Что такое постоянный ток и переменный простыми словами с примерами

Переменный ток и постоянный ток: отличие

В чём разница переменного и постоянного тока

Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, ионов) в некотором направлении. А его величину охарактеризовать числом заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.

Если величина заряженных частиц в 1 кулон проходит через определенное сечение проводника за время в 1 секунду, тогда можно говорить о силе тока в 1 ампер протекающего через проводник. Таким образом определяется количество ампер или сила тока. Это общее понятие тока. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.

Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлением и не меняет его со временем. Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и величину со временем. Если графически постоянный ток отображается как прямая линия, то переменный ток течет по проводнику по закону синуса и графически отображается как синусоида.

Графическое изображение постоянного тока

Так как переменный ток меняется по закону синусоиды, то он имеет такие параметры как период полного цикла, время которого обозначается буквой Т. Частота переменного тока обратна периоду полного цикла. Частота переменного тока выражается числом полных периодов в определенный промежуток времени (1 сек).

Графическое изображение переменного тока

Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1/Т, где период для 50 Гц равен 0,02 сек. F =1/0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный ток английскими буквами AC и знаком «

». Постоянный ток имеет обозначение DC и значок «-». Кроме того переменный ток может быть однофазным или многофазным. В основном используется трехфазная сеть.

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения — это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали — Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

Источник

Чем отличается переменный ток от постоянного — объяснение простыми словами

Основное отличие переменного тока от постоянного. Как получают каждый из этих токов.

Определение

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.

Переменный ток (Alternative Current – AC) отличается от постоянного (Direct Current – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении. Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени. Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).

Для так сказать чайников в электрике изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:

Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток. Вы можете видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.

Если сказать по-простому, то разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах. Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля. Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).

Происхождение

Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.

Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.

Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.

Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.

Формулы для расчета постоянного тока

Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:

Мощность также просто рассчитываются:

Формулы для расчета переменного тока

В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:

Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.

Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:

wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.

На видео ниже более подробно рассказывается, в чем отличие переменного тока от постоянного:

Источник

Чем отличаются и где используются постоянный и переменный ток

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

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

Что такое электрический ток и напряжение

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

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

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

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

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

Что такое переменный ток

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

Что такое постоянный ток

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

Источники электрического тока

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

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

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

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

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

Преобразование переменного тока в постоянный

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

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

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

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

Где используется и в чём преимущества переменного и постоянного тока

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

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

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

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

Обозначения на электроприборах и схемах

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

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

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

Почему переменный ток используется чаще

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

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

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

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

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

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

Что такое короткое замыкание по-простому?

Какие существуют виды источников электрического тока?

Способы вычисления потребления электроэнергии бытовыми приборами

Как пользоваться мультиметром – измерение напряжения, силы тока и сопротивления

Что такое фазное и линейное напряжение?

Сравнение основных параметров светодиодных ламп и ламп накаливания, таблица соответствия мощности и светового потока

Источник

Постоянный и переменный ток для чайников – советы электрика

Чем отличается переменный ток от постоянного — объяснение простыми словами

В электричестве есть два рода тока – постоянный и переменный. Устройства также требуют для питания один или другой вид тока. От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность после подключения к неправильному питанию. Чем отличается переменный ток от постоянного мы расскажем в этой статье, дав краткий ответ наиболее простыми словами.

Определение

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Так звучит определение из учебника по физике. Простыми словами можно перевести так, что у его составляющих всегда есть какое-то направление. Собственно, это направление и является определяющем в сегодняшнем разговоре.

Переменный ток (Alternative Current – AC) отличается от постоянного (Direct Current – DC) тем, что у последнего электроны (носители заряда) всегда движутся в одном направлении.

Соответственно отличием переменного тока является то, что направление движения и его сила зависят от времени.

Например, в розетке направление и величина напряжения, соответственно и сила тока, изменяется по синусоидальному закону с частотой в 50 Гц (50 раз за секунду изменяется полярность между проводами).

