электрическая концепция, которую мы не обсуждали: заземление.

Что такое электричество постоянного и переменного тока?

Обновлено 9 сентября 2019 г.

Крис Дезиель

Современные ученые считают электричество одним из самых фундаментальных явлений в природе.Электрические импульсы постоянно проходят по нашему телу, и даже сама материя нашего мира удерживается вместе с помощью электрических зарядов. Несмотря на это, электричество еще предстояло открыть, и есть некоторые разногласия относительно того, кто это сделал первым.

Первооткрывателем, возможно, был английский врач Уильям Гилберт, который первым использовал слово «электричество» в 1600 году. Возможно, это был также английский ученый Томас Браун, который придумал слово «электричество» несколько лет спустя. .

Американцам нравится верить, что изобретатель Бенджамин Франклин доказал, что молния была электричеством в 1752 году. Есть даже свидетельства того, что древние греки и персы знали об электричестве. Кто бы ни получил приз, несомненно, они открыли для себя электричество постоянного тока (постоянный ток). Электричество переменного тока (переменного тока) не появлялось до 19 века.

Что такое электричество постоянного тока?

Ученые представляют электричество как поток отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.Это те же частицы, которые вращаются вокруг ядер всех атомов, составляющих материю.

Два основных закона электричества заключаются в том, что противоположности притягиваются, а подобное отталкивает подобное. Следовательно, электроны будут течь к положительному выводу и прочь от отрицательного. Поток происходит только в одном направлении, и сила потока или тока зависит от разницы в заряде между двумя выводами. Эта разница и есть напряжение между выводами.

При отсутствии внешнего входа электроны будут накапливаться на положительном выводе и уменьшать разность потенциалов между двумя выводами, и в конечном итоге поток остановится.

Примеры постоянного тока

Возможно, самым известным примером протекания постоянного тока является удар молнии. Настоящим достижением Бенджамина Франклина было доказать, что молния — это электрическое явление. Франклин запустил воздушного змея во время грозы и прикрепил ключ к веревке воздушного змея. Когда ключ стал электрически заряженным и слегка потряс его, он был в приподнятом настроении. Он доказал, что в облаках накапливается электрический заряд, и что молния — это разряд этой электрической энергии в мгновенной вспышке постоянного тока.

Аккумулятор — еще один распространенный источник постоянного тока. Он состоит из пары противоположно заряженных клемм, и когда вы соединяете клеммы проводником, электричество перетекает с отрицательной клеммы (катода) на положительную (анод).

Разница в заряде батареи обычно обеспечивается химическим процессом в ее ядре, и этот процесс может продолжаться только в течение ограниченного времени. Если вы продолжаете получать энергию от батареи, она в конечном итоге перестает производить заряд и разряжается.

Что такое электричество переменного тока?

Английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году, когда он обнаружил, что может генерировать электрический ток в катушке с проводящим проводом, перемещая магнит вперед и назад внутри катушки.

Важно отметить, что Фарадей заметил, что ток менял направление всякий раз, когда он менял направление магнита. Французский производитель инструментов Ипполит Пикси использовал это открытие для создания первого генератора переменного тока в 1832 году.

Электроэнергия переменного тока всегда вырабатывается индукционным генератором того типа, который построен Pixii, хотя современные генераторы намного сложнее, чем машина Pixii. Генератор может использовать вращающиеся магниты или вращающуюся катушку, но всегда присутствует какой-либо тип вращения, и период вращения определяет, как часто ток меняет направление.

Поскольку электричество переменного тока меняет направление, оно имеет соответствующую частоту, то есть количество раз в секунду, которое оно меняет на противоположное.

Примеры переменного тока

Вам не нужно далеко ходить, чтобы найти примеры электричества переменного тока. Свет в комнате, в которой вы сидите, а также кондиционер, электрический обогреватель и все приборы работают от сети переменного тока, вырабатываемой на вашей местной электростанции.

