В квартире постоянный или переменный ток: Какой ток в розетке — переменный или постоянный, и зачем это нужно знать: сколько ампер, какая его частота и как узнать самостоятельно

Содержание

Какой ток в розетке — переменный или постоянный, и зачем это нужно знать: сколько ампер, какая его частота и как узнать самостоятельно

Человек, хоть частично знакомый с электричеством, знает какой ток протекает в розетке – переменный или постоянный. Но большинство граждан, которые пользуются благами электричества ежедневно, не задумываются об этом, и зря. Ответ на вопрос прост, ведь практически вся производимая электроэнергия относится к переменному току.

Какой ток в розетках постоянный или переменный?

98% вырабатываемой энергии – это переменный ток, и домашняя проводка не исключение. Переменный ток – это тот, который периодически изменяет величину и направление. Частота измеряется в Герцах (период изменения в секунду). Переменный ток производить намного легче чем постоянный, также не вызывает сложностей передача на большие расстояния. При передачи электроэнергии величина напряжения может как увеличиваться, так и уменьшаться неоднократно, поэтому розетки делаются для переменного значения. Но также существуют электронные приборы, которые питаются постоянным током, и их нужно приводить к одному типу.

Преимущества:

  • легко передавать на большие расстояния;
  • простое генераторное оборудование, упрощение устройства электродвигателей;
  • отсутствие полярности.

Недостатки:

  • расчеты проводятся на максимальное значение, по факту используется не более 70%;
  • электромагнитная индукция, приводящая к неравномерному распределению электричества по сечению проводника;
  • сложность проверки и измерения параметров;
  • увеличивается сопротивление, так как используется не весь кабель.

Для чего нужно знать сколько ампер в розетках в квартире

Сила тока измеряется в Амперах (А). Знать этот показатель необходимо, так как розетки различаются по нему.

Стандартные современные розетки рассчитаны на 6, 10 и 16 А. У советских приборов максимальный номинал равен 6,3 А. Для потребителей с повышенной мощностью выбирают соответствующие розетки, у которых повышенная стойкость к большим значениям.

Знание основ электротехники пригодится при поездке в другую страну. У государств могут различаться стандарты частоты и напряжений, и невозможно будет подключить привезенные с собой приборы к местной сети. Каждая розетка имеет маркировку, на которой указана максимальная сила тока.

Если у прибора указана только мощность в паспорте, вычислить ток можно по простой формуле I=P/U, где U –напряжение сети в Вольтах (220 В для домашних розеток), P – мощность прибора, измеряемая в Ваттах и I – сила тока в Амперах.

Сила тока в розетке

Стандартами частоты в России  и европейских странах является 50 Гц, в Америке – 60 Гц. Сила тока в квартирах ограничивается 16 Амперами, в частных загородных домах это значение может достигать 25 А.

Токовые измерения проводят различными способами. Можно опытным путем – подключить прибор в розетку, и если он функционирует – электроэнергия есть. Существуют мультиметры, которые замеряют значения, контрольные лампы, тестеры и индикаторы напряжения.

220 В

Номинальным напряжением в домашней сети является 220В, но на практике это значение может варьироваться. Отклонения до 20-25 Вольт.

На этот показатель влияют:

  • техническое состояние,
  • нагрузки сети,
  • загруженность электростанций.

Скачки напряжения выводят приборы из строя, поэтому подключение к сети лучше производить через специальные стабилизаторы.

Более 220 В

Для силовой электрической техники используются трехфазные сети, которые питаются напряжением 380 Вольт и выше. Чаще всего их можно встретить в электротранспорте – трамваях, троллейбусах, электричках. Для такого напряжения токовая нагрузка составляет до 32 А.

Сколько ампер в розетке 220В

Домашние розетки делаются на разную силу тока, которую она способна пропустить. Наибольшее значение – 16 А для напряжения в 220 Вольт. Каждая электророзетка промаркирована – если отмечено значение 6 А, то суммарная подключаемая нагрузка не более этого числа.

Нагрузка которую может выдержать соединение определяется по сумме  подключенных электроприборов. Например микроволновая печь, стиральная машина  подключаются через отдельные розетки не менее чем на 16 А, а для осветительных приборов, телефонов требуются устройства с меньшим номиналом.

Электроплита подключается через отдельное УЗО, так как для нее требуется 25 А и более.

Живя в ХХІ веке, используя блага научных открытий, человеку обязательно знать тип и величину тока, протекающего в домашней сети. Без этой информации невозможно купить электророзетку, правильно рассчитать нагрузку для электроприборов. Стандарты различаются для разных стран, и это стоит учитывать при поездке в другое государство.

Полезное видео

В розетке постоянный ток или переменный, сколько вольт

Люди давно привыкли к благам электричества и многим все равно, какой ток в розетке.

На планете 98% вырабатываемой электроэнергии – это переменный ток. Его намного легче производить и передавать на значительные расстояния, чем постоянный. При этом напряжение может многократно изменяться по величине в сторону понижения и повышения. Сила тока существенно влияет на потери в проводах.

Передача электроэнергии на расстояние

Параметры домашней сети всегда известны: переменный ток, напряжение 220 вольт и частота 50 герц. Они подходят преимущественно для электродвигателей, холодильников и пылесосов, а также ламп накаливания и многих других приборов. Многие потребители работают при постоянном напряжении в 6-12 вольт. Особенно это относится к электронике. Но питание приборов должно приводиться к одному типу. Поэтому для всех потребителей ток в розетке должен быть переменным, с одним напряжением и частотой.

Различие между токами

Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. С генераторов электростанции выходит переменный ток с напряжением 220-400 тыс. вольт. До многоэтажного дома оно снижается до 12 тыс. вольт, а затем на трансформаторной подстанции преобразуется до 380 вольт.

Ввод в частный дом может быть трехфазным или однофазным. Три фазы заходят в многоэтажный дом, а затем в каждую квартиру с межэтажного щитка, через пакетный выключатель снимается 220 вольт между нейтральным проводом и фазой.

Схема подключений в квартире от однофазной сети переменного тока

В квартире напряжение подается на счетчик, а с него поступает через отдельные автоматы на соединительные коробки каждого помещения. С коробок делается разводка по комнате на две цепи осветительных приборов и розеток. В схеме рисунка на каждое помещение приходится по одному автомату. Возможен другой способ подключений, когда на осветительную и розеточную цепи устанавливается по одному защитному устройству.

В зависимости от того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть в группе или к ней подключается отдельный автомат. Постоянный ток отличается тем, что его направление и свойства не изменяются со временем. Он применяется во всей электронике дома, светодиодной подсветке и в бытовых приборах. При этом многие не знают, какой ток в розетке. Он приходит из сети переменным, а затем преобразуется в постоянный внутри электроприборов, если в этом есть необходимость.

Если сделать схему снабжения квартиры постоянным током, обратное его преобразование в переменный обойдется значительно дороже.

Преобразователь постоянного тока

Параметры розеток

Определяющими характеристиками для розеток являются уровень защиты и контактная группа. Для хозяина квартиры при выборе розетки необходимо учитывать:

  • место установки: внешняя, скрытая, в помещении или снаружи;
  • форма и соответствие друг другу вилки и розетки, безопасность использования;
  • характеристики сети, особенно, сколько ампер через нее может проходить.

Требования к штепсельным соединениям

Для подключения электроприбора к сети розетка с вилкой являются соответственно источником и приемником энергии, образуя штепсельное соединение.

К нему предъявляются следующие требования.

  1. Надежный контакт. Слабое соединение приводит к разогреву и выходу его из строя. Важно также обеспечить надежную фиксацию от самопроизвольного отключения. Здесь удобно применять пружинящие контакты в розетке.
  2. Изоляция токонесущих частей друг от друга.
  3. Защита от прикосновения руками или разными предметами к деталям, находящимся под напряжением. Для защиты от детей в розетках предусматриваются специальные шторки, открывающиеся только тогда, когда вставляется вилка.
  4. Обеспечение полярности при подключении. Это важно, если через соединение течет постоянный ток или устройство применяется в сочетании с однополюсным выключателем. Конструкция розетки не допускает неправильного подключения.
  5. Наличие заземления для приборов 1 класса защиты. В розетках важно правильно подключить заземление.

Виды розеток

В зависимости от условий эксплуатации розетки выполняют с разными уровнями защиты, которые обозначаются кодом IP и следующими за ним двумя числами. Первое (0-6) означает, насколько устройство не допускает попадание внутрь предметов, пыли и т.п. Следующее (0-8) предусматривает защиту от воды. Если розетка обозначена кодом IP68, значит, она имеет самую высокую защиту от внешних воздействий.

По типам изделия обозначаются латинскими буквами. Отечественные выпускаются без заземления (С) и с заземлением (F).

Разновидности розеток

Приборы группы AC (~) предназначены для переменного тока. Постоянный ток обозначается DC (-).

Главным показателем является сила тока, которая допускается для той или иной розетки. Если на ней есть обозначение 6 А, то суммарная подключаемая нагрузка не должна превышать указанного количества ампер. При этом не имеет особого значения, переменный ток через нее проходит или постоянный.