Для так сказать чайников в электрике изобразим это на графике, где по вертикальной оси изображена полярность и напряжение, а по горизонтальной время:

Красной линией изображено постоянное напряжение, оно остаётся неизменным с течением времени, разве что изменяется при коммутации мощной нагрузки или КЗ. Зелеными волнами показан синусоидальный ток.

Вы можете видеть, что он протекает то в одну, то в другую сторону, в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу.

Если сказать по-простому, то разницей в этих двух примерах является то, что у постоянки всегда плюс и минус находятся на одних и тех же проводах.

Если говорить о переменном, то в электроснабжении используют понятия фазы и нуля.

Если рассматривать по аналогии с постоянкой, то фаза и ноль являются плюсом и минусом, только полярность меняется 50 раз в секунду (в США и ряде других стран 60 раз в секунду, а в самолётах более 400 раз).

Происхождение

Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Постоянный ток можно получить из гальванических элементов, например, батареек и аккумуляторов.

Также его можно получить с помощью динамомашины – это устаревшее название генератора постоянного тока. Кстати с их помощью генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом говорили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне идей между Теслой и Эдисоном. Позже так называли небольшие генераторы для питания велосипедных фар.

Переменный ток добывают также с помощью генераторов, в наше время в основном трёхфазных.

Также и то и другое напряжение можно получить с помощью полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы можете выпрямить переменный ток или получить его же, преобразовав постоянный.

Формулы для расчета постоянного тока

Разницей между переменкой и постоянкой являются и формулы для расчетов процессов, происходящих в цепи. Так сопротивление рассчитываются по Закону Ома для участка цепи или для полной цепи:

E=I/(R+r)

Мощность также просто рассчитываются:

Формулы для расчета переменного тока

В расчётах цепей переменного тока разница в формулах обусловлена отличием процессов, протекающих в емкостях и индуктивностях. Тогда формула закона Ома будет для активного сопротивления:

Здесь 1/wC и wL – емкостное и индуктивное реактивные сопротивления, а w – угловая частота, она равна 2пиF.

Для цепи с ёмкостью и индуктивностью:

wL-1/wC – это реактивное сопротивление, оно обозначается как Z.

На видео ниже более подробно рассказывается, в чем отличие переменного тока от постоянного:

Материалы по теме:

Чем отличается переменный ток от постоянного

Сам по себе электрический ток представляет собой ничто иное, как происходящее в упорядоченном виде движение всех заряженных частиц в газах, электролитах и металлических объектах.

К данным элементам, несущим определенный заряд, относятся ионы и электроны.

Сегодня мы постараемся прояснить, чем отличается переменный ток от постоянного, ведь на практике приходится часто сталкиваться с обоими видами.

Характеристики постоянного тока

Direct Current или DC так по-английски обозначают подобную разновидность, для которой присуще свойство на протяжении любого отрезка времени не менять свои параметры. Маленькая горизонтальная черточка или две параллельные со штриховым исполнением одной из них – графическое изображение постоянного тока.

Область применения – большинство моделей бытовых электроприборов и электронных устройств, включая компьютерную технику, телевизоры и гаджеты, использование в домашних сетях и автомобилях. Для преобразования переменного тока в постоянный в зоне розетки применяются трансформаторы напряжения с наличием выпрямителей или специализированные блоки питания.

В качестве широко распространенного примера потребления постоянного тока можно привести практически все электроинструменты, которые эксплуатируются с батареями. Аккумуляторное устройство остается в любом случае источником питания постоянного типа. Преобразование в переменный достигается в случае необходимости при помощи инверторов – специальных элементов.

В чем заключается принцип работы переменного тока

Английская аббревиатура АС (Alternating Current) обозначает ток, меняющий на временных отрезках свое направление и величину. Отрезок синусоиды «

» – его условная маркировка на приборах. Применяется также нанесение после этого значка и других характеристик.

Ниже приведен рисунок с главными характеристиками данного вида тока – номинальными показателями частоты и действующего напряжения.

Следует отметить особенности изменения на левом графике, выполненном для однофазного тока, величины и направления напряжения с осуществлением перехода на ноль за определенный промежуток времени Т. На одну треть периода выполняется смещение трех синусоид при трехфазном токе на другом графике.

