Постоянный ток

Содержание

Разница между переменным и постоянным напряжением

Чтобы разобраться с напряжениями, возьмем для примера – постоянный и переменный электрический ток. Постоянный ток, представляет движение заряженных частиц только в одном направлении. Представьте шоссе, по которому едут много машин в одном направлении. При переменном токе, направление движения частиц меняется очень часто, но остается упорядоченным. Это же самое шоссе, только поток машин постоянно меняет направление движения на противоположное, но движется все вместе.

Если говорить, о постоянном напряжении, то один конец провода всегда « + + +», а другой « − — −». Обычная батарейка, является источником постоянного напряжения. На ней всегда показано, где плюс и минус. При переменном напряжении полярности конца проводника постоянно меняются местами. Физическая величина частота отвечает сколько раз меняется полярность за единицу времени. В обычной сети частота, с которой меняется напряжение и, соответственно, направление тока равно 50 герц, т.е. 50 раз в секунду.

Переменный ток широко используется, если необходимо передать энергию на большие расстояния при минимальных потерях.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

Действующее значение напряжения

Значение электрического потенциала, имеющегося между двумя точками электросети, может быть определено по тому, какая работа была выполнена за некоторый временной отрезок, либо по выделенному количеству теплоты. В случае переменного напряжения поступают по-другому. Поскольку его характер колебаний имеет форму синусоидальной кривой, и максимальное значение показатель принимает на пике амплитуды (а при перемещении из плюсовой зоны кривой в минусовую напряжение нулевое), для вычислений применяют усредненный показатель. Именно его называют действующим, и он может быть приравнен к такому же значению постоянного напряжения.

Он меньше максимального допустимого показателя на величину, равную корню из двух от последнего (то есть примерно в 1,4 раза). У сети, имеющей номинальное напряжение 220 В, максимум, таким образом, будет равен 311 В. Эти показатели нужно учитывать, подбирая конденсаторы, диодные компоненты и другие подобные элементы для монтажа в ту или иную систему.

Электрическое напряжение делят на два вида:

постоянное (dc)
переменное (ас)

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

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

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

однофазный
трёхфазный

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

Популярные статьи Короткое замыкание

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

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

Напряжение переменного тока

Как известно еще с уроков физики, ток – это движение заряженных частиц, которое возникает под воздействием на них электромагнитного поля, разности потенциалов и напряженности. Основная характеристика любого напряжения – это зависимость от времени. Исходя из этого, различают постоянную и переменную величины. Значение постоянного с течением времени практически не изменяется, а переменного – изменяется.

В свою очередь переменная характеристика бывает периодической и непериодической. Периодическое – это напряжение, значения которого повторяются через одинаковые интервалы времени. Непериодическое же способно изменяться в любой отрезок времени.

Напряженность в переменной цепи – это такой параметр, который изменяет свою величину с течением времени. Для упрощения разъяснений в дальнейшем будет рассматриваться синусоидальное гармоническое переменное напряжение.

Минимальное время, в течение которого переменная величина повторяется, называется периодом. Абсолютно любую периодическую величину можно записать зависимостью от какой-либо функции. Если время – это t, то зависимость будет обозначаться F(t). Таким образом, любой период во времени имеет вид: F(t+-T) = F(t), где T – период.

Физическая величина, которая является обратной периоду, называется частотой. Она равна 1/T. Единицей ее измерения является герц, в то время как единицей измерения периода стала секунда.

f = 1/T, 1 Гц = 1/с = с в минус первой степени.

Важно! Чаще всего встречается функциональная зависимость переменной сети в виде синусоиды. Именно поэтому она была взята за основу этого материала. Из математики известно, что синусоида – это простейшая периодическая функция, и с ее помощью из нескольких синусоид с кратными частотами можно представить любые другие периодические функции

Из математики известно, что синусоида – это простейшая периодическая функция, и с ее помощью из нескольких синусоид с кратными частотами можно представить любые другие периодические функции.

Синусоидальная напряженность в абсолютно любой промежуток времени может описать моментальная характеристика: u = U * sin(ωt + φ), где ω = 2πf = 2π/T, где U – максимальное напряжение (амплитуда), ω – угловая скорость изменения, φ – начальная фаза, которая определяется смещением функции относительно нулевой точки координат.

Часть (ωt + φ) – это фаза, которая характеризует значение напряжения в конкретный промежуток времени. Из этого выходит, что амплитуда, угловая скорость и фаза – это основные характеристики переменных сетей, определяющие их значения в любой интервал времени.

Важно! При рассмотрении синусоидальной функции фазу часто принимают за ноль. На практике также часто прибегают к еще некоторым параметрам, включающим действующее и среднее напряжение, коэффициент формы

Силовые характеристики и применимость розеток для бытовых целей

Итак, на розетке будет написано, допустим: C (CEE 7/16) (Евророзетка без заземления) или F (CEE 7/4) (евророзетка с заземлением) IP44 (для ванной самое то), AC (~) 220В 50Гц. Например — «IP44 AC 230V CEE7/4 50 Hz». Или «IP44 ~ 230В CEE7/4 50 Гц».