Сколько нагрузки выдержит соединение, оценивают по общей мощности всех подключенных приборов. Для таких потребителей, как микроволновая печь, посудомоечная или стиральная машина используются отдельные розетки не менее чем на 16 ампер с обозначением типа тока. Особое место занимает электроплита, для которой сила номинального тока составляет 25 ампер или больше. Ее следует подключать через отдельное УЗО. За основу берется номинальный ток – количество ампер, которое способна пропустить розетка в течение длительного времени.

Розетка для электроплиты

Ампер – это единица измерения, по которой измеряется сила тока. Если указана только паспортная мощность, допустимый ток составит I = P/U, где U = 220 вольт. Тогда при мощности 2200 ватт сила тока будет равна 10 ампер.

Обратите внимание на подключение к розеткам электроприборов через удлинители. Здесь легко можно ошибиться с определением, сколько потребуется суммарной мощности нагрузки. Кроме того, удлинитель также должен соответствовать предъявляемым требованиям, поскольку у него имеются свои розетки с маркировкой.

Для переменного тока полярность в штепсельных соединениях особенно не нужна. Фазу обычно находят, если надо подключать к светильникам автомат или однополюсный выключатель. При их отключении прикосновение к нулевому проводу будет не таким опасным.

Розетки расширенной функциональности

Сейчас выпускают новые типы розеток с новыми функциями:

  1. Встроенные таймеры отключения.
  2. Переключение типа тока.
  3. С индикацией величины нагрузки (цвет меняется от зеленого до красного).
  4. Со встроенным УЗО.
  5. С автоматической блокировкой.

Проверка подключения

Напряжение проверяется в розетке подключением вольтметра или тестера. При его наличии прибор укажет, сколько в ней вольт.

Тестер напряжения в розетке

Сила тока может определяться амперметром, подключенным последовательно с работающей нагрузкой.

Электрики проверяют наличие напряжения индикатором. Однополюсный – выполняется в виде отвертки с лампочкой. С его помощью можно найти фазу, но подключение нулевого провода он не покажет. Это можно сделать двухполюсным индикатором, подключив его между фазой и нулем. Легко можно проверить напряжение в розетке контрольной лампой, которому она должна соответствовать.

Монтаж. Видео

Про монтаж подрозетника в бетон рассказывается в этом видео.

В быту и промышленности преобладает переменный электрический ток. Его проще передавать на расстояния и изменять по величине. Для бытовых нужд переменный ток подается на освещение и к розеткам в доме, где подключаются электроприборы.

Оцените статью:

Какой ток в розетке – постоянный или переменный

Люди, мало-мальски знакомые с электротехникой, без труда ответят на вопрос о том, какой ток в розетке. Конечно же переменный. Этот вид электричества гораздо проще производить и передавать на большие расстояния, а потому выбор в пользу переменного тока очевиден.

Виды тока

Существует два вида тока — постоянный и переменный. Чтобы понять разницу и определить, постоянный или переменный ток находится розетке, следует вникнуть в некоторые технические особенности. Переменный ток имеет свойство изменяться по направлению и величине. Постоянный же ток обладает устойчивыми качествами и направлением передвижения заряженных частиц.

Переменный ток выходит из генераторов электростанции с напряжением, составляющим 220–440 тысяч вольт. При подходе к многоквартирному зданию ток уменьшается до 12 тысяч вольт, а на трансформаторной станции преобразуется в 380 вольт. Напряжение между фазами именуют линейным. Низковольтный участок понижающей подстанции выдает три фазы и нулевой (нейтральный) провод. Подключение энергопотребителей осуществляется от одной из фаз и нулевого провода. Таким образом, в здание заходит переменный однофазный ток с напряжением 220 вольт.

Схема распределения электроэнергии между домами представлена ниже:

В жилище электричество поступает на счетчик, а далее — через автоматы на коробки каждого помещения. В коробках имеется разводка по комнате на пару цепей — розеточную и осветительной техники. Автоматы могут предусматриваться по одному для каждого помещения или по одному для каждой цепи. С учетом того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть включена в группу или быть подключенной к выделенному автомату.

Переменный ток составляется примерно 90% всей потребляемой электроэнергии. Столь высокий удельный вес вызван особенностями этого вида тока — его можно транспортировать на значительные расстояния, изменяя на подстанциях напряжение до нужных параметров.

Источниками постоянного тока чаще всего являются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные панели, термопары. Постоянный ток широко используется в локальных сетях автомобильного и воздушного транспорта, в компьютерных электросхемах, автоматических системах, радио- и телевизионной аппаратуре. Постоянный ток применяется в контактных сетях железнодорожного транспорта, а также на корабельных установках.

Обратите внимание! Постоянный ток используется во всех электронных приборах.

На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами.

к содержанию ↑

Параметры домашней электрической сети

Основными параметрами электричества являются его напряжение и частота. Стандартное напряжение для домашних электросетей — 220 вольт. Общепринятая частота — 50 герц. Однако в США используется другое значение частоты — 60 герц. Параметр частоты задается генерирующим оборудованием и является неизменным.

Напряжение в сети конкретного дома или квартиры может быть отличным от номинала (220 вольт). На данный показатель влияет техническое состояние оборудования, сетевые нагрузки, загруженность подстанции. В результате напряжение может отклоняться от заданного параметра в ту или другую сторону на 20–25 вольт.

Скачки напряжения отрицательно сказываются на работоспособности электробытовой техники, поэтому подключения в домашней сети рекомендуется осуществлять через стабилизаторы напряжения.

к содержанию ↑

Токовая нагрузка

Все розетки имеют определенную маркировку, по которой можно судить о допустимой токовой нагрузке. Например, обозначение «5A» указывает на максимальную силу тока в 5 ампер. Допустимые показатели следует соблюдать, поскольку в противном случае возможен выход оборудования из строя, в том числе его возгорание.

Маркировка на розетках показана на рисунке внизу:

Ко всем легально продаваемым электроприборам прилагается паспорт, где указана потребляемая мощность или номинал токовой нагрузки. Крупнейшими потребителями электроэнергии являются такие электробытовые приборы, как кондиционеры, микроволновые печи, стиральные машины, кухонные электроплиты и духовки. Таким приборам для нормальной работы понадобится розетка с нагрузкой не меньше 16 ампер.

Если же в документации к электробытовой технике отсутствуют сведения о потребляемых амперах (сила тока в розетке), определение нужных величин осуществляется по формуле электрической мощности:

Показатель мощности имеется в паспорте, напряжение сети известно. Чтобы определить потребление электричества, нужно показатель мощности (указывается только в ваттах) разделить на величину напряжения.

к содержанию ↑

Разновидности розеток

Розетки предназначены для создания контакта между электрической сетью и бытовой техникой. Они изготовлены так, чтобы обеспечить надежную защиту от случайных прикосновений к токоведущим элементам. Современные модели чаще всего оснащены защитным заземлением, представленным в виде отдельного контакта.

По способу монтажа существует два вида розеток — открытые и скрытые. Выбор разновидности розетки во многом определяется типом монтажа. К примеру, при организации наружной проводки используют накладные открытые розетки. Такая фурнитура проста в монтаже и не нуждается в нишах для подрозетников. Встроенные же модели более привлекательны с эстетической точки зрения и более безопасны, поскольку токоведущие элементы находятся внутри стены.

Розетки отличаются по токовой величине. Большая часть устройств предназначена для работы с 6, 10 или 16 амперами. Старые образцы советского производства рассчитаны только на 6,3 ампера.

Обратите внимание! Максимально возможный для розетки ток должен находиться в соответствии с мощностью потребителя, подключаемого к электросети.

к содержанию ↑

Методы измерения напряжения и тока

Чтобы измерить показатели напряжения и тока применяются следующие способы:

  1. Наиболее простой метод — подключение к розетке электрического прибора соответствующего напряжения. Если в розетке есть ток, электроприбор будет функционировать.
  2. Индикатор напряжения. Это приспособление может быть однополюсным и представлять собой специальную отвертку. Также выпускаются двухполюсные индикаторы с парой контакторов. Однополюсное устройство определяет фазу в розеточном контакте, но не обнаруживает наличие или отсутствие нуля. Двухполюсный же индикатор показывает ток между фазами, а также между нулем и фазой.
  3. Мультиметр (мультитестер). С помощью специального тестера проводятся измерения любого типа тока, присутствующего в розетке — как переменного, так и постоянного. Также мультиметром проверяют уровень напряжения.
  4. Контрольная лампа. С помощью лампы определяют наличие электричества в розетке при условии, что лампочка в контрольном приборе соответствует напряжению в тестируемой розетке.

Перечисленной выше информации вполне достаточно для общего понимания принципов организации электрической сети в доме. Приступать к проведению любых электротехнических работ следует только с соблюдением всех мер безопасности и при наличии соответствующей квалификации.

Какой ток в розетке – постоянный или переменный

Какой ток в розетке

Современные электроприборы сконструированы максимально дружелюбными к пользователю и чтобы их использовать совершенно не обязательно знать какой ток в розетке, куда они подключаются. Подобные познания могут никогда не пригодится в повседневной жизни – обычно достаточно знать, что в розетке есть ток, благодаря которому работают все бытовые приборы.