Отметками «а» и «б» обозначены фазы. Любой из нас имеет представление о наличии в обычной розетке 220В. Но для многих будет открытием, что максимальное или именуемое по-другому амплитудным значение больше действующего на величину равную корню из двух и составляет 311 Вольт.

Очевидно, что в случае с током постоянного вида параметры направления и напряжения остаются неизменными, а вот для переменного наблюдается трансформация данных величин. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Переходим к частоте. Под этим понятием подразумевают отношение периодов (полных циклов) к условной единице временного отрезка меняющегося тока. Данный показатель измеряется в Герцах. Стандартная европейская частота – 50, в США применяемый норматив – 60Г.

Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние.

Переменный ток присутствует при прямом подключении приборов потребления к электрощитам и в розетках.

По какой причине здесь отсутствует постоянный ток? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов.

Эта методика остается лучшим способом передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Номинальное напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, на выходе составляет порядка 330 000-220 000 Вольт.

На подстанции, расположенной в зоне потребления, происходит трансформация данной величины до показателей 10 000В с переходом в трехфазный вариант 380 Вольт. Выполняется подача в отдельный дом и на вашу квартиру попадает напряжение однофазного типа.

Напряжение между нулем и фазой составит 220 В, а в щите между разными фазами подобный показатель равняется 380 Вольт.

Преобразование переменного тока в постоянный

Для варианта подобной трансформации оптимальный способ – использование выпрямителей:

Изменения в результате снижения пульсации отображены в синем цвете.

Преобразователь постоянного тока в переменный

В данном случае процесс выглядит достаточно сложным. Инвертор – стандартный прием в бытовых условиях, представляет собой генератор напряжения периодического вида, получаемого из приближенного к синусоиде постоянного.

Высокие цены на подобное устройство обусловлены сложностью конструкции. Стоимость в значительной степени обусловлена максимальной мощностью тока на выходе.

Применяется в довольно редких ситуациях. Например, в случае необходимости подсоединить к электросети автомобиля какой-то инструмент или приборы.

Чем отличается постоянный ток от переменного

Постоянный и переменный ток

В предыдущей статье, что такое электрический ток ты узнал, как происходит упорядоченное движение электронов в замкнутой цепи. Теперь, я расскажу тебе, каким бывает электрический ток. Электрический ток бывает постоянный и переменный.

Чем отличается переменный ток от постоянного? Характеристики постоянного тока.

Постоянный ток

Direct Current или DC так по-английски обозначают электрический ток который на протяжении любого отрезка времени не меняет направление движения и всегда движется от плюса к минусу.

На схеме обозначается как плюс (+) и минус (-), на корпусе прибора, работающего от постоянного тока наносят обозначение в виде одной (-) или (=) полос.

Важная особенность постоянного электрического тока – это возможность его аккумулирования, т.е. накопления в аккумуляторах или получения его за счет химической реакции в батарейках.

Множество современных переносных электрических устройств, работают, используя накопленный электрический заряд постоянного тока, который находится в аккумуляторах или батарейках этих самых устройств.

Переменный ток

(Alternating Current) или АС английская аббревиатура обозначающая ток, который меняет на временном отрезке свое направление и величину. На электрических схемах и корпусах электрических аппаратов, работающих от переменного тока, символ переменного тока обозначают как отрезок синусоиды «

Если говорить о переменном токе простыми словами, то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное.

На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние.

Иными словами в электрической розетке, которая есть в каждом доме и куда мы включаем утюги и пылесосы, плюс с минусом на правой и левой клеммах розетки будет меняться местами с частотой 50 раз в секунду – это и есть, частота переменного тока.

Для чего нужен такой “переменчивый “ переменный ток, почему не использовать только постоянный? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов.

Использование переменного тока позволяет передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, составляет порядка 330 000-220 000 Вольт.

Такое напряжение нельзя подавать в дома и квартиры, это очень опасно и сложно с технической стороны.