Большинство электростанций используют пар, вырабатываемый ископаемым топливом, ядерным делением или геотермальными процессами, для вращения турбины. Турбина вырабатывает электричество за счет электромагнитной индукции, а скорость вращения тщательно регулируется для выработки электричества с фиксированной частотой.В Северной Америке частота составляет 60 Гц (циклов в секунду), но в большей части остального мира она составляет 50 Гц.

Ветряные мельницы — это возобновляемые источники энергии, которые также вырабатывают электричество переменного тока, но они полагаются на ветер для вращения своих турбин вместо ископаемого топлива или ядерного топлива. Некоторые волновые генераторы также имеют турбины, вырабатывающие переменный ток. Когда волны сжимают гидравлическую систему или карман замкнутого воздуха, накопленная энергия используется для вращения турбины.

Различия между переменным током и постоянным током

В электрифицированном мире 21 века трудно представить время, когда не было электричества, но это время было не так давно.В конце 19 века была изобретена электрическая лампочка, но не было возможности генерировать электроэнергию и передавать ее в дома, чтобы люди могли использовать новое изобретение.

Томас Эдисон, который помогал разрабатывать и продавать лампочки, выступал за сеть генерирующих станций постоянного тока, а Никола Тесла, сербский изобретатель и бывший сотрудник Эдисона, поддерживал генераторы переменного тока. Tesla победила, и вот некоторые из причин:

• При напряжениях, необходимых для широкомасштабного использования электроэнергии, электричество переменного тока может передаваться дальше по линиям электропередач с меньшим падением напряжения.Если бы Эдисон преобладал и электричество постоянного тока стало стандартом, то в пределах мили друг от друга должны были бы быть электростанции. Tesla, с другой стороны, смогла запитать весь город Буффало, штат Нью-Йорк, с помощью одного индукционного генератора, расположенного под Ниагарским водопадом.

• Производство электроэнергии переменного тока дешевле. Гидроэлектрический генератор, такой как тот, что установлен на Ниагарском водопаде, может вырабатывать электричество в результате естественного процесса. Никаких других вводных данных не требуется.

• Напряжение переменного тока можно изменять с помощью трансформатора.Во времена Теслы и Эдисона это было невозможно с постоянным током. Однако сегодня доступны трансформаторы, в которых используются внутренние схемы или инверторы для изменения напряжения постоянного тока.

Изменение переменного тока на постоянный и снова обратно

Хотя электричество, которое проходит по линиям электропередачи, является переменным током, электронное оборудование часто требует электричества постоянного тока. На принципиальной схеме символ постоянного тока представляет собой прямую линию с тремя точками или линиями под ней, а символ переменного тока — одну волнистую линию.Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, специалисты по электронике обычно используют компонент схемы, называемый диодом или выпрямителем. Он пропускает ток только в одном направлении, создавая импульсный сигнал постоянного тока от источника переменного тока.

Инструмент для преобразования постоянного тока в переменный называется инвертором. Он использует транзисторы, которые представляют собой компоненты схемы, которые могут очень быстро включаться и выключаться, чтобы направлять ток по ряду цепей, которые эффективно изменяют его направление через пару центральных клемм, которая является частью схемы, к которой вы подключаете Нагрузка переменного тока.Инверторы используются в электромобилях. Они также используются в фотоэлектрических системах для преобразования электроэнергии постоянного тока, вырабатываемой солнечными панелями, в переменный ток для использования в домашних условиях.

Почему AC выиграл электрические войны

Недавно я закончил книгу Джилл Джоннес Empires of Light о «Войне электрических токов» — переменного тока и постоянного тока, которая произошла в период становления электроэнергетики в конце 1800-х годов. Это обычная история в сфере технологий: два конкурирующих стандарта, каждый из которых яростно сторонник. Но DC был обречен с самого начала — не из-за отсутствия покровителей, поскольку его поддерживал всемирно известный Томас Эдисон, а из-за физики и экономики.

Давайте вернемся. Электричество как наука и технология развивались в течение конца 1700-х и 1800-х годов. Сначала единственным известным способом создания электрического тока был химический процесс с использованием батарей (изобретенных в 1799 году итальянским физиком Алессандро Вольта; батареи названы в его честь в «вольтах»). Однако ранние батареи были относительно слабыми, выдавая всего пару вольт; он мог питать новые электрические коммуникации, такие как телеграф, но не был практическим источником энергии для света или двигателей.