Где могут пригодиться знания по электричеству

Хорошо если вопросы о принципах работы электроприборов возникают просто из «спортивного интереса». Хуже бывает в случае поездки в другую страну, где неподготовленные путешественники с удивлением обнаруживают розетки незнакомого типа. Если до этого человек обращал внимание на надписи возле «своих» розеток, то в «чужих» может оказаться другая частота и напряжение. Для понимания почему так происходит, надо хотя бы в общих чертах ознакомиться с основами электротехники.

Сразу необходимо оговориться, что все рассказанное ниже дано в очень упрощенном и утрированном виде. Некоторые аналогии могут полностью не отражать все происходящие в электропроводке процессы и даны исключительно для общего их понимания.

Постоянный и переменный ток

Это одна из важнейших характеристик электрического тока. Каждый электроприбор рассчитан под определенный его вид и при неправильном подключении в лучшем случае просто не будет работать.

Любой из этих токов создается электромагнитным полем, что заставляет двигаться свободные электроны в металлах или других проводниках. Но при постоянном они все время летят в одну сторону, а переменный ток дергает их туда-сюда. В любом случае они двигаются и совершают работу, но устройства для преобразования электрической энергии в механическую приходится делать разными. То есть электродвигатель, к примеру, можно сделать как от постоянного, так и от переменного тока, но первый нельзя включать во вторую цепь.

Если большинство электроприборов работает от постоянного тока, то для передачи электроэнергии на большие расстояния выгоднее использовать переменный – он не так чувствителен к сопротивлению проводников. Поэтому не может быть двух мнений по поводу какой ток в бытовой розетке: постоянный или переменный – всегда используется второй вариант.

В этом видео описываются исторические предпосылки использования переменного тока в электросетях:

Заземление

Розетка без провода заземления не редкость для старых домов, потому что раньше в быту практически не использовались мощные электроприборы. Современные требования к безопасности электроприборов гораздо жестче, поэтому розетки устанавливаемые без заземления просто не могут быть использованы даже в проекте.

Смысл заземления в дополнительной защите. Если используется розетка без защитного заземления, то в большинстве случаев корпус приборов подключен к рабочему нолю. Как итог – если фаза попадает на корпус устройства (при пробое изоляции), то происходит короткое замыкание и выбивает защитные пробки. Это приводит к порче прибора, и сравнительно безопасно для человека, при одном условии – если он на момент замыкания не касался устройства. В противном случае, пока не сработает защита, человека бьет ток короткого замыкания, который в десятки раз выше номинального.

Розетки с заземлением разделяют ноль на рабочий, необходимый для функционирования устройства, и защитный. Корпус теперь, соединен с заземлением, а ноль работает в штатном режиме. Если на корпус попадает фаза, то розеточный заземляющий контакт «уводит» ее от человека, даже если он на этот момент касается устройства, а защитная автоматика выключает питание. Человека током не бьет, короткого замыкания не происходит и устройство по возможности остается в сохранности. Остается только найти место где повредилась изоляция и устранить неисправность.

Розетка без исправного заземления будет работать точно так же как и с ним, но при возникновении нештатной ситуации не сможет обеспечить должную защиту подключенным устройствам и человеку.

Как итог, вопроса что лучше ставить – розетки работающие без заземления или все-таки с ним, не существует – ПУЭ однозначно требуют поставить устройство второго типа.

Напряжение электрического тока

путь тока от электростанции (кликните для увеличения)

Если не использовать такие научные термины как «напряженность электрического поля» и «разность потенциалов», то понять какое напряжение в сети и почему оно именно такое помогут следующие аналогии:

Потенциальная и кинетическая энергия – пример очень упрощенный, но смысл в том, что напряжение показывает, какие силы могут быть задействованы при перемещении электрического заряда. Главное отличие в том, что потенциальная энергия переходит в кинетическую, а напряжение всегда стабильно. Использовать эту аналогию можно потому, что пока в розетку не включен никакой прибор, то в ней есть напряжение, готовое начать двигать заряженные частицы, но нет электрического тока. Движение электрического тока начинается только при подключении к проводам нагрузки (или при замыкании ноля и фазы).

Чем больше напряжение, тем выше его «проталкивающая» способность – это значит, что при достаточно больших его значениях ток «пробьет» диэлектрик между проводами. В обычных условиях диэлектриком между проводами является воздух, поэтому чем больше напряжение, тем выше вероятность возникновения молнии (замыкания) между ними. Это свойство используется в пьезозажигалках и механизмах розжига промышленных печей, только в первых расстояние между контактами 0,5 мм и напряжение в несколько Вольт, а во втором случае – между контактами 10-15 сантиметров, а напряжение около 10 тысяч Вольт.

От напряжения зависит насколько удобно передавать ток на большие расстояния – чем оно больше, тем меньше потерь.

Для линий электропередач между городами используется напряжение 150-600 тыс. Вольт, в пригороде это 4-30 тыс. Вольт, а у потребителей напряжение в розетке уже 100-380 Вольт. В разных странах действуют свои стандарты, поэтому перед поездкой стоит уточнять этот момент.

Частота электрического тока

Один из параметров переменного тока, показывающий сколько раз за секунду он поменяет направление движения от плюса к минусу. Полный цикл изменений – от ноля к плюсу, затем к минусу и обратно к нолю называется Герц. Во всем мире используется два стандарта частоты – 50 и 60 Герц.

От частоты, как и от напряжения, зависят потери тока при его передаче – чем выше частота, тем меньше потерь. Поэтому первый вариант используется при напряжении сети около 220 Вольт, а второй – при 110.

Частота тока зависит от того, с какой скоростью крутятся генераторы на вырабатывающих электричество станциях. Она всегда остается неизменной – в отличие от напряжения допускается погрешность в 0,5-1 Герц.

Сила тока

розетка на 16а (кликните чтобы увидеть надпись на крышке)

На крышке розетки можно увидеть надпись 6, 10 или 16А. Это не значит, что сила тока в розетке будет достигать таких величин – это максимальные его значения, на которые рассчитаны розеточные контакты. Соответственно, чтобы узнать, какая сила тока, а точнее – сколько ампер в розетке на данный момент, следует установить в электрическую цепь измерительное устройство – амперметр.

Примерно силу тока можно высчитать, если известна мощность устройства – по формуле I=P/U (напряжение в сети известно – на постсоветском пространстве это 220 Вольт).

К примеру, если электрочайник потребляет 2000 Ватт, то надо 2000 разделить на 220. Получается примерно 9 Ампер – сила тока, в 18 раз большая чем нужно, чтобы убить человека.

Сложнее подсчитать ампераж, к примеру, компьютера. Во-первых, при его работе в сеть включено сразу несколько устройств. Во вторых – энергосберегающие технологии используют ресурсы процессора по минимуму, разгоняя его только при решении сложных задач. Поэтому сила тока будет периодически изменяться.

Это все основные характеристики электрического тока, которые достаточно знать, чтобы получить про него хотя бы общее представление. При поездке в другую страну, где могу действовать иные нормативы, достаточно будет выяснить какие там в сети напряжение и частота. Если они отличаются от тех, на которые рассчитана зарядка телефона (или другие устройства, которые могут быть взяты в поездку), то дополнительно придется решать, как быть в этой ситуации.

Преобразование переменного тока в постоянный

Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.

Постоянный ток и его источники

У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени. На современных приборах он обозначается буквами DC — сокращением от английского Direct Current (в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:

Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.

Переменный ток и его параметры

У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T), а обратная ему величина – частотой (f). Буквенное обозначение переменного тока – АС, сокращение от Alternating Current (знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:

̴

После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.

Переменный ток характеризуется параметрами:

ХарактеристикаОбозначениеЕдиница измеренияОписание
Число фазОднофазный
Трехфазный
НапряжениеUвольтМгновенное значение
Амплитудное значение
Действующее значение
Фазное
Линейное
ПериодТсекундаВремя одного полного колебания
ЧастотаfгерцЧисло колебаний за 1 секунду

Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов. В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.

Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3).

Графики напряжений трехфазного переменного тока

Напряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нулем – фазным, оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.

Под мгновенным значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения. Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.

Характеристики трехфазного тока

Достоинства и недостатки переменного напряжения

Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?

При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:

Мощность, которую передается по линии, равна:

Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.

Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.

Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением, а устройства – выпрямителями. Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.

Затем пульсации устраняют при помощи фильтров, простейшим из них является конденсатор. Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.

Схема простейшего выпрямителяГрафики работы выпрямителя

Для преобразования в переменный ток используются инверторы. Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.

Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.

Оцените качество статьи:

виды электричества, определение напряжения и силы в сети 220в

В настоящее время около 98% вырабатываемой электроэнергии составляет переменный ток. Такое преимущество объясняется тем, что его гораздо легче производить и передавать на большие расстояния. При его транспортировке напряжение обычно может уменьшаться или увеличиваться несколько раз, пока не попадет к потребителям. Поэтому в любой квартирной розетке ток переменный, а не постоянный.