На этой же розетке будут ещё два обозначения, точнее три. Одно из них это изображение на принципиальной схеме, которые мы разместили выше. Эта пиктограмма может и отсутствовать, она не обязательна для указания, какой ток в розетке, постоянный или переменный

, и вообще для чего эта розетка, но многие производители (честь им и хвала за это) помогают простым покупателям принять решение.

Ещё на розетке может быть нанесена маркировка «неразъёмного соединения». Или «розетка, вынимаемая с удлинителем» или «съёмная». Не делайте круглые глаза — мы и сами были в шоке. Поясним по порядку — неразъёмное соединение это защита от детей. Особые способы так воткнуть вилку в розетку, что знающий секрет вынет, а дети не смогут. Съёмная розетка, как правило, напольного монтажа (фото в начале статьи), которая может быть закрыта при необходимости, а если нужно вынута из гнезда. Её место займет элемент типа «плинтус» и до следующего раза никто не догадается, что там можно установить розетку.

Розетка, «вынимаемая с удлинителем»

— новая модная штучка. Вы втыкаете вилку прибора, поворачиваете гнездо розетки и вытаскиваете её, эдакий удлинитель, скрытый в стене. Неразъёмные розетки снабжены секретками от поворотного гнезда до конструктивных элементов штепселя. Мы не приводим пиктограмм, поскольку пока, собственно говоря, и стандарта нет на такую экзотику.

Но на любой розетке обязательно будет обозначение — 10А. Или 6А, или 16А, или 32А. Это сила тока, допустимая для конечного прибора на этом участке Вашей энергосети. Обозначение постоянного и переменного тока в этом случае не имеет значения, важнее понимать итоговую суммарную мощность приборов, которые могут быть включены в эту розетку

Нам может быть возразит профессионал, что тут нет вопросов, но мы всё-таки повторим — не важно, какой в розетке ток переменный или постоянный, допустимая сила тока — одна из важнейших характеристик

Что такое переменный ток

В цепях постоянного электричества отрицательно заряженные частицы движутся от плюса к минусу. Если рассматривать источник тока как некоторый двухполюсник, имеющий два электрода, к которым подключается питаемая цепь, то на одном всегда будет плюс, а на другом – минус.

Переменный ток не позволяет зафиксировать такую маркировку полюсов. У двухполюсника переменного тока нельзя чётко обозначить, какой заряд присутствует на том или ином выводе. Можно рассматривать только мгновенные значения зарядов в определённый промежуток времени. Изменение полярности имеет временную зависимость. Это значит, что переменный ток меняет своё направление с течением времени.

Важно! Переменное электричество изменяется по гармоническому синусоидальному закону. Его графиком на оси координат является синусоида, в то время как график постоянного движения электронов представляет собой прямую линию, параллельную оси ОХ

Графическое изображение двух типов электричества

Классификация

Постоянный и переменный ток

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический »ток проводимости». Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют »конвекционным».

Токи различают на постоянный и переменный. Также существуют всевозможные разновидности переменного тока. При определении видов тока слово «электрический» опускают.

Постоянный ток — ток, направление и величина которого не меняются во времени. Может быть пульсирующий, например выпрямленный переменный, который является однонаправленным.
Переменный ток — электрический ток, изменяющийся во времени. Под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным.
Периодический ток — электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности.
Синусоидальный ток — периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. Любой периодический несинусоидальный ток может быть представлен в виде комбинации синусоидальных гармонических составляющих (гармоник), имеющих соответствующие амплитуды, часто́ты и начальные фазы. В этом случае Электростатический потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
Квазистационарный ток — относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов. Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.
Ток высокой частоты — переменный ток, (начиная с частоты приблизительно в десятки кГц), для которого становятся значимыми такие явления, которые являются либо полезными, определяющими его применение, либо вредными, против которых принимаются необходимые меры, как излучение электромагнитных волн и скин-эффект. Кроме того, если длина волны излучения переменного тока становится сравнимой с размерами элементов электрической цепи, то нарушается условие квазистационарности, что требует особых подходов к расчёту и проектированию таких цепей.
Пульсирующий ток — это периодический электрический ток, среднее значение которого за период отлично от нуля.
Однонаправленный ток — это электрический ток, не изменяющий своего направления.

Вихревые токи

Вихревые токи Фуко

Вихревые токи ( или токи Фуко) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитный поток, поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.

Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.