Поэтому переменный электрический ток с электростанций подается на электрические подстанции, где происходит трансформация с высокого напряжения на более низкое, которое мы используем.

Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель”. Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Переменный ток, в отличие от тока неизменного, безпрерывно меняется как по величине, так и по направлению, при этом конфигурации эти происходят временами, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтоб вызвать в цепи таковой ток, употребляются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, временами изменяющуюся по величине и направлению.
Такие источники именуются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простого генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, сделанная из медной проволоки, укреплена на оси и с помощью ременной передачи крутится в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь совместно с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Набросок 1. Схема простого генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство вправду является
источником переменной ЭДС.

Представим, что магнит делает меж своими полюсами равномерное магнитное поле, т. е. такое, в каком плотность магнитных силовых линий в хоть какой части поля однообразная.

вращаясь, рамка пересекает силовые полосы магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б индуктируются ЭДС.

Стороны же в и г рамки — нерабочие, потому что при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, как следует, не участвуют в разработке ЭДС.

В хоть какой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, обратна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом несложно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки.

Для этого нужно ладонь правой руки расположить так, чтоб она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в какой мы желаем найти направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке.

При всем этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС меняется в ней на оборотное, потому что любая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под различными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также меняется, потому что меняется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые полосы магнитного поля.

Вправду, в то время, когда рамка подходит к собственному вертикальному положению и проходит его, скорость скрещения силовых линий сторонами рамки бывает большей, и в рамке индуктируется большая ЭДС.

В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны вроде бы скользят повдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким макаром, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, временами изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для сотворения тока во наружной цепи.

Используя явление электрической индукции, можно получить переменную ЭДС и, как следует, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается сильными генераторами, приводимыми во вращение паровыми либо водяными турбинами и движками внутреннего сгорания.

Графическое изображение неизменного и переменного токов

Графический способ дает возможность наглядно представить процесс конфигурации той либо другой переменной величины зависимо от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся со временем, начинают с построения 2-ух взаимно перпендикулярных линий, именуемых осями графика. Потом на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в неком масштабе, — значения той величины, график которой собираются выстроить (ЭДС, напряжения либо тока).

На рис. 2 графически изображены неизменный и переменный токи. В этом случае мы откладываем значения тока, при этом ввысь по вертикали от точки скрещения осей О откладываются значения тока 1-го направления, которое принято именовать положительным, а вниз от этой точки — обратного направления, которое принято именовать отрицательным.

Набросок 2. Графическое изображение неизменного и переменного
тока

Сама точка О служит сразу началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и ввысь) и времени (по горизонтали на право). По другому говоря, этой точке соответствует нулевое
значение тока и тот исходный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в предстоящем будет изменяться ток.

Убедимся в корректности построенного на рис. 2, а графика неизменного
тока величиной 50 мА.

Потому что этот ток неизменный, т. е. не меняющий со временем собственной величины и направления, то разным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е.
50 мА.

Как следует, в момент времени, равный нулю, т. е. в исходный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА.

Отложив по вертикальной оси ввысь отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы должны сделать и для последующего момента
времени, соответственного точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально ввысь отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка обусловит нам вторую точку графика.

Проделав схожее построение для нескольких следующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением неизменного тока величиной 50 мА.

Построение графика переменной ЭДС

Перейдем сейчас к исследованию графика переменной ЭДС. На рис. 3 в верхней части показана рамка, крутящаяся в магнитном поле, а понизу дано графическое

изображение возникающей переменной ЭДС.

Набросок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем умеренно крутить рамку по часовой стрелке и проследим за ходом конфигурации в ней ЭДС, приняв за исходный момент горизонтальное положение рамки.

В этот исходный момент ЭДС будет равна нулю, потому что стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответственное моменту
t = 0, изобразится точкой 1.