Характеристика постоянного тока

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. Во время движения на них оказывают воздействие силы электрического поля и других сторонних источников. Движение положительно заряженных частиц определяет направление тока.

Если силы воздействия и направление движения не меняются, то его считают постоянным. Для того чтобы он появился, требуются свободные заряженные частицы и источник, который преобразует свою энергию в энергетику электрического поля. Движение заряженных частиц возникает в результате:

  1. Химических процессов, при которых исходные вещества превращаются новые. Такие реакции характерны для аккумуляторных батарей и гальванических элементов.
  2. Вырабатывания напряжения генераторами, в которых происходит движение проводника в магнитном поле.
  3. Воздействия света на частицы полупроводников и металлов. Такие процессы характерны для фотоэлементов.

Постоянный ток широко применяется на производстве для запуска оборудования, обладающего большим пусковым моментом. Электродвигатели позволяют регулировать скорость и сглаживать пусковой момент.

Постоянный ток широко используется и для бытовых нужд. Аккумуляторы и батарейки вырабатывают электричество напряжением от 6 до 24 В, которое применяется в автомобилях и множестве бытовых приборов.

Описание переменного электротока

Такой вид электричества вырабатывается генераторами переменного тока, в которых под воздействием электромагнитной индукции возникают электродвижущие силы. Переменный ток во время движения меняет свое направление и значение. Он нашел широкое применение благодаря способности преобразовывать силу и напряжение с небольшими энергетическими потерями. Существует однофазный и трехфазный переменный ток.

Чаще всего в быту применяется однофазное напряжение 220 В с частотой 50 Гц. Трехфазное используется в промышленных масштабах для работы крупных и мощных электрических механизмов.

Присутствует в розетке переменный ток, какой в постоянный по квартире преобразовывается в специальных устройствах, которые называются выпрямителями. Практически все бытовые электронные приборы (ноутбуки, мобильные телефоны, переносные фонари и т. д. ) работают от постоянного тока.

Методы определения напряжения

Чтобы измерить электрические показатели, существует масса способов. Самым простым методом является подключение любого электрического прибора. Таким образом можно определить только наличие напряжения в сети и работоспособность розетки.

Также можно использовать контрольную лампу с двумя проводами, если она соответствует напряжению в сети. Кроме того, для определения наличия электричества существует индикатор напряжения. Он может быть как одноконтактный, так и двухконтактный. Одноконтактным пробником можно определить только фазу в сети, нуль он не обнаруживает.

Двухполюсным индикатором можно определить показания силы между фазами, а также между нулем и фазой. Специалистами очень часто применяется универсальный прибор — мультиметр. В зависимости от положения переключателя им можно замерить любые показания в электрической цепи.

Виды и параметры розеток

Розетки хоть и являются простыми устройствами, но обладают важными функциями для обеспечения надежного и безопасного контакта между электроприборами и сетью. Современные модели этих устройств оснащены функцией защитного заземления. Для этого к ним подведен отдельный контакт.

Все устройства обязательно имеют обозначение, показывающее, сколько ампер в розетке 220 В. В настоящее время они рассчитаны на силу в 6, 10 и 16 ампер. У всех старых экземпляров это значение не превышало 6,3 ампера. Все эти значения показывают номинальную силу, которую может выдержать розетка при длительной работе.

Чтобы рассчитать, какая сила тока в розетке 220 В, необходимо мощность подключенного электроприбора разделить на напряжение в сети. Например, если подключить устройство мощностью 2,2 кВт, то сила будет составлять 10 ампер. Поэтому розетка должна соответствовать этим характеристикам, иначе она просто сгорит. Особенно это касается устройств, которые позволяют подключить сразу несколько приборов. По способу монтажа они бывают:

  • накладными;
  • встраиваемыми.

Накладные розетки используют при наружной проводке. Обычно они крепятся непосредственно на стену. С появлением угловых устройств стало возможным устанавливать их на стыке двух стен. Для скрытой электропроводки необходимо устанавливать встраиваемое оборудование. Для этого предварительно высверливают место под установку подрозетника, в который затем устанавливают основное устройство. В последнее время обычно используют встраиваемые розетки, так как они выглядят более привлекательно.

В промышленных масштабах используют мощные устройства, способные выдержать большую силу тока. К ним подключают специальное электрооборудование, обладающее огромной мощностью.

Постоянный и переменный ток — Всё о электрике

Переменный и постоянный ток: в чем разница, история развития, применение

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток – трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество».

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали – остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

  • в питании большинства бытовых приборов;
  • в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
  • для питания электроники автомобилей;
  • на кораблях и подводных лодках;
  • в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток – alternating current (AC). Постоянный ток – direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе – отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 – это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

  1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
  2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
  3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Постоянный и переменный ток: преимущества и недостатки

Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями. Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции. Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

I1 = P/U1 = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.

I2 = P/U2 = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.

Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

Pпот1 = I1 2 ∙R = 100 2 ∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

Pпот2 = I2 2 ∙R = 10 2 ∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором. А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

  1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
  2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
  3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока
  1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

  1. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока
  1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.
  2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Кроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

Также следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества. Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции. К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток – это движение электронов в проводнике, напряжение – это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, “течет” в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но – как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках – это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

  • при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
  • при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и – в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля. Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку “вверх ногами” и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше – до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц – 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них – сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это – удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции “заберет” 500 000 вольт при токе в 10 ампер и “отдаст” в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но – в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи блока питания, понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри корпуса компьютера.

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим “места обитания” постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

  1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
  2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
  3. генераторы постоянного тока
  4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
  5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше – 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

  1. генераторы
  2. различные преобразователи (трансформаторы)
  3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот в этой статье, а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками 🙂 А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше – больше! Сам родник “упаковали” в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали – святое место, значится!

И последний штрих – поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем “булькает”, а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда – “проистекает” 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата – ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему 🙂 Директор был “на коне”! Отпустил несколько “контрольных” фраз по поводу всех этих п. х технологий, таких же п. х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, “поднять” навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек – это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу 🙂

Так что помните: главное – качественное электропитание. Хороший серверный UPS (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное – приложится 🙂

На сегодня у нас – все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже – небольшое видео по теме статьи.

{SOURCE}

Как заряжать телефон постоянного тока от источника переменного тока?

Позвольте мне начать с того, что этот пост был вдохновлен потрясающей демонстрацией физики, которую я видел в секции Северной Каролины Американской ассоциации учителей физики. Версия демонстрации (которую я покажу ниже) была создана учителем физики средней школы Джеффом Регестером. Фактически, вы можете увидеть его страницу об адаптерах питания переменного тока здесь (включая эту демонстрацию).

AC против DC

Вы не можете жить без зарядного устройства для смартфона.Я это понимаю. Однако для зарядного устройства требуется источник постоянного тока. DC означает постоянный ток (это означает, что вы не можете сказать «постоянный ток» — это все равно, что сказать «постоянный ток»). Это тип тока, который вы получаете, когда подключаете батарею к лампочке. Это означает, что ток в цепи движется в одном направлении, и, надеюсь, ток в основном постоянный. Многим устройствам в вашем доме нужен постоянный ток.

Rhett Allain

Когда вы подключаете какие-либо предметы к розетке в вашем доме, вы не получаете постоянного тока. Бытовые розетки — переменный ток.Этот ток имеет частоту 60 Гц и будет выглядеть примерно так (если вы построите график зависимости тока от времени).

Этот переменный ток хорошо работает с чем-то вроде лампы накаливания, но не подходит для аккумулятора вашего смартфона.

Но почему мы используем переменный ток вместо постоянного? На то есть две причины. Во-первых, если у вас переменный ток, вы можете легко изменить напряжение с помощью трансформатора (по сути, это всего лишь две катушки с разным числом витков).Во-вторых, с переменным током вы можете использовать очень высокое напряжение для передачи по линии электропередачи. Высокое напряжение означает низкий ток в линиях электропередачи. Оказывается, вы теряете много энергии, когда передаете большие токи. Таким образом, AC позволяет более легко распределять электроэнергию на большие расстояния.

Мостовой выпрямитель

Если бы только был способ взять источник переменного тока и произвести постоянный ток. Ну конечно есть — выпрямитель мостовой. На самом деле это довольно простая схема, но она зависит от одного ключевого элемента — диода.Диод — это твердотельное устройство, которое по сути только одно. Когда ток проходит через диод в одну сторону, это как будто диода вообще нет. Когда ток проходит через диод в противоположном направлении, он имеет почти бесконечное сопротивление. В результате ток может проходить через диод только в одном направлении. Это как односторонний клапан на водопроводной трубе, за исключением тока.

Спросите у адвоката: правила кондиционирования воздуха

С этого года новые правила требуют, чтобы арендодатель обеспечивал кондиционирование воздуха в течение определенного периода времени — с 15 мая по сентябрь.15. Существует исключение, если в здании имеется двухтрубная система, то есть одно и то же оборудование используется для обеспечения отопления и кондиционирования воздуха. В таком случае арендодателю предоставляется до 1 июня перейти на кондиционирование.