Сравнительная таблица

Сравнительный график переменного тока и постоянного тока

Переменный ток	Постоянный ток
Количество энергии, которое можно нести	Безопасно переносить на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность.	Напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока оно не начнет терять энергию.
Причина направления потока электронов	Вращающийся магнит вдоль провода.	Устойчивый магнетизм вдоль провода.
частота	Частота переменного тока составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны.	Частота постоянного тока равна нулю.
направление	Он меняет свое направление, пока течет по кругу.	Он течет в одном направлении в цепи.
ток	Это величина, изменяющаяся во времени	Это ток постоянной величины.
Поток электронов	Электроны продолжают переключать направления – вперед и назад.	Электроны неуклонно движутся в одном направлении или «вперед».
Получен из	Генератор переменного тока и сеть.	Ячейка или батарея.
Пассивные параметры	Сопротивление.	Только сопротивление
Фактор силы	Лежит между 0 и 1.	это всегда 1.
Типы	Синусоидальный, Трапециевидный, Треугольный, Квадратный.	Чистый и пульсирующий.

Переменный и постоянный ток. Горизонтальная ось – это время, а вертикальная ось представляет напряжение.

Международный символ этого напряжения DC — Direct Current (постоянный ток), а условное обозначение на электросхемах «—» или «=». Величина и полярность этого вида напряжения являются неизменными, а сила тока изменяется только при изменениях нагрузки. Этот вид электрического тока производится аккумуляторами, батарейками и элементами солнечных электростанций.

От сети постоянного тока работают двигатели трамваев, троллейбусов и другого электротранспорта. Эти электродвигатели имеют лучшие тяговые характеристики, чем двигатели переменного тока.

Информация! От постоянного напряжения работает бОльшая часть электронных схем, но они получают питание от сети переменного тока через встроенный или внешний блок питания с выпрямителем.

Переменный ток

Международное обозначение этого напряжения AC — Alternating Current (переменный ток), а условное обозначение на электросхемах «~» или «≈».

Величина и полярность переменного тока в сети всё время меняется. Частота этих изменений составляет 50Гц в Европе и некоторых других странах и 60Гц в США. Большинство бытовых и промышленных электроприборов изготавливаются для питания переменным напряжением.

Практически вся электроэнергия, используемая в быту и промышленности, является переменной. Для передачи на большие расстояния его повышают при помощи трансформаторов, а в конечной точке линии понижают до необходимой величины. Это позволяет уменьшить стоимость ЛЭП и потери. Для того, чтобы исключить колебания напряжения, для особоважных приборов устанавливаются стабилизаторы.

При увеличении напряжения и неизменной передаваемой мощности сила тока и сечение проводов пропорционально уменьшается. Если напряжение не повышать, то для подачи электроэнергии к потребителю необходимо использовать кабеля большого сечения, а передача на большие расстояния окажется невозможной. Вот почему в розетке переменный ток.

В домашней розетке два контакта — фазный и нулевой. В некоторых случаях к ним добавляется заземляющий. Это однофазное напряжение является частью трёхфазной системы. Она включает в себя три одинаковых сети. Напряжение в этих сетях сдвинуто по фазе на 120° друг относительно друга.

Вначале эта система была шестипроводной. В таком виде её изобрёл Никола Тесла. Позже М. О. Доливо-Добровольский усовершенствовал эту схему и предложил передавать трёхфазное напряжение по трём или чётырём проводам (L1, L2, L3, N). Он также показал преимущества трёхфазной системы электроснабжения перед схемами с другим числом фаз.

Знаковая и цветовая маркировка элементов ЗС

В соответствии с требованиями ГОСТа Р 50462 проводники и шины электросетей с заземленной нейтралью должны обозначаться маркировкой «РЕ» с добавлением штриховой линии из перемежающихся жёлтых и зелёных полосок на концевых участках трассы. Одновременно с этим шины рабочего «нуля» обозначаются голубым цветом и маркируются как «N».

В тех схемах, где нулевые рабочие проводники используются в качестве элемента защитного заземления с подключением на заземляющее устройство, при их обозначении используется голубой цвет.

Одновременно с этим им присваивается маркировка «PEN» и добавляются чередующиеся желтые и зеленые штрихи на конечных участках схемных обозначений.

Необходимо отметить, что строгое соблюдение всех положений и требований ГОСТа и ПУЭ позволит потребителю организовать безопасную эксплуатацию имеющегося в его распоряжении оборудования.

Небольшое заключение

Со времён открытия Томасом Эдисоном постоянного электрического тока прошло немало лет. За этот промежуток времени постоянный ток стал незаменимым спутником человека в широчайшем диапазоне сфер деятельности. Кроме того, сейчас у него есть очень заманчивые перспективы применения (при замене электроустановок, работающих на переменном токе, на электроустановки, функционирующие на постоянном токе) в плане:

повышения устойчивости, надёжности, эффективности, экономичности (снижение потерь) систем электроснабжения при транспортировке электроэнергии по линиям электропередач;
обеспечение более высокой степени электробезопасности за счёт увеличения порога напряжения до 8В (для переменного тока эта величина составляет 2В);
возможности, когда отсутствуют трансформаторы, передавать информационные сигналы для нужд телефонной связи и кабельного телевидения;
использование солнечных батарей и светодиодных светильников, работающих на постоянном токе.

Безусловно, всё это требует дополнительных исследований, но зато достигнутые цели открывают новые возможности, которые вполне оправдывают необходимость вложения средств, получив со временем весьма существенную экономию.