При предстоящем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до того времени, пока рамка не достигнет собственного вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся ввысь кривой, которая добивается собственной верхушки

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и свалится до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Как следует, за время, соответственное половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до большей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При предстоящем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет равномерно возрастать по величине, но направление ее уже поменяется на оборотное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и размещается сейчас ниже этой оси. ЭДС растет опять-таки до того времени, пока рамка не займет вертикальное положение.

Потом начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка возвратится в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот.

На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в оборотном направлении собственной верхушки (точка 4), повстречается потом с осью времени (точка 5).

На этом завершается один цикл конфигурации ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается 2-ой цикл, в точности повторяющий 1-ый, за которым, в свою очередь, последует 3-ий, а позже 4-ый, и так до того времени, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким макаром, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл собственного конфигурации.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Приобретенная нами волнообразная кривая именуется синусоидой, а ток, ЭДС либо напряжение, изменяющиеся по такому закону, именуются
синусоидальными.

Сама кривая названа синусоидой поэтому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, именуемой синусом.

Синусоидальный нрав конфигурации тока — часто встречающийся в электротехнике, потому, говоря о переменном токе,
почти всегда имеют в виду синусоидальный ток.

Для сопоставления разных переменных токов (ЭДС и напряжений) есть величины, характеризующие тот либо другой ток. Они именуются
параметрами переменного тока.

Период, амплитуда и частота — характеристики переменного тока

Переменный ток характеризуется 2-мя параметрами — периодом и
амплитудой, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и выстроить график тока.

Набросок 4. Кривая синусоидального тока

Просвет времени, в протяжении которого совершается
полный цикл конфигурации тока, именуется периодом. Период обозначается буковкой
Т и измеряется в секундах.

Просвет времени, в протяжении которого совершается половина полного цикла конфигурации тока, именуется полупериодом.
Как следует, период конфигурации тока (ЭДС либо напряжения) состоит из 2-ух полупериодов.
Совсем разумеется, что все периоды 1-го и такого же переменного тока равны меж собой.

Как видно из графика, в течение 1-го периода собственного конфигурации ток добивается два раза наибольшего значения.

Наибольшее значение переменного тока (ЭДС либо напряжения) именуется его амплитудой либо амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — принятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы сначала направили внимание на амплитудное значение тока, но, как это видно из графика, существует бессчетное огромное количество промежных его значений, наименьших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответственное хоть какому избранному моменту времени, именуется его моментальным значением.

i, е и u — принятые обозначения моментальных значений тока, ЭДС и напряжения.

Секундное значение тока, как и амплитудное его значение, просто найти при помощи графика. Для этого из хоть какой точки на горизонтальной оси, соответственной интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки скрещения с кривой тока; приобретенный отрезок вертикальной прямой обусловит значение тока на этот момент, т. е. секундное его значение.

Разумеется, что секундное значение тока по истечении времени
Т/2 от исходной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени —
T/4 его амплитудному значению. Ток также добивается собственного амплитудного значения; но уже в оборотном на
правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график указывает, как со временем изменяется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При всем этом значение тока на этот момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в хоть какой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, именуется
частотой переменного тока и обозначается латинской буковкой
f.

Чтоб найти частоту переменного тока, т. е. выяснить, сколько периодов собственного конфигурации ток сделал в течение 1 секунды, нужно 1 секунду поделить на время 1-го периода
f = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно найти период:
T = 1/f

Частота переменного тока измеряется единицей, именуемой герцем.

Если мы имеем переменный ток, частота конфигурации которого равна 1 герцу, то период такового тока будет равен 1 секунде.

И, напротив, если период конфигурации тока равен 1 секунде, то частота такового тока равна 1 герцу.

Итак, мы обусловили характеристики переменного тока — период, амплитуду и частоту, — которые позволяют отличать друг от друга разные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это нужно, их графики.

При определении сопротивления разных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так именуемую угловую либо радиальную частоту.

Радиальная частота обозначается буковкой
ω и связана с частотой
f соотношением ω
= 2πf

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы лицезрели, что за время 1-го полного оборота рамки происходит полный цикл конфигурации ЭДС. По другому говоря, для того чтоб рамке сделать один оборот, т. е.