Электричество, однако, тесно связано с силой магнетизма. Каждый может индуцировать другой: электрический ток создает магнитное поле, а магнитное поле может создавать электрический ток. Последнее открытие (сделанное Майклом Фарадеем в 1831 году) привело к изобретению электрического генератора , который вырабатывает энергию путем вращения магнита возле катушки с проволокой. Генератор может быть подключен к источнику механической энергии, например паровому двигателю, для преобразования кинетической энергии в электрическую.

К концу 1800-х годов электричество стало одним из видов энергии, конкурирующих с углем и нефтью. Применениями, как и в случае с любой другой формой энергии, были механическая энергия (в виде электродвигателя), тепло и особенно свет. Освещение было «смертоносным приложением» для ранней электротехнической промышленности — единственным приложением, которое было настолько ценным, что могло стимулировать развитие технологий и инвестиции в инфраструктуру.

Однако первые электрические фонари оставляли желать лучшего. Первоначальной технологией была дуговая лампа, в которой электрическая дуга проходила через воздух между двумя угольными стержнями.Это произвело очень яркий белый свет, резкий и яркий. Он подходил для стадионов, театров и крупных торговых улиц, но не для домов или офисов.

Патент Эдисона на лампочку, 1880 г.

Лампочка Эдисона

Филип Мишевски / Flickr

Томас Эдисон увидел дуговую лампу и сразу понял, что электрическое освещение может произвести революцию в повседневной жизни. Но у него было видение, чтобы понять, что огромные рыночные возможности заключаются не в дуговом освещении, а в создании менее интенсивного источника света, который можно было бы использовать в любой комнате.Уже известный и достаточно богатый, чтобы проводить множество экспериментов в своей лаборатории в Менло-Парке, Эдисон начал огромную научно-исследовательскую работу по созданию практичной электрической лампочки, которая стала его самым легендарным и определяющим карьеру изобретением.

Лампы накаливания демонстрировались еще до Эдисона, но они еще не были практичными: они перегорели слишком быстро. Вклад Эдисона заключался в создании долговечной лампочки со здоровым свечением. Одним из ключевых открытий стала важность создания вакуума в колбе.Еще одним важным элементом была нить накала; Лаборатория Эдисона провела известное испытание тысяч материалов, чтобы найти нить, которая будет гореть в течение многих часов. Практичная лампочка позволила электрическому свету заменить домашнее освещение керосином или природным газом.

Электрические фонари были чище, чем газовые или керосиновые лампы, а электродвигатели были на намного на чище, чем любой двигатель внутреннего сгорания (представьте себе бытовую посудомоечную машину, холодильник или пылесос, сжигающий масло или уголь). Но чтобы получить эти преимущества, изобретателям пришлось решить проблему распространения.Первая домашняя система освещения была установлена ​​в особняке банкира Дж. П. Моргана и полагалась на парогенератор, построенный в небольшом здании на его территории, за пределами дома, вместе с обслуживающим персоналом, работающим на полную ставку. (Дежурный уходил с дежурства в 11 часов вечера, и, если семья Моргана опаздывала, свет выключался без предупреждения, заставляя их искать свечи в темноте.) Эдисон планировал поставить свою лампочку в домах менее богатых, чем у Моргана. целая система центральных генераторов и распределительная сеть.

Но возникла проблема. Энергия терялась в самих линиях электропередачи. Это неизбежно происходит всякий раз, когда ток течет через сопротивление (и даже самые лучшие линии электропередач имеют некоторое сопротивление). Из-за этого система Эдисона по-прежнему была ограничена радиусом около полумили, что делало ее пригодной только для очень густонаселенных городских районов, где в пределах этого небольшого круга было бы много потребителей освещения. В других местах экономически не выгодно.