Можно легко определить, есть ли в вашем здании двухтрубная система. Как правило, только большие здания — минимум 10 единиц — имеют двухтрубные системы. Если в вашем агрегате есть радиатор для тепла и воздуховод для кондиционирования воздуха, то это, скорее всего, не двухтрубная система.Если есть одна «коробка» с вентилятором внутри и для отопления, и для кондиционирования воздуха, то это, скорее всего, двухтрубная система. Если сомневаетесь, спросите арендодателя.

Чтобы определить точность термостата, поместите термометр рядом с термостатом. Используйте уличный термометр, а не медицинский. Помните, что расположение термостата может вызвать проблему. Например, если вентилятор подает холодный воздух прямо на термостат, система может отключиться до того, как остальная часть комнаты остынет в достаточной степени.Измеряйте температуру в других частях вашего устройства, но также помните, что возможны незначительные колебания.

Если у вас возникли проблемы с системой кондиционирования воздуха, сначала обратитесь к арендодателю или в офис управления. Если они не отвечают, запросите проверку жилищного кодекса в Департаменте по делам потребителей и нормативно-правовым вопросам округа Колумбия. С DCRA можно позвонить по телефону 202-442-9557 или 311.

Об адвокате

Офис адвоката арендатора округа Колумбия является независимым агентством правительства округа, предоставляющим округу юридическую помощь, отстаивание политики, обучение и информационные услуги. арендаторы.Узнайте больше и свяжитесь с агентством по адресу ota.dc.gov или 202-719-6560. В офисе говорится, что это первый голос в защиту прав арендаторов в правительстве любого штата или города в США

Сравнение переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

Пораженный громом!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Почему, переменный ток и постоянный ток, конечно же! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянный ток (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении.Электрический заряд в переменном токе (AC), с другой стороны, периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свой проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также обладает некоторыми полезными свойствами, такими как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы узнаете

  • История создания переменного и постоянного тока
  • Различные способы генерации переменного и постоянного тока
  • Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. Д.

Генерация переменного тока

переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.

Петля из проволоки скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проволоке. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:


(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в комплекте водопроводных труб, мы подключаем механический кривошип к поршню, который перемещает воду по трубам вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Формы сигналов

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенный тип переменного тока — синусоидальный. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоидальной волны

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

V P — амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

— это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз определенная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны — подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).Со временем меняется и форма нашего сигнала.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Когда вы хотите рассчитать электрическую мощность, часто бывает полезно использовать значение RMS для переменного тока. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоком напряжении (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

AC также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы представляют собой одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

DC может быть сгенерирован несколькими способами:

  • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток.
  • Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
  • Батареи вырабатывают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда бак опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Практически все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

  • Сотовые телефоны
  • D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
  • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
  • Фонари
  • Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, в следующем году приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссии. .

AC против DC

Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Фонари и двигатели могут быть подключены между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены на много миль от них и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания Эдисона по выявлению мазков

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток опаснее постоянного тока. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Возвышение AC

В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и на ней была представлена ​​первая передача трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграла контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и в Буффало начали использовать переменный ток. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 В при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 В при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри в 1880-х годах использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока, которую можно было использовать для передачи постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и высокой стоимости обслуживания систем Thury HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) можно использовать специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

В линиях

HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут исполнить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и будущее

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. С другой стороны, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие руководства, когда будете готовы погрузиться глубже в мир электроники:

и nbsp

Почему в домах используется переменный ток?

Переменный ток используется в большинстве систем распределения электроэнергии по нескольким причинам, но наиболее важной из них является легкость, с которой он может быть преобразован с одного напряжения на другое.

С

DC это сделать намного сложнее (и дороже).
(Для преобразования постоянного тока используются электронные схемы для генерации переменного тока, который затем преобразуется с помощью трансформатора и выпрямляется обратно в постоянный ток.) ​​

Огромные мощности переменного тока могут быть преобразованы практически в любое желаемое напряжение с очень низкими потерями энергии с помощью электрического трансформатора (катушки с тесно связанными магнитными полями). 2R #

Чтобы минимизировать потери энергии, важно поддерживать низкое сопротивление и ток, при этом низкий ток особенно важен, поскольку он имеет экспоненциальный эффект на потери.

Power #P = V * I # (вольт, умноженное на амперы), поэтому для данной мощности напряжение должно быть высоким, если ток остается низким.

Большие трансформаторы используются для работы линий электропередачи с высоким напряжением, чтобы свести потери к минимуму.

Но высокое напряжение опасно, особенно для жизни, поэтому приносить его в дом было бы неприемлемым риском.

Затем мощность

переменного тока легко и эффективно преобразуется в относительно безопасное напряжение на местных трансформаторах рядом с местом использования.
Это не так просто или дешево сделать с DC.

Другие причины:

  • Постоянный ток более опасен, чем переменный, для того же напряжения, потому что его труднее отпустить при прикосновении, поскольку напряжение не проходит через ноль. (Мышцы сокращаются с постоянной силой с постоянным током).
  • Электролитическая коррозия более проблематична при работе с постоянным током.
  • Дуги постоянного тока
  • не «гаснут» так легко (потому что напряжение не проходит через ноль).
  • Асинхронные двигатели переменного тока
  • просты в изготовлении и обслуживании.Двигатели постоянного тока требуют коммутатора и щеток или сложной электронной коммутации.

5 главных вещей, которые следует учитывать при аренде квартиры в DC

Лето не за горами, а это значит, что праздники, обеды на свежем воздухе и отдых у бассейна. Школа закрывается на год, поэтому это также самое популярное время года для переезда. Снять квартиру в столичном районе Вашингтона в это время может оказаться непростой задачей. После определения района и ценового диапазона, которые соответствуют вашим потребностям, необходимо учесть некоторые дополнительные моменты, чтобы сделать ваше лето в столице страны еще более приятным.

При поиске нового многоквартирного дома этим летом не забудьте поискать:

  1. Кондиционер — Летом в этой части страны бывает жарко! Убедитесь, что в многоквартирном доме, который вы хотите арендовать, есть индивидуально регулируемые системы отопления и кондиционирования воздуха, чтобы вам было комфортно в жаркие летние дни. Убедитесь, что вы знаете, будут ли включены коммунальные услуги в вашу арендную плату, чтобы не было сюрпризов с вашим бюджетом.
  2. Бассейн — Ходить на пляж или посещать общественный бассейн — это весело, но ничто не сравнится с удобством владения и управления бассейном в вашем многоквартирном доме. Если вы хотите совершить кругосветное путешествие, чтобы оставаться в форме, позагорать с друзьями или освежиться в жаркий летний день, бассейн — это незаменимое летнее украшение квартиры.
  3. Местные события — Лето с прекрасной погодой — идеальное время, чтобы насладиться всем, что может предложить ваш район.Выбирая многоквартирный дом, обязательно обращайте внимание на любые ежегодные общественные мероприятия, такие как барбекю 4 июля или близлежащие фермерские рынки, которые могут сделать жизнь еще более приятной.
  4. Общественный транспорт — Ближайшие станции метро являются обязательными для аренды квартиры недалеко от Вашингтона. Летом никогда не бывает недостатка в спортивных мероприятиях, сериях летних концертов, парадах и фестивалях, проводимых в городе и вокруг него. Будьте уверены, что вы сможете легко добраться до этих популярных событий и достопримечательностей из своего нового дома.
  5. Оценка ходьбы ® Округ Колумбия занял 7-е место в стране по пешеходной доступности в исследовании 2011 года по оценке ходьбы ® . Собираетесь ли вы на работу или прогуливаетесь, возможность ходьбы — важный компонент, который следует учитывать при аренде квартиры.

Посмотрите, что могут предложить апартаменты Polinger Shannon and Luchs. Узнайте больше о наших многоквартирных домах недалеко от Вашингтона, округ Колумбия.

Война токов: мощность переменного и постоянного тока

Это # GridWeek on Energy.губ. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени, мы проведем чат на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

Начиная с конца 1880-х годов Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, как в батарее или топливном элементе.В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США

.

Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление определенное количество раз в секунду — 60 в США — и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока.Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

Чикагская всемирная выставка, также известная как Всемирная колумбийская выставка, проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

General Electric предложила электрифицировать ярмарку с использованием постоянного тока Эдисона за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электричеством ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

В том же году компания Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse — владельцем патента Tesla на многофазный асинхронный двигатель переменного тока — контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести не только в действие Буффало, но и на весь восток Соединенных Штатов.

16 ноября 1896 г. Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила прыгнуть на поезд переменного тока.

Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода ренессанс.

Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно переменным током, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе. Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

Значит, Война Токов может еще не закончиться. Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

И все это было бы возможно без гения Теслы и Эдисона.

Примечание. Этот пост был первоначально опубликован в рамках серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

Медленное электричество: возвращение постоянного тока?

Изображение: Брайтонская электрическая световая станция, 1887 год.Стационарные паровые машины приводят в действие генераторы постоянного тока с помощью кожаных ремней. Источник.



(Эта статья переведена на французский).