оборотиться на 360°, нужно время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота.

Как следует, 360°/T есть угол, на который

поворачивается рамка в 1 секунду, и выражает собой скорость вращения рамки, которую принято именовать угловой либо радиальный скоростью.

Но потому что период Т связан с частотой f соотношением f=1/T,
то и радиальная скорость может быть выражена через частоту и будет равна
ω = 360°f.

Итак, мы сделали вывод, что
ω = 360°f. Но для удобства использования радиальный частотой при различных расчетах угол 360°, соответственный одному обороту, подменяют его круговым выражением, равным 2π радиан, где π=3,14.
Таким макаром, совсем получим
ω = 2πf. Как следует, чтоб найти радиальную частоту переменного тока (ЭДС либо напряжения), нужно частоту в герцах помножить на неизменное число 6,28.

Базовые понятия для электрика

Перед началом работы с электричеством следует хотя бы в теории понимать с чем имеешь дело, знать необходимые для начинающего формулы, понятия и обозначения. И пусть не пугает объем написанного – это всего лишь часть необходимых знаний специалиста.

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц в проводнике, возникающее под действием электромагнитного поля. Различают постоянный ток и переменный ток.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем по перемещению единичного положительного заряда на данном участке цепи или по другому: разность потенциалов на концах проводника.

Постоянный ток – из названия понятно, что он постоянный, а означает это, что он не меняет своего направления и силу тока, а протекает от минуса к плюсу (например, обычная пальчиковая батарейка, аккумулятор телефона и т.п.).

Переменный ток в отличии от постоянного меняет свое направление и величину с частотой, определяемой для каждой сети по разному (например, частота сети в России 50 Гц – это означает, что за 1 секунду ток меняет вое направление 50 раз, а в США – принято 60 Гц электрическая сеть).

Частота переменного тока – это параметр электрической цепи, выражающий отношение числа полных колебаний (периодов) электрической синусоиды к единице, величина, обратная периоду изменения тока. Или проще говоря, величина, показывающая сколько полных циклов (периодов) сделает синусоида за 1 секунду.

Различают также однофазную и трехфазную систему электрических цепей. Трехфазную систему электрических цепей образуют три одинаковых по частоте и амплитуде тока, сдвинутых по фазе на одну треть периода или на 120 градусов(рис. 1.3).

Широкое применения трехфазная система получила благодаря свои преимуществам, таким как:

Фаза – проводник, ЭДС которого не равен нулю (на котором присутствует напряжение).

Линейное напряжение – напряжение между двумя фазами [Uл].

Фазное напряжение – напряжение между фазой и нулевым проводником [Uф].

Теперь зная немного из теории про электрический ток следует перейти к основополагающим законам электрики, по крайней мере тем, что необходимо знать начинающим и без которых не обойтись.

Закон Ома (для участка цепи)

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Из этого законы вытекают следующие формулы:

Делаем выводы из закона:

Чем выше сопротивление на участке цепи, тем меньше ток, учитывая что напряжение на участке цепи не менялось;

Чем выше напряжение на участке цепи, тем выше и ток на участке цепи, учитывая что сопротивление участка цепи не менялось.

Мощность электрическая

Электрическая мощность – это работа, которую совершает электромагнитное поле для перемещения электрических зарядов за единицу времени, измеряется в ваттах [Вт]. Различают активную, реактивную, а также полную мощность.

Активная мощность – мощность, которая преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.), измеряется в ваттах [Вт]. для однофазной системы питания:

P = U * I * cos(f), где f – угол сдвига между U и I (на практике cos(f) 0,8-0,9).

Если нагрузка активная (не содержащая в своем составе ни конденсаторов, ни трансформаторов и т.п. например электрический чайник, электроплита и т.д.),то угол между напряжением и током равен нулю, а значит мощность считается по формуле: P = U * I

Реактивная мощность – вид электрической нагрузки, создающий в электроустановках колебания энергии электромагнитного поля индуктивного и емкостного характера, измеряется в вольт-амперах реактивных [ВАР].