Строгое ограничение расстояния также сделало невозможным использование природных источников энергии, таких как водопады.Тысячи лет фабрики использовали энергию воды через мельницы. Но поскольку у нас нет возможности эффективно передавать механическую энергию на большие расстояния, эти заводы всегда были сильно ограничены географически: они должны были находиться на на реке . Электричество обещало окончательно преодолеть эти географические ограничения и обеспечить настоящую передачу электроэнергии на большие расстояния — если только мы сможем решить проблему потери мощности.

К счастью, решение обрело форму — буквально, потому что корень решения находится в форме тока.

Давайте еще раз посмотрим, как работает электрогенератор. Основной метод — это вращение магнита возле катушки с проволокой. Магнит вращается механической силой, такой как водопад или паровая турбина (в последнем случае сам пар может поступать от любого источника топлива, от угля до газа и ядерной энергии). Вращение магнита создает изменяющееся магнитное поле, которое по фундаментальным законам физики создает электрическое поле, которое, в свою очередь, заставляет электричество перемещаться по проводу.

Поскольку магнит вращается по кругу, его магнитное поле также вращается, и это создает не постоянное электрическое поле, а переменное, которое, в свою очередь, создает переменный ток (AC).Вместо того, чтобы течь в постоянном направлении, как вода по трубе, электроны покачиваются взад и вперед по проводу. (Вы можете быть удивлены, что это шевеление на короткие расстояния обеспечивает передачу энергии на большие расстояния, но это действительно так, потому что шевеление распространяется по проводу, как волна. Так же, как звуковые волны могут достигать ваших ушей за много миль, даже если нет молекул Воздуха действительно попали к вам из источника, поэтому электрическая энергия может быть получена из движения электронов в пункте назначения, даже если отдельные электроны не прошли весь путь от генератора.)

Однако во времена появления первых генераторов единственные существующие электродвигатели требовали постоянного тока (DC), который двигался в постоянном направлении. Таким образом, эти генераторы преобразовывали переменный ток в постоянный (используя более сложную конструкцию генератора с щеточными контактами).

И постоянный, и переменный ток могут нормально зажечь лампочку. И то, и другое можно было сгенерировать достаточно легко (хотя генератор переменного тока был более элегантным, без щеточных контактов).Преимущество постоянного тока в электродвигателях было нивелировано, когда гениальный инженер Никола Тесла изобрел электродвигатель переменного тока (он зависел от «многофазного» переменного тока, то есть от нескольких переменных токов, где чередования были в противофазе друг с другом). Настоящая, непреодолимая разница была в передаче , потому что здесь переменный ток мог сделать то, чего не мог сделать постоянный ток, что-то, что решило бы проблему линий электропередач на большие расстояния и установило бы его как электрический стандарт.

Чтобы понять этот волшебный трюк, нам нужно немного подробнее рассмотреть физику электромагнетизма.Любая линия электропередачи имеет несколько основных физических характеристик. Ток — это скорость, с которой электрический заряд протекает через провод: буквально, сколько электронов в секунду проходит через определенную точку. Напряжение — это своего рода электрическое «давление», прикладываемое к проводу: чем больше напряжение, тем больше ток. Сопротивление аналогично трению, действующему против тока. Когда ток течет через сопротивление, энергия теряется, так же как энергия теряется на трение в механической системе.Количество энергии, теряемой в секунду, пропорционально сопротивлению и квадрату силы тока. Таким образом, чтобы минимизировать потери энергии, мы должны минимизировать как сопротивление, так и ток.

Чтобы минимизировать сопротивление, можно использовать материал с низким сопротивлением, например серебро или медь. Серебро немного менее резистентно, но намного дороже, поэтому на практике используется медь. Вы можете сделать провода толще, потому что сопротивление обратно пропорционально площади поперечного сечения, но при этом используется больше материала, что опять же дороже.Таким образом, сопротивление может быть уменьшено лишь настолько, насколько это возможно, и оно становится хуже с каждой милей, поскольку оно пропорционально длине провода.

Другой способ минимизировать потери энергии — уменьшить ток. Но провода по-прежнему должны подавать мощность, а мощность пропорциональна величине тока, умноженной на напряжение. Следовательно, чтобы передать заданное количество мощности при низком токе, вам потребуется высокое напряжение.