Электроэнергия может производиться и распределяться с использованием переменного или постоянного тока. В случае с электричеством переменного тока ток периодически меняет направление, а напряжение меняется вместе с током. В случае электричества постоянного тока ток течет в одном направлении, а напряжение остается постоянным. Когда в последней четверти девятнадцатого века была введена передача электроэнергии, переменный и постоянный ток конкурировали за то, чтобы стать стандартной системой распределения электроэнергии — период в истории, известный как «война токов».

AC выиграл, в основном из-за его более высокой эффективности при транспортировке на большие расстояния. Электрическая мощность (выраженная в ваттах) равна току (выраженному в амперах), умноженному на напряжение (выраженному в вольтах). Следовательно, данное количество мощности может быть произведено низким напряжением с более высоким током или высоким напряжением с более низким током. Однако потери мощности из-за сопротивления пропорциональны квадрату тока. Следовательно, высокое напряжение является ключом к энергоэффективной передаче энергии на большие расстояния.[1]

Изобретение трансформатора переменного тока в конце 1800-х годов позволило легко повысить напряжение для передачи энергии на большие расстояния, а затем снова понизить его для местного использования. С другой стороны, электричество постоянного тока нельзя было эффективно преобразовать в высокое напряжение до 1960-х годов. Следовательно, было невозможно эффективно передавать мощность на большие расстояния (> 1-2 км).

Иллюстрация: динамо-машина центральной электростанции Brush Electric Company приводила в действие дуговые лампы для общественного освещения в Нью-Йорке.Начав работу в декабре 1880 года по адресу 133 West Twenty-Fifth Street, он питал цепь длиной 2 мили (3,2 км). Источник: Wikipedia Commons.

Сеть постоянного тока предполагала установку относительно небольших электростанций в каждом районе. Это было не идеально, потому что эффективность паровых двигателей, которые приводили в действие динамо-машины, зависела от их размера: чем больше паровой двигатель, тем эффективнее он становится. Кроме того, паровые машины были шумными и вызывали загрязнение воздуха, в то время как низкая транспортная эффективность постоянного тока исключала использование более удаленных чистых источников гидроэнергии.

Спустя более ста лет переменный ток по-прежнему составляет основу нашей энергетической инфраструктуры. Хотя высоковольтный постоянный ток все больше используется для транспортировки на большие расстояния, все электрические сети в зданиях основаны на переменном токе 110 В или 220 В. Низковольтные системы постоянного тока сохранились в автомобилях, грузовиках, автодомах, караванах и лодках, а также в телекоммуникационных офисах, удаленных научных станциях и убежищах для чрезвычайных ситуаций. В большинстве этих примеров устройства питаются от батарей, работающих от 12, 24 или 48 В постоянного тока.

Возобновление интереса к источникам питания постоянного тока

В последнее время два сходящихся фактора возродили интерес к распределению энергии постоянного тока. Во-первых, теперь у нас есть лучшие альтернативы децентрализованному производству электроэнергии, наиболее значительными из которых являются солнечные фотоэлектрические панели. Они не загрязняют окружающую среду, и их эффективность не зависит от их размера. Поскольку солнечные панели могут быть расположены прямо там, где есть потребность в энергии, передача энергии на большие расстояния не является обязательной. Кроме того, солнечные панели «естественным образом» производят энергию постоянного тока, как и химические батареи, которые являются наиболее практичной технологией хранения для фотоэлектрических систем.

Солнечные фотоэлектрические панели, естественно, производят энергию постоянного тока, и растущая доля наших электроприборов работает от внутренних источников постоянного тока

Во-вторых, растущая доля наших электроприборов работает от источника постоянного тока. Это верно для компьютеров и всех других электронных устройств, а также для твердотельного освещения (светодиодов), телевизоров с плоским экраном, стереооборудования, микроволновых печей и все большего количества устройств, работающих от двигателей постоянного тока с регулируемой скоростью (вентиляторы, насосы). , компрессоры и тяговые системы).В течение следующих 20 лет мы можем увидеть, что до 50% от общей нагрузки в домохозяйствах будет составлять потребление постоянного тока. [2]

DC Электростанция Ипподрома в Париже. Паровой двигатель запускает несколько динамо-машин, питающих дуговые лампы. Источник неизвестен.

В здании, которое генерирует солнечную фотоэлектрическую энергию, но распределяет ее внутри по электрической системе переменного тока, требуется двойное преобразование энергии. Во-первых, мощность постоянного тока от солнечной панели преобразуется в мощность переменного тока с помощью инвертора. Затем мощность переменного тока преобразуется обратно в мощность постоянного тока адаптерами внутренних устройств постоянного тока, таких как компьютеры, светодиоды и микроволновые печи.Эти преобразования энергии предполагают потери мощности, которых можно было бы избежать, если бы здание, работающее на солнечной энергии, было оборудовано распределительной системой постоянного тока. Другими словами, электрическая система постоянного тока может сделать солнечную фотоэлектрическую систему более энергоэффективной.

Больше солнечной энергии за меньшие деньги

Поскольку эксплуатационное использование энергии и затраты на солнечную фотоэлектрическую систему равны нулю, более высокая энергоэффективность приводит к более низким капитальным затратам, поскольку для выработки определенного количества электроэнергии требуется меньше солнечных панелей.Кроме того, нет необходимости устанавливать инвертор, который является дорогостоящим устройством, которое необходимо заменять хотя бы один раз в течение срока службы солнечной фотоэлектрической системы. Более низкие капитальные затраты также подразумевают более низкую воплощенную энергию: если требуется меньше солнечных панелей и не требуется инвертор, для производства солнечной фотоэлектрической установки требуется меньше энергии, что имеет решающее значение для повышения устойчивости технологии.

Для выработки определенного количества электроэнергии требуется меньше солнечных панелей

Аналогичное преимущество применимо к электрическим устройствам.В здании с распределением мощности постоянного тока внутренние электрические устройства постоянного тока могут избавиться от всех компонентов, которые необходимы для преобразования переменного тока в постоянный. Это сделает их более простыми, дешевыми, надежными и менее энергоемкими в производстве. Адаптеры переменного / постоянного тока (которые могут быть размещены во внешнем источнике питания или в самом устройстве) часто являются компонентом, ограничивающим срок службы внутренних устройств постоянного тока, и они довольно значительны по размеру. [2]

Иллюстрация: Драйвер питания для светодиодной лампы мощностью 35 Вт.[3] Все части, необходимые для преобразования переменного тока в постоянный, отмечены.

Например, для светодиодной лампы примерно 40% печатной платы занято компонентами, необходимыми для преобразования переменного тока в постоянный. [3] Адаптеры переменного / постоянного тока имеют больше недостатков. В результате сомнительной коммерческой стратегии они обычно относятся к конкретному устройству, что приводит к пустой трате ресурсов, денег и места. Более того, адаптер продолжает использовать энергию, когда устройство не работает, и даже когда устройство не подключено к нему.

Распределение питания постоянного тока сделает устройства более простыми, дешевыми, надежными и менее энергоемкими для производства

И последнее, но не менее важное: низковольтные сети постоянного тока (до 24 В) считаются безопасными от поражения электрическим током или возгорания, что позволяет электрикам устанавливать относительно простую электропроводку без заземления или металлических распределительных коробок и без защиты от прямого контакта. [4, 5, 6] Это еще больше увеличивает экономию средств и позволяет вам самостоятельно установить солнечную систему.Мы продемонстрируем такую ​​систему DIY в следующей статье, где мы также объясним, как получить устройства постоянного тока или преобразовать устройства переменного тока в постоянный ток.

Сколько энергии можно сэкономить?

Важно отметить, однако, что преимущество энергосберегающей сети постоянного тока не является очевидным. Экономия энергии может быть значительной, но она также может быть очень маленькой или даже отрицательной. То, является ли постоянный ток хорошим выбором, зависит в основном от пяти факторов: конкретных потерь преобразования в адаптерах переменного / постоянного тока всех устройств, времени «нагрузки» (потребления энергии), наличия накопителя электроэнергии, длина распределительных кабелей и мощность электроприборов.

Отсутствие инвертора приводит к вполне предсказуемой экономии энергии. Это касается только одного устройства с довольно фиксированным КПД (+ 90% — хотя КПД может упасть примерно до 50% при низкой нагрузке). Однако этого нельзя сказать о AC / DC-адаптерах. Мало того, что адаптеров столько же, сколько и устройств с внутренним постоянным током, их эффективность преобразования также сильно различается: от менее 50% для устройств с низким энергопотреблением до более 90% для устройств с высоким энергопотреблением. [6, 7, 8]

Следовательно, общие потери энергии адаптеров переменного / постоянного тока могут сильно отличаться в зависимости от того, какие приборы используются в здании и как они используются.Как и инверторы, адаптеры тратят относительно больше энергии, когда используется мало энергии, например, в режимах ожидания или с низким энергопотреблением. [8]

Потери преобразования в адаптерах самые высокие для DVD / VCR (31%), домашнего аудио (21%), персональных компьютеров и сопутствующего оборудования (20%), перезаряжаемой электроники (20%), освещения (18%) и телевизоров (15%). %). Потери электроэнергии ниже (10-13%) для более приземленных приборов, таких как потолочные вентиляторы, кофеварки, посудомоечные машины, электрические тостеры, обогреватели, микроволновые печи, холодильники и т. Д.[8].