Полная мощность – соответственно величина содержащая и активную и реактивную мощности, измеряется в вольт-амперах [ВА].

Сопротивление

Сопротивление тоже бывает нескольких видов: активное, емкостное (конденсаторы) и индуктивное (электромагнитные катушки и т.п.). Но сейчас мы остановимся на конкретных понятиях: резистор и сопротивление.

Резистор – это активное сопротивление постоянного неизменного значения, которое определяется номиналом изделия (рис. 2.1).

Сопротивление(переменные резисторы) – это активное сопротивление, значение которого можно изменить (например, латтер, катушка сопротивления и т.д.).

Резисторы можно подключать в цепь как последовательно, так и параллельно, причем сопротивление данного участка цепи можно вычислить по следующим формулам:

Если параллельно соединены только 2 резистора, то сопротивления можно вычислить по формуле:

Проводники и диэлектрики

Проводник – вещество или тело, в котором под воздействием электромагнитного поля возникает электрический ток. Проводниками являются металлы, некоторые жидкие и газообразные вещества.

Диэлектрики – материалы, не проводящие электрический ток, т.к. имеют большое сопротивление. Диэлектриками являются сухая древесина, пластмасса, стекло, резина, бумага, сухая ткань, керамика, текстолит и т.д.

Отличие переменного тока от постоянного

Электрический ток— это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц: электронов в металлах, в электролитах — ионов, а в газах — электронов и ионов. Электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Определение постоянного электрического тока, его источники

Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это электрический ток, у которого свойства и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Постоянный ток используется в автомобилях и в домах, в многочисленных электронных приборах: ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. д. Перемеренный электрический ток из розетки преобразуется в постоянный при помощи блока питания или трансформатора напряжения с выпрямителем.

Принцип работы переменного тока

Переменный ток (AC по-английски Alternating Current)- это электрический ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах условно обозначается отрезком синусоиды «

».
Иногда после синусоиды могут указываться характеристики переменного тока — частота, напряжение, число фаз.

Основные характеристики переменного тока — действующее значение напряжения и частота.

Обратите внимание, как на левом графике для однофазного тока меняется направление и величина напряжения с переходом в ноль за период времени Т, а на втором графике для трехфазного тока существует смещение трех синусоид на одну третью периода.

На правом графике 1 фаза обозначена буквой «а», а вторая буквой «б». Хорошо известно, что в домашней розетке 220 Вольт. Но мало кто знает, что это действующие значение переменного напряжения, но амплитудное или максимальное значение будет больше на корень из двух, т.

е будет равно 311 Вольт.

Таким образом, если у постоянного тока величина напряжения и направление не изменяются в течении времени, то у переменного тока- напряжение постоянно меняется по величине и направлению (график ниже нуля это обратное направление).

И так мы подошли к понятию частота— это отношение числа полных циклов (периодов) к единице времени периодически меняющегося электрического тока. Измеряется в Герцах. У нас и в Европе частота равна 50 Герцам, в США- 60 Гц.

Что означает частота 50 Герц? Она означает, что у нас переменный ток меняет свое направление на противоположное и обратно (отрезок Т- на графике) 50 раз за секунду!

Источниками переменного тока являются все розетки в доме и все то, что подключено напрямую проводами или кабелями к электрощиту. У многих возникает вопрос: а почему в розетке не постоянный ток? Ответ прост.

В сетях переменного тока легко и с минимальными потерями преобразовывается величина напряжения до необходимого уровня при помощи трансформатора в любых объемах. Напряжение необходимо увеличивать для возможности передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями в промышленных масштабах.

С электростанции, где стоят мощные электрогенераторы, выходит напряжение величиной 330 000-220 000 Вольт, далее возле нашего дома на трансформаторной подстанции оно преобразуется с величины 10 000 Вольт в трехфазное напряжение 380 Вольт, которое и приходит в многоквартирный дом, а к нам в квартиру приходит однофазное напряжение, т. к. между фазой и нулем или землей напряжение равняется 220 В, а между разноименными фазами в электрощите 380 Вольт.