Но здесь возникает другая проблема. Очень высокое напряжение не подходит для домашнего использования.Для типичного повседневного использования вам нужна доступная электрическая мощность около ста вольт (сегодня стандарт США — это номинальное напряжение 120 В; в Европе используется 220 В). Для передачи электроэнергии на большие расстояния вам нужны тысячи вольт или более (современные линии используют до 765000 В!). Если вы подадите такую ​​большую мощность в дом, это будет слишком много для лампочки или электродвигателя, и это представляет опасность поражения электрическим током или возгорания. Но если вы попытаетесь запустить линии электропередач только с напряжением в сотни вольт, вы потеряете слишком много энергии из-за сопротивления.

Как решить эту головоломку? С помощью почти волшебного устройства, называемого трансформатором, который может преобразовывать низковольтную энергию в высоковольтную и обратно. И работает только с переменным током.

Схема электрического трансформатора

BillC / Викимедиа

Электрический трансформатор

dimitrisvetsikas1969 / Pixabay

Кажущееся волшебство трансформатора в том, что провода низкого и высокого напряжения даже не соприкасаются. Вместо этого энергия передается посредством электромагнитной индукции, явления, открытого Фарадеем в 1830-х годах. В трансформаторе две катушки проволоки намотаны на железный сердечник. Поскольку ток меняется в одной катушке, утюг становится переменным электромагнитом. Затем переменное магнитное поле создает переменный электрический ток в другом витке провода. Но если количество витков в двух катушках разное, то напряжение во второй катушке также будет различным — выше или ниже в зависимости от того, больше или меньше витков у второй катушки, чем у первой.

Это работает с переменным током, потому что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле, но стационарное магнитное поле создает , а не , поэтому оно не работает с постоянным током. Это главный козырь AC, его решающее отличие.

С помощью переменного тока вы можете «поднять» ток до более высокого напряжения для передачи на большие расстояния, а затем понизить его в пункте назначения, например, дома, в офисе или на заводе. Электроэнергия распространяется на большие расстояния при высоком напряжении и только на короткие расстояния при низком напряжении, поэтому теряется очень мало энергии, но желаемое напряжение все еще доступно для работы фар и двигателей.

Преимущество аналогично переключению на идеальную передачу при езде на велосипеде. Если вы едете на велосипеде на низкой передаче на высокой скорости по ровной поверхности, большая часть вашей энергии просто уходит на очень быстрые движения ног, что неэффективно. Переключившись на более высокую передачу, вы можете двигать ногами в удобном темпе, в то время как колеса движутся намного быстрее, благодаря механическому преимуществу, создаваемому передачами. Трансформатор подобен коробке передач для электричества.

Джордж Вестингауз увидел ценность системы кондиционирования воздуха и отстаивал ее.Эдисон, создавший систему на основе постоянного тока, считал, что высокое напряжение опасно, и возражал против его использования. Аргумент безопасности был убедительным для многих, но, в конце концов, электросеть постоянного тока была просто непрактичной, и данные Westinghouse доказали это.

Это было окончательно продемонстрировано в 1895 году, когда была построена первая гидроэлектростанция, использовавшая энергию могущественного Ниагарского водопада. Ранний план Ниагары предполагал, что на этом месте будет построен целый заводской город, работающий от водяных мельниц.Но с помощью электричества водопад мог бы доставить электроэнергию в Буффало, штат Нью-Йорк, расположенный в 26 милях от берега озера Эри.

Электростанция Роберта Мозеса Ниагара, Льюистон, Нью-Йорк

Busfahrer / Викимедиа

Сегодня есть популярное повествование, в котором Эдисон — неуклюжий дурак, который скучал по переменному току и на самом деле не изобретал лампочку, а Никола Тесла — гениальный гений, который изобрел переменный ток и двигатели, предсказал сотовый телефон и т. Д. несправедливо по двум причинам.

Томас Эдисон

Никола Тесла

Во-первых, Эдисон был гением изобретательства. Он ошибался насчет AC, и, по словам Йоннеса, он, кажется, был против этого просто потому, что это не было его изобретением или его системой. (Он также участвовал в некоторых грязных боях против AC, таких как кампания по приобретению AC, в том числе генераторов марки Westinghouse, которые были введены в качестве новой формы казни для заключенных, чтобы навредить Westinghouse в связи с высшей мерой наказания.) Но Эдисон был одним из немногих, кто рано осознал потенциал ламп накаливания и ценность электросети, и он вложил огромные средства в эти технологии. И его лаборатория для всех практических целей изобрела электрическую лампочку — конечно, никакая лампочка, которая существовала до их экспериментов, не могла бы служить.

Джордж Вестингауз

Но что еще более важно, популярное повествование не принимает во внимание Джорджа Вестингауза. В книге Джоннеса Вестингауз предстает настоящим героем истории.Тесла был блестящим изобретателем, внесшим ряд важных нововведений в энергоснабжение переменного тока. Но Вестингауз был промышленным провидцем, который сделал электросеть реальностью. Он получил финансирование, возглавил работу, осуществил продажи и развернул систему.

Более того, он производит впечатление человека чести и порядочности. Вот его подход к рекламе:

По мере того как война электрических токов становилась все более уродливой и ожесточенной, осенью 1889 года Джордж Вестингауз решил нанять репортера питтсбургской газеты по имени Эрнест Х.Генрихса продвигать свои компании и их достижения. В первый день работы Хайнрихса к нему пришел Вестингауз, чтобы пожелать ему успеха и объяснить его цель. «Все, что я хочу видеть, это то, что газеты печатают [вещи] точно. Правда никому не вредит. …

«Что касается нападений на меня лично, конечно, они причиняют боль, но мое самоуважение и совесть не позволяют мне сражаться с таким оружием. Кроме того, я считаю, что моя моральная репутация и моя деловая репутация слишком прочны, чтобы пострадать от таких нападок.Тем не менее, я готовлю статью для North American Review в ответ на обвинения г-на Эдисона против системы переменного тока, но кроме этого мне нечего будет вам дать для публикации . .. Позволив другим говорить все, мы заведем больше друзей, чем если бы мы опустились до уровня наших противников ».

Он проявил огромное мужество в своих убеждениях:

Как объяснил его старый друг и биограф Генри Праут, Вестингауз был отличным помощником для советов с другими, «затем он принял собственное решение, и ничто мягче землетрясения не могло его сдвинуть с места.Мы видели, как он сидел, как скала, безмятежный, мягкий и невозмутимый, когда все члены совета директоров были против него. Был ли он решительным или просто упрямым, зависит от вашей точки зрения ». Вестингауз слишком часто был прав, когда ошибались те, кого он считал малодушными. Почему он должен перестать доверять своим грозным инстинктам?

Однажды, во время финансового кризиса, Вестингауз реорганизовал свою компанию, сохранив при этом контроль:

Адвокат Вестингауза, Пол Д.Крават, годы спустя все еще восхищался этим триумфом реорганизации. По его словам, Westinghouse «было трудно работать с так называемыми финансистами. То, что ему казалось недостатком видения и веры, всегда раздражало его…. По крайней мере, в двух крупных финансовых кризисах, когда финансисты отказались от этой задачи как безнадежной, мистер Вестингауз своей верой, своей неутомимой энергией и силой влияния на людей, равных которых я никогда не видел, был способен выдержать финансовый шторм, собрать огромные суммы денег и восстановить устойчивое финансовое положение своих предприятий, когда его критики и большинство его друзей были уверены, что ему грозит сокрушительное поражение.”

Годы спустя, во время очередного спада, Вестингаузу пришлось реорганизовать свою компанию в условиях банкротства (известной в те времена как «конкурсное управление»). Он был удивительно оптимистичен, сказав своему публицисту:

«Не забудьте дать им понять [газетам], что это решение не является концом компании…. [Эта] компания в своей основе такая же здоровая и солидная, как и всегда, и из этой неудачной ситуации она выйдет на большую и более процветающую заботу, чем когда-либо. «Банкротство стало большим шоком как для инсайдеров, так и для аутсайдеров, но с такими ограниченными деньгами Westinghouse не видел альтернативы. Он относился к этому как к серьезному. «Я признаю, что это неприятно, — сказал он одному другу. «Но это не самая большая вещь в мире. У любого крупного бизнеса есть взлеты и падения. Кризис, который мы переживаем, — это лишь часть нашей повседневной работы ».

Он действительно спас компанию, и хотя, к сожалению, ему пришлось отказаться от контроля, и в конечном итоге он был вытеснен, Westinghouse Electric Corporation существует по сей день.

Паровая машина открыла век промышленной энергетики, предоставив средства для преобразования тепловой энергии в механическую. Но электричество завершило энергетическую революцию, отделив производство электроэнергии от приложения. Это позволяло генерировать энергию за много миль от водопада или на большом централизованном заводе по сжиганию ископаемого топлива, а затем использовать ее в домах и офисах с помощью чистого электрического освещения и двигателей. Это необходимо для сегодняшнего уровня жизни.И мы в долгу перед Westinghouse и AC.

Империи света: Эдисон, Тесла, Вестингауз и гонка за электрификацию мира

Напишите мне письмо

переменного тока и постоянного тока (переменный ток и постоянный ток) — разница и сравнение

Электроэнергия течет двумя способами: переменным током (AC) или постоянным током (DC) .Электричество или «ток» — это не что иное, как движение электронов по проводнику, например по проводу. Разница между переменным и постоянным током заключается в направлении потока электронов. В постоянном токе электроны стабильно движутся в одном направлении или «вперед». В переменном токе электроны постоянно меняют направление, иногда идя «вперед», а затем «назад».

Переменный ток — лучший способ передавать электричество на большие расстояния.

Таблица сравнения

Таблица сравнения переменного и постоянного тока

	Переменный ток	Постоянный ток
Количество энергии, которое можно передать	Безопасно для передачи на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность.	Напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию.
Причина направления потока электронов	Вращающийся магнит вдоль провода.	Постоянный магнетизм вдоль провода.
Частота	Частота переменного тока составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны.	Частота постоянного тока равна нулю.
Направление	Он меняет направление на противоположное при движении по контуру.	Он течет в контуре в одном направлении.
Ток	Это ток, величина которого меняется со временем	Это ток постоянной величины.
Поток электронов	Электроны меняют направление движения — вперед и назад.	Электроны постоянно движутся в одном направлении или «вперед».
Получено от	Генератор переменного тока и сеть.	Элемент или батарея.
Пассивные параметры	Импеданс.	Только сопротивление
Коэффициент мощности	Входит между 0 и 1.	это всегда 1.
Типы	Синусоидальный, трапециевидный, треугольный, квадратный.	Чистый и пульсирующий.

Переменный и постоянный ток. По горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной оси — напряжение.

Истоки переменного и постоянного тока

Магнитное поле около провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода, потому что они отталкиваются отрицательной стороной магнита и притягиваются к положительной стороне.Так родилась мощность постоянного тока от батареи, в первую очередь благодаря работе Томаса Эдисона.

Генераторы переменного тока

постепенно заменили систему батарей постоянного тока Эдисона, потому что переменный ток безопаснее передавать на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Вместо постоянного приложения магнетизма к проводу ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит. Когда магнит был ориентирован в одном направлении, электроны текли к положительному положению, но когда ориентация магнита менялась, электроны также вращались.

Видео сравнения переменного и постоянного тока

Применение трансформаторов переменного тока

Еще одно различие между переменным и постоянным током заключается в количестве энергии, которое он может переносить. Каждая батарея предназначена для выработки только одного напряжения, и это напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию. Но напряжение переменного тока от генератора на электростанции может быть увеличено или уменьшено с помощью другого механизма, называемого трансформатором .Трансформаторы располагаются на электрическом столбе на улице, а не на электростанции. Они изменяют очень высокое напряжение на более низкое, подходящее для вашей бытовой техники, такой как лампы и холодильники.