Освещение и компьютеры (которые имеют высокие потери переменного / постоянного тока) обычно составляют большую долю от общего потребления электроэнергии в офисах, магазинах и институциональных зданиях. В домах есть более разнообразная бытовая техника, в том числе устройства с меньшими потерями переменного / постоянного тока. Следовательно, система постоянного тока обеспечивает большую экономию энергии в офисах, чем в жилых зданиях.

Наибольшее преимущество в центрах обработки данных, где компьютеры являются основной нагрузкой. Некоторые центры обработки данных уже перешли на системы постоянного тока, даже если они не работают от солнечной энергии.Поскольку большой адаптер более эффективен, чем множество маленьких адаптеров, преобразование переменного тока в постоянный на локальном уровне (с использованием выпрямителя большого объема), а не на отдельных серверах, может обеспечить экономию энергии от 5 до 30%. [6, 9] [10, 11]

Важность накопления энергии

Если мы предположим, что потери энергии в инверторе составляют 10%, а средние потери 15% для всех адаптеров переменного / постоянного тока, мы ожидаем экономии энергии около 25% при переключении на распределение постоянного тока в здании с солнечными фотоэлектрическими батареями.Однако такая значительная экономия не гарантируется. Начнем с того, что большинство зданий, работающих на солнечной энергии, подключены к электросети. Они не хранят солнечную энергию в местных батареях, а полагаются на сеть, чтобы справиться с излишками и дефицитом.

В здании с солнечными батареями с чистым счетчиком только нагрузки, совпадающие с мощностью солнечной энергии, могут получить выгоду от сети постоянного тока

Это означает, что избыточная солнечная энергия должна быть преобразована из постоянного тока в переменный ток, чтобы отправить ее в электрическую сеть, в то время как мощность, полученная из сети, должна быть преобразована из переменного тока в постоянный ток, чтобы быть совместимой с системой распределения электроэнергии здание.Следовательно, в здании с солнечными фотоэлектрическими батареями с чистым счетчиком только нагрузки, совпадающие с выходной мощностью фотоэлектрических солнечных батарей, могут получить выгоду от сети постоянного тока.

Ранние электростанции постоянного тока имели по динамо-машине для каждой лампочки. Источник неизвестен.

Еще раз, это означает, что преимущества эффективности системы постоянного тока обычно больше в коммерческих зданиях, где большая часть потребления электроэнергии совпадает с выходом постоянного тока из солнечной системы. В жилых домах, с другой стороны, потребление энергии часто достигает пика по утрам и вечерам, когда солнечная энергия практически отсутствует.

Следовательно, есть лишь небольшое преимущество, которое можно получить от системы постоянного тока в жилом доме с сетевым счетчиком, поскольку большая часть электроэнергии в любом случае будет преобразована в переменный ток или из него. Недавнее исследование подсчитало, что система постоянного тока может повысить энергоэффективность американского дома с солнечной батареей и сетевым счетчиком в среднем всего на 5% — это средний показатель для 14 домов по США. [12] [13]

Автономные солнечные системы

Чтобы полностью реализовать потенциал сети постоянного тока, особенно когда это касается жилого дома, нам необходимо хранить солнечную энергию в местных батареях.Таким образом, система может хранить и использовать энергию постоянного тока. Хранение энергии может происходить в автономной системе, которая полностью независима от сети, но добавление некоторого количества аккумуляторов к зданию с сетевым счетчиком также улучшает преимущества системы постоянного тока. Однако накопление энергии добавляет еще один вид потерь энергии: потери при зарядке и разрядке батарей. КПД для свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 70-80%, а для литий-ионных — около 90%.

К сожалению, накопление энергии приводит к еще одному типу потерь энергии — потерям при зарядке и разрядке батарей — и сводит на нет экономические преимущества системы постоянного тока

Точное количество энергии, которое можно сэкономить с помощью локального аккумулятора, опять же зависит от времени загрузки.Электроэнергия, потребляемая в течение дня, когда батареи полностью заряжены, не вызывает потерь при зарядке и разрядке. В этом случае экономия энергии в системе постоянного тока может составить 25% (10% при отказе от инвертора и 15% при отказе от адаптеров).

Однако электричество, используемое после захода солнца, снижает экономию энергии до 15% для литий-ионных аккумуляторов и от -5% до + 5% для свинцово-кислотных аккумуляторов. На самом деле, электричество, вероятно, будет использоваться как до, так и после захода солнца, так что повышение эффективности будет где-то между этими крайностями (от -5% до 25% для свинцово-кислотных и 15-25% для литий-ионных).

Кенсингтонский суд: паровой двигатель, динамо-машина и батареи. Источник: Central-Station Electric Lighting, Killingworth Hedges, 1888.

С другой стороны, аккумуляторная батарея дает дополнительное преимущество: меньше или — в полностью независимой системе — нет дополнительных потерь энергии при передаче и распределении электроэнергии переменного тока на большие расстояния. Эти потери сильно различаются в зависимости от местоположения. Например, средние потери при передаче составляют всего 4% в Германии и Нидерландах, 6% в США и Китае и от 15 до 20% в Турции и Индии.[14] [15]

Если мы добавим еще 7% экономии энергии за счет предотвращения потерь при передаче, автономная система постоянного тока может обеспечить экономию энергии от 2% до 32% для свинцово-кислотных аккумуляторов и от 22% до 32% для литий-ионных аккумуляторов. , в зависимости от сроков загрузки.

В автономной системе постоянного тока потребление электроэнергии можно удовлетворить с помощью солнечной системы, которая на одну пятую или треть меньше, в зависимости от типа используемых батарей

Предполагая, что потребление энергии составляет 50% в течение дня и 50% энергии в ночное время, мы получаем прирост на 17% для автономной системы с использованием свинцово-кислотных аккумуляторов и 27% для литий-ионных аккумуляторов.Это означает, что использование электроэнергии можно удовлетворить с помощью солнечной системы, которая на одну пятую или треть меньше, соответственно. Общая экономия затрат останется немного больше, потому что нам по-прежнему не нужен инвертор, а затраты на установку ниже или отсутствуют вовсе.

К сожалению, внедрение накопителя электроэнергии на месте снова увеличивает капитальные затраты, потому что нам нужно вкладывать средства в батареи. Это сведет на нет то преимущество в стоимости, которое мы получили при выборе системы постоянного тока. То же самое и с энергией, инвестируемой в производственный процесс: автономная система постоянного тока требует меньше энергии для производства солнечных панелей, но требует, по крайней мере, такого же потребления энергии для производства батарей.

Однако мы должны сравнивать яблоки с яблоками: автономная солнечная система постоянного тока дешевле и более энергоэффективна, чем автономная система переменного тока, и это главное. Анализ жизненного цикла солнечных систем с нетто-счетчиком не соответствует действительности, поскольку игнорирует важный компонент систем солнечной энергии.

Кабельные потери

Однако есть еще один важный момент. Как мы видели, потери мощности из-за сопротивления пропорциональны квадрату тока.Следовательно, низковольтные сети постоянного тока имеют относительно высокие потери в кабеле внутри здания. Есть два способа, которыми потери в кабеле могут сделать выбор системы постоянного тока контрпродуктивным. Первый — это использование устройств высокой мощности, а второй — использование очень длинных кабелей.

Регулировка напряжения на ранней электростанции. Источник неизвестен.

Потери энергии в кабелях равны квадрату силы тока (в амперах), умноженного на сопротивление (в омах). Сопротивление определяется длиной, диаметром и проводящим материалом кабелей.Медный провод сечением 10 мм2, распределяющий мощность 100 Вт при 12 В (8,33 А) на расстояние 10 метров, дает приемлемые потери энергии в размере 3%. Однако при длине кабеля 50 метров потери энергии становятся 16%, а на длине 100 метров потери энергии составляют 32% — этого достаточно, чтобы свести на нет преимущества эффективности сети постоянного тока даже в самом оптимистичном сценарии. .

Относительно высокие потери энергии в кабелях ограничивают использование приборов большой мощности

Относительно высокие потери в кабеле также ограничивают использование мощных устройств.Если вы хотите запустить микроволновую печь мощностью 1000 Вт в сети 12 В постоянного тока, потери энергии в сумме составят 16% при длине кабеля всего 1 метр и увеличатся до 47% при длине кабеля 3 метра.

Очевидно, низковольтная сеть постоянного тока не подходит для таких устройств, как стиральные машины, посудомоечные машины, пылесосы, электрические плиты, электрические духовки или водогрейные котлы. Обратите внимание, что в этом отношении важно использование power , а не энергии . Использование энергии равно использованию энергии, умноженному на время.Холодильник потребляет гораздо больше энергии, чем микроволновая печь, потому что он работает 24 часа в сутки, но его потребление энергии может быть достаточно небольшим, чтобы работать от сети постоянного тока.