И еще одним из важных достоинств переменного напряжения является то, что асинхронные электродвигатели переменного тока конструктивно проще и работают значительно надежнее, чем двигатели постоянного тока.

Как переменный ток сделать постоянным

Для потребителей, работающих на постоянном токе- переменный преобразуется при помощи выпрямителей.

И как уменьшаются пульсации (изменения напряжения) после подключения конденсатора- на рисунке выделено синим цветом.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.

Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.

Что такое фаза, ноль, заземление читайте в следующей нашей статье.

Постоянный и переменный ток

Постоянный ток (DC).. Свободные электроны.. Направление электрического тока.. Переменный ток (AC).. Преимущества переменного тока.. Трансформатор напряжения (тока)..

Постоянный ток

Электрическим током называется направленное движение носителей электрического заряда (в проводниках – это свободные электроны) под действием электрического поля.

Если полярность источника электрической энергии не меняется, то направление движения электронов в проводнике остается неизменным все время, когда цепь замкнута.

В такой цепи электроны выходят из отрицательного полюса (минус источника) и двигаются к положительному полюсу (плюс источника) – одноименные заряды отталкиваются, противоположные – притягиваются.

Такое, неизменное по направлению движение носителей электрического заряда под действием электрического поля называется постоянным током.
Общим обозначением для любого источника постоянного тока (напряжения) является символ батареи (рис. 1).

Рис. 1. Постоянный ток (Direct Current – DC)

Важно напомнить, что в физике за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов (от плюса источника к минусу), т. е. противоположное истинному направлению. Причины такого несоответствия были рассмотрены здесь.

Рис. 2. Постоянный ток не меняет своего направления во времени, хотя величина его может меняться.

Этот тип электрического тока используется в большинстве игрушек, в многочисленных электронных приборах (телефоны, смартфоны, плеера, ноутбуки и т. д.), в автомобильной электронике и других устройствах, использующих аккумуляторы и выпрямители переменного тока.

Переменный ток

Электрический ток может протекать в электрической цепи двумя разными способами.

При наличии постоянного источника электрической энергии мы имеем в такой цепи постоянный ток.

Если полярность источника электрической энергии периодически меняется, то мы имеем в такой цепи переменный ток (рис. 3).

В этом случае направление электрического поля в проводнике меняется с частотой сети, а свободные электроны совершают колебательные движения относительно некоторого положения равновесия.

При этом свободные электроны не движутся ни в одну, ни в другую сторону, но под действием переменного электрического поля (изменяющегося по синусоидальному закону) они совершают колебания в полном соответствии с изменениями электрического поля.

Рис. 3. Переменный ток (Alternating Current – AC)

Таким образом, переменный ток – это ток, который с определенной периодичностью (50 или 60 раз в секунду – в зависимости от электрической системы, принятой в стране) меняет направление движения и величину (рис. 4).

У нас в России в бытовой сети используется стандарт переменного напряжения и тока – 220 В, 50 Гц в отличие от США, где переменный ток в розетках меняет свое направление 60 раз в секунду (60 Гц).

Под эти параметры сети рассчитаны все бытовые потребители (светильники, электродвигатели пылесосов и холодильников, стиральные машины и др.).

Многие бытовые электроприборы работают на постоянном токе при напряжении в 5-12 вольт, однако из сети они получают переменный ток, а затем внутри электроприборов переменный ток с помощью выпрямительных устройств преобразуется в постоянный, если в этом есть необходимость.
Рис.

4. В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком.

В чем преимущества переменного тока?

Можно спросить, а зачем нужен такой ток, в чем его преимущество?

Действительно, в некоторых случаях переменный ток (AC) не имеет никакого практического преимущества по сравнению с постоянным током (DC).

В тех случаях, когда электроэнергия используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеет значения до тех пор, пока существует достаточное напряжение и ток в нагрузке для получения требуемого тепла (рассеиваемой мощности).

Вместе с тем, на переменном токе можно построить электрические генераторы и двигатели, которые будут более простыми и более надежными, чем на постоянном токе.