Определение переменного тока можно вывести из его сути: это движение зарядов, которое меняет своё направление периодически, предоставляя широкие возможности для различных технологий. Колебания переменного тока (АС) могут принимать множество разнообразных форм, среди которых можно выделить:
В чем разница между блоками питания AC-DC и DC-DC?
При выборе блока питания для ваших устройств, очень важно обратить внимание на тот, который сможет выдержать максимальную нагрузку и будет изготовлен из качественных материалов. Есть множество компаний, которые занимаются производством различных типов блоков питания, и каждая из них предлагает свои уникальные решения.
В продаже представлены различные формы блоков питания: батареи, источники питания AC/DC, линейные регулируемые источники, источники переменного тока, программируемые источники, источники бесперебойного питания (ИБП), источники высокого напряжения и усилители напряжения. Батареи, к примеру, широко используются в таких устройствах, как слуховые аппараты, пульты дистанционного управления, радиоприемники и многие другие электроника.
Ранее в электрических системах доминировали источники постоянного тока (DC), однако с развитием технологий возникла необходимость в использовании как постоянного, так и переменного тока. Вместе с блоками постоянного тока также начали применяться трансформаторы, позволяющие управлять электрическими устройствами в домашних условиях. Источники питания AC/DC являются наиболее распространёнными в современных домах и зданиях. Это связано с их удобством и универсальностью в получении энергии.
Перед покупкой любого электротехнического оборудования стоит детально изучить его плюсы и минусы. Хорошо, если вы уверены в правильности вашего выбора, прежде чем двигаться к покупке. Множество компаний предлагает широкий спектр электрических устройств, которые различаются по цене и спецификациям.
Рекомендуется обратить внимание на устройства, которые поддерживают все электрические приборы, находящиеся в вашем доме. Вместо того чтобы приобретать отдельные блоки питания, можно выбрать одно устройство, которое будет эффективно обеспечивать электроэнергией все ваши нужды.
При принятии решения учитывайте ваш бюджет. Подобные электрические устройства весьма полезны для обеспечения надежной и безопасной электроснабжения в вашем доме.
Избегайте приобретения устаревших или бывших в употреблении устройств, так как это может привести к возникновению новых проблем и ненужным затратам.
Обозначения на схемах и в приборах
Обозначения розеток и выключателей на электрических схемах являются важной частью проектирования и помогут вам правильно понимать электрическую инфраструктуру.
Графическое обозначение тока постоянной полярности на схемах принимается в виде знаков плюс (+) и минус (-). Источник электричества постоянной полярности изображается с помощью двух вертикальных черточек, где одна из них длиннее. Короткая черта представляет минус, а длинная — плюс. Запомнить эту разницу несложно: если поделить длинную черту пополам, то получится символ +. На корпусах приборов, блоков питания, а также в гнёздах подключения можно увидеть обозначение DC (от англ. direct current), что переводится как «постоянный ток». Часто рядом с этим обозначением указывается графическое изображение: длинная горизонтальная линия с пунктирной линией под ней, длина штрихов которой равна длине промежутков.
Обозначение переменного тока на схемах и приборах переносится с помощью буквенного обозначения AC (от англ. Alternating Current) и графического символа — отрезка синусоиды, длина которого равна периоду. Количество фаз может обозначаться либо цифрами, либо волнистой линией, в зависимости от необходимости.
Обозначения постоянного и переменного электричества
Что такое переменный и постоянный ток?
Переменный ток (AC) — это электрический ток, который имеет возможность изменять свои параметры, в частности, направление движения электронов. Частота переменного тока, как правило, составляет 50 Гц в большинстве стран, в то время как некоторые, как например США, используют частоту 60 Гц.
Постоянный ток (DC), напротив, характеризуется тем, что его параметры остаются стабильными и неизменными. Это так называемая «односторонняя» форма электричества, которая течет в одном направлении по цепи. Постоянный ток нашел широкое применение в самых разных областях, включая солнечные панели, электромобили и зарядные устройства для аккумуляторов.
Переменный ток применяется в большинстве электрических сетей, и этому есть достаточно обоснованные причины. Преимущества его использования заключаются в возможности управления с помощью трансформаторов, что обеспечивает возможность надежного функционирования электроприборов, включая бытовые устройства. Такие возможности делают его наиболее распространённым выбором в современных электросетях.
Напряжение постоянного тока (DC) считается менее опасным для здоровья человека. При контакте с ним наблюдается спазматическое воздействие, которое исчезает сразу же после прекращения воздействия. Однако, стоит отметить, что опасность для здоровья возникает при значительном увеличении тока. В быту такие высокие значения тока крайне редки, а они чаще встречаются в подстанциях или трансформаторах, куда простым людям доступ запрещен.
Основные отличия переменного и постоянного тока
Теперь, когда мы разобрали определения и особенности типов тока, важно понять их основное отличие и подойти к вопросу их практического использования. Как уже упоминалось, переменный ток способен менять свои характеристики, тогда как постоянный ток остаётся неизменным. Это позволяет выделять стабильность параметров как одно из главных отличий постоянного тока (DC).
- Частота переменного тока варьируется в пределах 50-60 Гц, причем в большинстве стран этот показатель составляет 50 Гц.
- Недостаток постоянного тока заключается в его способности терять энергию, что делает невозможным его транспортировку на длинные расстояния.
Что касается безопасности, то важно понимать, что всякий ток, превышающий установленные нормы, представляет опасность. Несмотря на то, что постоянный ток менее опасен, это не исключает его потенциальный вред для здоровья.
Победа Теслы
Во времена зарождающегося электрического рынка основным типом передаваемого электричества был постоянный ток, но не существовало единого стандарта для потребителей. Например, дуговые лампы требовали несколько тысяч вольт, в то время как лампы накаливания, изобретенные Эдисоном, работали от 110 В. Трамваи Сименса использовали 500 В, а промышленные двигатели на производстве имели различное напряжение, порой радикально отличающиеся друг от друга.
Электрические компании сталкивались с необходимостью создания и сохранения нескольких генераторов, чтобы соответствовать различным классам нагрузок. Таким образом, для широкого распространения сетей постоянного тока было два основных препятствия:
- Необходимость близости генераторов к нагрузкам;
- Сложности с обеспечением разнообразия напряжений для разных устройств.
Никола Тесла, который прибыл в Америку из Хорватии и работал вместе с Эдисоном, пришёл к выводу, что использование переменного тока может стать решением этих проблем. Разногласия между ним и Эдисоном по поводу использования переменного тока закончились тем, что Тесла продолжил свои исследования уже с новым партнером, Джорджем Вестингаузом. Несмотря на то что Тесла не является «отцом» переменного тока, он был ответственен за изобретение синхронного генератора и асинхронного двигателя, а также разработал ряд патентов, касающихся многофазных систем.
Достоинства переменного тока для генерации и транспортировки были на лицо. Однако Эдисон, вместо того чтобы признать эти факты, продолжал настаивать на преимуществах постоянного тока и вел антипропаганду против своих конкурентов. Он запустил кампанию по дискредитации переменного тока, утверждая что он смертоносен для людей и животных, и даже создал электрический стул на основе переменного тока как дополнительный аргумент в своей пропагандистской кампании.
Несмотря на успешность этой антирекламной кампании, радость Эдисона длилась недолго. В 1892 году немецкий физик Поллак разработал механический выпрямитель, который позволял заряжать аккумуляторные батареи постоянным током. Это событие навсегда изменило рынок электричества и поставило под сомнение необходимость транспортировки постоянного тока. В 1893 году Чикагская всемирная выставка была полностью освещена с помощью системы переменного тока, что стало началом триумфа переменного тока в XX веке и стало известно как «война токов» между двумя великими учеными.
Ренессанс электрической войны
В XXI веке рост использования источников возобновляемой энергии создал новые децентрализованные электрические сети, которые обеспечивают потребление электричества непосредственно в местах его производства. В таких системах преимущества переменного тока становятся менее значительными, и использование постоянного тока представляется оправданным.
Современныебыстродействующие технологии в области электроники достигли значительного прогресса в преобразовании энергии и в настоящее время способны преобразовывать постоянный ток в напряжения до 800 кВт даже с большей эффективностью, чем это возможно с помощью электрических машин переменного тока. Эти усовершенствования создали основы для строительства высоковольтных линий постоянного тока (HVDC), которые используются для передачи избыточной солнечной или ветровой энергии между регионами. Хотя строительство таких линий требует значительных затрат (примерно в два раза выше чем традиционные), они оправданы за счет низких потерь энергии и экологичности системы.
С каждым годом растёт количество электрических приборов, работающих только на постоянном токе. К таким устройствам относятся компьютеры, светодиоды и прочая электроника, для которых необходимо преобразование и выпрямление сетевого электричества. В обозримом будущем ожидается увеличение числа электрических транспортных средств. Современные системы распределения постоянного тока способны в конечном итоге исключить необходимость в преобразователях напряжения и легко интегрировать элементы фотоэлектрических систем и накопительные батареи как в бытовых, так и в промышленных масштабах.
Передача высоковольтного постоянного тока в настоящее время является проверенной технологией и активно используется в таких странах как Германия и Китай. Тем не менее, многое еще остается нерешённым в плане повсеместной реализации этой технологии. Как будут сосуществовать обе технологии? Какие меры безопасности будут эффективными? Какие технические и юридические шаги потребуются для перехода на постоянный ток? Преимущества, которые может принести реализация этих изменений, настолько значительны, что это, по всей видимости, означает переход к новой парадигме в области энергетики.
Переменный ток
Переменный ток – это ток, который меняет как величину, так и направление. Процесс этого изменения происходит в определенные промежутки времени.
Переменный ток активно используется в промышленности и системах электроснабжения. Он генерируется на электростанциях и распределяется к конечным потребителям. На месте, преобразование переменного электрического тока в постоянный осуществляется с помощью инверторов.
Переменный ток обозначается аббревиатурой alternating current (AC), в то время как постоянный ток называется direct current (DC). Вы также часто можете встретить сокращение AC/DC на трансформаторных подстанциях, где осуществляется процесс преобразования. Эта же комбинация слов также является названием одной известной австралийской рок-группы.
Наглядное изображение переменного тока можно увидеть на графиках и схемах, где он представлен в виде синусоиды.
Переменный ток течёт в проводах в двух направлениях: по одному направлению он считается положительным, а по другому — отрицательным.
Не стоит забывать, что величина тока меняется не только в направлениях, но и по величине. Следовательно, мы не можем утверждать, что в вашей электросети постоянно присутствует 220 вольт. Это действующее значение напряжения означает, что оно присутствует 50 раз в секунду. В Соединенных Штатах используется другой стандарт: 110 вольт и частота 60 Герц.
Война токов
Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда именно Эдисон усовершенствовал лампочку (1890) и открыл первые в Нью-Йорке электростанции, производившие постоянный ток с напряжением 110 вольт.
Однако использование постоянного тока связано с серьезными потерями при его транспортировке на большие расстояния. Переменный ток пока не мог применяться в массовом масштабе из-за отсутствия соответствующего оборудования, подходящих светильников и моторов, работающих на переменном токе. Также возникали ввиду недостатков и сложности передачи постоянного тока.
В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работе в компанию Эдисона и стал детально изучать возможности переменного тока. Он изобрел электродвигатель, работающий на переменном токе, и понял, что его использование может значительно улучшить ситуацию.
К сожалению, Эдисон не оценил предложений Теслы и не оплатил его труд, что и дало старт знаменитой «войне токов» между двумя великими исследователями.
Эта война длилась более ста лет и закончилась лишь в 2007 году, когда Нью-Йорк окончательно перешел на электроснабжение на основе переменного тока.
Какое напряжение в домашней сети: переменное или постоянное?
Характеристики домашней сети ясны: в ней используется переменный ток с напряжением 220 вольт и частотой 50 герц. Эти параметры идеально подходят для работы электродвигателей, холодильников, пылесосов, ламп накаливания и многих других устройств. С другой стороны, многие устройства работают при постоянном напряжении от 6 до 12 вольт.
Как правило, современные домашние розетки на 220 В рассчитаны на максимальный ток 10 или 16 ампер. Некоторые производители заверяют, что их изделия способны выдержать до 25 ампер, но таких моделей недостаточно. Более старые розетки, которые все еще встречаются в некоторых квартирах, обычно рассчитаны всего на 6 ампер.
Отличие быстрых DC и медленных AC станций
При изучении терминологии, касающейся зарядки электромобилей, вы по-любому столкнетесь с сокращениями AC и DC. Чаще в разговоре используются более распространенные термины «быстрая» и «медленная» зарядка. Давайте рассмотрим, что это означает и чем они отличаются.
Начнем с основ:
- AC (Alternating Current) — это обозначение переменного тока;
- DC (Direct Current) — это обозначение постоянного тока.
Промышленные и домашние розетки, которые вы ежедневно используете, выдают переменный ток. Постоянный ток же вы встречаете в быту, когда речь идет о различных устройствах, работающих от батареек типа ААА и аналогичных.
Аккумулятор электромобиля обычно состоит из множества ячеек, соединенных между собой, которые часто напоминают батареи для домашней техники. Они заряжаются только с использованием постоянного тока и возвращают его назад. При зарядке применяется выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный. Все электромобили оборудованы такими устройствами.
Однако из-за габаритов этих преобразователей (с величиной мощности размеры и вес устройств увеличиваются), размещение мощного устройства на шасси электромобиля, способного пропустить и преобразовать энергию, нужную для зарядки за короткий промежуток времени крайне затруднительно. Поэтому выпрямители, находящиеся внутри электромобиля, или «бортовые зарядные устройства» имеют ограниченную мощность, тогда как крупные и мощные преобразователи остаются на земле.
Нормальные зарядки AC наоборот:
Зарядные станции AC, или медленные зарядные станции, представляют собой «умные» устройства, которые подходят к переменному току, подаваемому в электромобиль, без изменения и преобразования. Они управляют процессом зарядки по специальным сигнальным проводам и выполняют некоторые важные задачи:
Во-первых, согласование процесса зарядки с электромобилем происходит только после активации тока, и он отключается после завершения зарядки;
Во-вторых, контроль мощности позволяет электромобилю получить максимально допустимый ток, чтобы избежать перегрузок в сети; в-третьих, безопасность обеспечивает отключение тока при наличии утечек на зарядном кабеле или корпусе станции, а также в электромобиле. Кроме того, станции могут отслеживать состояние заземления.
Современные зарядные станции AC часто обладают дополнительными функциями: счетчиками затраченных киловатт, таймерами задержки, функциями управления нагрузкой (динамическая балансировка), а также возможностью подключения к облачным системам управления и мониторинга.
Быстрые зарядные станции DC:
Мощные преобразователи переменного тока (40-200 кВт и даже более) остаются стационарно установленными и подключаются напрямую к аккумуляторной батарее через специальные разъёмы, которые содержат как силовые, так и сигнальные кабели. Основные функции этих DC станций заключаются в быстрой и эффективной зарядке электромобилей за короткие промежутки времени.