Потери в кабеле также ограничивают комбинированное энергопотребление маломощных устройств. Если предположить, что длина распределительного кабеля 12 В составляет 12 метров, и мы хотим сохранить потери в кабеле ниже 10%, то суммарное энергопотребление всех устройств ограничено примерно 150 Вт (потери в кабеле 8,5%). Например, это позволяет одновременно использовать два портативных компьютера (мощностью 20 Вт каждый), холодильник постоянного тока (45 Вт) и пять светодиодных ламп мощностью 8 Вт (всего 40 Вт), что оставляет еще 25 Вт мощности для пара устройств поменьше.

Как ограничить потери в кабеле

Есть несколько способов обойти потери распределения в низковольтной системе постоянного тока. Если это касается нового здания, его пространственная планировка может значительно ограничить длину распределительного кабеля. Например, голландским исследователям удалось сократить общую длину кабеля в доме с 40 до 12 метров. Они сделали это, переместив кухню и гостиную (где используется большая часть электроэнергии) на первый этаж, чуть ниже крыши (где находятся солнечные батареи), а спальни переместили на первый этаж.Они также сгруппировали большинство приборов в центральной части здания, прямо под солнечными батареями (см. Иллюстрацию ниже). [16]

Еще один способ уменьшить потери в кабеле — установить несколько независимых солнечных систем на одну или две комнаты. Возможно, это единственный способ решить проблему в большом существующем здании, которое спроектировано без учета системы постоянного тока. Хотя эта стратегия подразумевает использование дополнительных контроллеров заряда солнечной энергии, она может значительно снизить потери в кабеле.Такой подход также позволяет потреблять мощность всех приборов выше 150 Вт.

Установка независимых солнечных систем для одной или двух комнат — один из способов ограничения потерь в кабелях и увеличения общего потребления энергии

Третий способ ограничить потери в кабеле — выбрать более высокое напряжение: 24 или 48 В вместо 12 В. Поскольку потери энергии увеличиваются пропорционально квадрату тока, удвоение напряжения с 12 до 24 В снижает потери в кабеле в 4 раза, а переключение на 48 В уменьшает их в шестнадцать раз.Этот подход также позволяет использовать устройства с более высокой мощностью и увеличивает общую мощность, которая может использоваться системой постоянного тока. Однако у более высоких напряжений есть и недостатки.

Во-первых, большинство низковольтных устройств постоянного тока, представленных в настоящее время на рынке, работают от 12 В, поэтому использование сети 24 или 48 В постоянного тока предполагает использование большего количества адаптеров постоянного / постоянного тока, которые понижают напряжение, а также имеют потери преобразования. Во-вторых, более высокие напряжения (выше 24 В) лишают системы постоянного тока преимуществ безопасности. В центрах обработки данных и офисах, а также в американских жилых домах в упомянутом выше исследовании, электричество постоянного тока распределяется по всему зданию с напряжением 380 В, но для этого требуются такие же строгие меры безопасности, как и с электричеством 110 или 220 В переменного тока.[17]

Медленное электричество

Укорочение кабеля или увеличение напряжения вдвое до 24 В по-прежнему не позволяет использовать мощные устройства, такие как микроволновая печь или стиральная машина. Есть два способа решить эту проблему. Первый — это установка гибридной системы переменного / постоянного тока. В этом случае сеть постоянного тока настраивается для устройств с низким энергопотреблением, таких как светодиодные фонари (<10 Вт), ноутбуки (<20 Вт), телевизор (30-90 Вт) и холодильник (<50 Вт), в то время как отдельная сеть переменного тока настраивается для устройств большой мощности.Это подход для домов и небольших офисов, который продвигает EMerge Alliance, консорциум производителей продуктов постоянного тока, который разработал стандарт для гибридной системы 24 В постоянного тока / 110–220 В переменного тока. [18]

В конце 19 века единственной электрической нагрузкой в ​​домах было освещение.

На устройства с низким энергопотреблением приходится (в среднем) 35-50% общего потребления электроэнергии в доме. Даже в лучшем случае (50% нагрузки) гибридная система вдвое уменьшает выигрыш от энергоэффективности, который мы рассчитали выше, в результате чего экономия энергии составляет всего 8.От 5% до 13,5%, в зависимости от типа используемых батарей. Эти цифры будут еще ниже из-за потерь в кабеле. Короче говоря, гибридная система переменного / постоянного тока дает довольно небольшую экономию энергии, которую можно легко стереть с помощью эффектов отскока.

Второй способ решить проблему мощных устройств — просто не использовать их. Это подход, который используется в парусных лодках, автодомах и караванах, где поддерживающая система распределения переменного тока просто не подходит. Это наиболее устойчивое решение с учетом ограничений мощности постоянного тока, потому что в этом случае выбор постоянного тока также приводит к снижению потребности в энергии .Таким образом, общая экономия энергии может стать намного больше, чем рассчитанные выше 17–27%, и тогда у нас, наконец, есть радикально лучшее решение, которое может иметь значение.

Один из способов решить проблему устройств большой мощности — просто не использовать их — это подход, который используется в парусных лодках, автодомах и караванах

Очевидно, что эта стратегия подразумевает изменение нашего образа жизни. Это будет означать, что электричество используется только для освещения, электроники и охлаждения, в то время как неэлектрические альтернативы выбираются для всех других приборов.Не случайно, это очень похоже на то, как работали сети постоянного тока в конце девятнадцатого века, когда единственная электрическая нагрузка была для освещения — сначала дуговые лампы, а затем лампы накаливания.

Таким образом, не мыть посуду в посудомоечной машине, а мыть посуду вручную. Никакой стиральной машины, но стирка в прачечной или с помощью ручной машины. Нет сушилки, но есть веревка для белья. Никаких удобных и экономящих время кухонных приборов, таких как электрические чайники, микроволновые печи и кофеварки, но традиционная кухонная плита, работающая на (био) газе, солнечная плита или ракетная плита.Никакого пылесоса, а только метла и взбиватель ковров. Без морозильника, но свежие ингредиенты. Никакого электрического водогрейного котла, зато есть солнечный бойлер и небольшая стирка у раковины, если не светит солнце. Не электромобиль, а велосипед.

Чтобы понять, что возможно, мы преобразовываем штаб-квартиру Low-tech Magazine в автономную систему с напряжением 12 В постоянного тока — подробнее об этом в следующем посте.

Автор Крис Де Деккер. Под редакцией Дженны Коллетт.


СТАТЬИ ПО ТЕМЕ:

ИСТОЧНИКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

[1] Существует аналогия с гидравлической мощностью: электрическое напряжение соответствует давлению воды, а электрический ток — потоку воды.Изобретение гидроаккумулятора в 1850-х годах позволило повысить давление воды и, таким образом, обеспечить эффективную транспортировку гидроэнергии на большие расстояния.

[2] Исследование и моделирование микросети постоянного тока с упором на эффективность, использование материалов и экономические ограничения (PDF), Simon Willems & Wouter Aerts, 2013-14

[3] Решетки постоянного тока для светодиодного освещения, LED professional

[4] Предварительное исследование микросетей постоянного тока: оценка технических и экономических выгод, Скотт Бакхаус и др., Март 2015

[5] Микросети постоянного тока и преимущества местного электричества, Раджендра Сингх и Кришна Шенай, IEEE Spectrum, 2014 г.

[6] Сравнение стоимости и эффективности постоянного и переменного тока в офисных зданиях (PDF), Джузеппе Лаудани, 2014

[7] Месть Эдисона, The Economist, 2013

[8] Каталог устройств постоянного тока и систем питания, Карина Гарбеси, Вагелис Воссос и Хунся Шен, 2011 г.

[9] Сеть зданий постоянного тока и системы хранения для интеграции BIPV, J.Хофер и др., CISBAT 2015, 2015

[10] Однако питание постоянным током в центрах обработки данных не принесет нам менее энергоемкого Интернета — наоборот.

[11] Также обратите внимание, что эффективность адаптеров переменного / постоянного тока может быть значительно улучшена, особенно для устройств с низким энергопотреблением. Многие «настенные бородавки» напрасно расточительны, потому что производители электроприборов хотят снизить затраты. Если это изменится, например, из-за новых законов, преимущество перехода на сеть постоянного тока станет меньше.

[12] Экономия энергии от прямого постоянного тока в жилых домах в США, Вагелис Фоссос и др., В Energy and Buildings, 2014

[13] В этом исследовании в зданиях используется комбинация 24 В постоянного тока для маломощных нагрузок и 380 В постоянного тока для устройств большой мощности и для распределения мощности постоянного тока по всему дому для ограничения потерь в кабеле.

[14] Потери при передаче и распределении электроэнергии (% от выпуска), Всемирный банк, 2014 г.

[15] Сельские районы обычно несут более высокие потери, чем городские районы, и одинокая линия деления, расходящаяся в сторону сельской местности, может привести к очень высоким потерям.

[16] Концепция дома с низким напряжением постоянного тока (PDF), Мааике Фридеман и др., Конференция по устойчивому строительству 2002 г.

[17] Последний — и довольно безнадежный — способ снизить потери при распределении — использовать более толстые кабели. Сопротивление в электрических проводах можно уменьшить не только за счет укорачивания кабелей, но и за счет увеличения их диаметра (здесь диаметр относится к медной жиле).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *