Обозначение постоянного и переменного электрического тока
Рано или поздно каждый человек вынужден столкнуться с ситуацией, когда необходимо познакомиться с электричеством ближе, чем на уроках физики в школе. Отправным моментом для этого может стать как поломка электроприборов или розеток, так и просто искренний интерес к электронике со стороны человека. Один из основных вопросов, который необходимо рассмотреть: каким образом обозначены постоянный и переменный ток. Если вы знакомы с понятиями:электрический ток, напряжение и сила тока, вам будет проще понять, о чём идёт речь в этой статье.
Электрическое напряжение делят на два вида:
- постоянное (dc)
- переменное (ас)
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
А если у вас, например, имеется только 4 провода, то и тут проблем не возникнет. Вам нужно будет только соединить обратные проводники. Объединив их, вы получите проводник, который называют нейтральным. Обычно его заземляют. А оставшиеся внешние проводники кратко обозначают как L1, L2 и L3.
Но существует и двухфазный, он представляет из себя комплекс двух однофазных токов, в которых также присутствуют прямой проводник для проведения напряжения и обратный, они сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90 градусов.
Применение
Для выработки постоянного тока такой силы используют специальные генераторы. Также его можно получить посредству преобразования переменного, для этого используется прибор, в котором применяют электронную лампу, его называют кенотронный выпрямитель, а сам процесс обозначается как выпрямление. Ещё для этого используется двухполупериодный выпрямитель. В нём, в отличие от простого лампового выпрямителя, находятся электронные лампы, которые имеют два анода — двуханодные кенотроны.
Если вы не знаете как определять то, с какого полюса течёт постоянный ток, запоминайте: он всегда течёт от знака «+» к знаку «-«. Первыми источниками постоянного тока были особые химические элементы, их называют гальванические. Уже позже люди изобрели аккумуляторы.
Переменный ток используется и в медицине
Так, например,дарсонвализация — это метод воздействия электричеством при большом напряжении, на наружные покровы и слизистые оболочки организма. Посредством этого метода у пациентов улучшается кровоснабжение, улучшается тонус венозных сосудов и обменных процессов организма. Дарсонвализация может быть как местная, на определённом участке, так и общая. Но чаще используют местную терапию.
Таким образом, мы узнали, что есть два вида электрического тока: постоянный и переменный, по-другому их называют ac и dc, поэтому, если вы скажете одну из этих аббревиатур, вас точно поймут. Кроме того, обозначение постоянного и переменного тока в схемах выглядит как (—) и (~), что упрощает их узнавание. Теперь, при починке электроприборов, вы, без сомнений, скажете, что в них используется переменное напряжение, а если вас спросят какой ток находится в батарейках, вы ответите, что постоянный.
Обозначения в графических схемах. Часть 2
Для удобства воспользуйтесь поиском, это комбинация клавиш Ctr+F
Таблица 6 (г):
| Наименование | Обозначение |
| 1. Постоянный ток, основное обозначение |  |
| Примечание. Если невозможно использовать основное обозначение, то используют следующее обозначение |  |
| 2. Полярность постоянного тока: а) положительная |  |
| б) отрицательная |  |
| 3. m проводная линия постоянного тока напряжением U, например: |  |
| а) двухпроводная линия постоянного тока напряжением 110 В |  |
| б) трёхпроводжная линия постоянного тока, включая средний провод, напряжением 110 В между каждым внешним проводником и средним проводом 220 В — между внешними проводниками |  |
| 4. Переменный ток, основное обозначение |  |
| Примечание. Допускается справа от обозначения переменного тока указывать величину частоты, например переменного тока частотой 10 кГц |  |
| 5. Переменный ток с числом фаз m, частотой f, например переменный трёхфазный ток частотой 50 Гц |   |
| 6. Переменный ток числом фаз m, частотой f, напряжением U, например: |  |
| а) переменный ток, трёхфазный, частотой 50 Гц, напряжением 220 В |  |
| б) переменный ток, трёхфазный, четырёхпроводная линия (три провода, нейтраль) частотой 50 Гц,напряжением 220/380 В |  |
| в)переменный ток, трёхфазный, пятипроводная линия (три провода фаз, нейтраль, один провод защитный с заземлением) частотой 50 Гц, напряжением 220/380 В |  |
| г) переменный ток, трёхфазный, четырёхпроводная линия (три провода фаз, один защитный провод с заземлением, выполняющий функцию нейтрали) частотой 50 Гц, напряжением 220/380 В |  |
| 7. Частоты переменного тока (основные обозначения): а) промышленные |  |
| б) звуковые |  |
| в) ультразвуковые и радиочастоты |  |
| г) сверхвысокие |  |
| 8. Постоянный и переменный ток |  |
| 9. Пульсирующий ток |  |
Таблица 6 (д)
| Наименование | Обозначение |
| 1. Однофазная обмотка с двумя выводами |  |
| 2. Однофазная обмотка с выводом от средней точки |  |
| 3. Две однофазные обмотки, каждая из которых с двумя выводами |  |
| 4. Три однофазные обмотки, каждая из которых с двумя выводами |  |
| 5. m однофазных обмоток, каждая из которых с двумя выводами |  |
| 6. Двухфазная обмотка с раздельными фазами |  |
| 7. Трёхфазная обмотка с раздельными фазами |  |
| 8. Многофазная обмотка n с числом раздельных фаз m. Примечание. к пп. 6-8. Обозначения применяются для обмоток с раздельными фазами, для которых допускаются различные способы внешних соединений |  |
| 9. Двухфазная трёхпроводная обмотка |  |
| 10. Двухфазная четырёхпроводная обмотка |  |
| 11. Двух-трёхфазная обмотка Т-образного соединения (обмотка Скотта) |  |
| 12. Трёхфазная обмотка V-образного соединения двух фаз в открытый треугольник |  |
| Примечание. Допускается указывать угол, под которым включены обмотки, например под углами 60 и 120 градусов |  |
| 13. Трёхфазная обмотка, соединённая в звезду |  |
| 14. Трёхфазная обмотка, соединённая в звезду, с выведенной нейтралью |  |
| 15. Трёхфазная обмотка, соединённая в звезду, с выведенной заземлённой нейтралью |  |
| 16. Трёхфазная обмотка, соединённая в треугольник |  |
| 17. Трёхфазная обмотка, соединённая в разомкнутый треугольник |  |
| 18. Трёхфазная обмотка, соединённая в зигзаг |  |
| 19. Трёхфазная обмотка, соединённая в зигзаг, с выведенной нейтралью |  |
| 20. Четырёхфазная обмотка |  |
| 21. Четырёхфазная обмотка с выводом от средней точки |  |
| 22. Шестифазная обмотка , соединённая в звезду |  |
| 23. Шестифазная обмотка , соединённая в звезду, с выводом от средней точки |  |
| 24. Шестифазная обмотка , соединённая в двойную звезду |  |
| 25. Шестифазная обмотка , соединённая в две обратные звезды |  |
| 26. Шестифазная обмотка , соединённая в две обратные звезды, с раздельными выводами от средних точек |  |
| 27. Шестифазная обмотка , соединённая в два треугольника |  |
| 28. Шестифазная обмотка , соединённая в шестиугольник |  |
| 29. Шестифазная обмотка , соединённая в двойной зигзаг |  |
| 30. Шестифазная обмотка , соединённая в двойной зигзаг, с выводом от средней точки |  |
Таблица 6 (е)
Таблица 6 (ж)
Таблица 6 (з)
Таблица 6 (и)
Таблица 6 (к)
Таблица 6 (л)
Таблица 6 (м)
Таблица 6 (н)
Таблица 7
ПРИЛОЖЕНИЕ 1:
Термины, применяемые в стандарте, и их пояснения
| Термин | Пояснение |
| Электрическая связь | Проводящая среда, электрически соединяющая группу точек электрического соединения (электрических контактов) |
| Линия электрической связи | Условное графическое обозначение электрической связи, показывающее путь прохождения тока. Примечание. Линия электрической связи не даёт информации о проводах (кабелях, шинах), осуществляющих данную электрическую связь |
| Ответвление линии электрической связи | Условное изображение электрического узла, в котором происходит сложение и вычитание токов. Примечание. Ответвления линий электрической связи не дают информации о реальных электрических контактах, соединённых данной электрической связью |
| Линия групповой связи | Линия, условно изображающая группу линий электрической связи (проводов, кабелей, шин), следующих на схеме в одном направлении. |
| Графическое слияние линий электрической связи (проводов, кабелей, шин) | Упрощённое изображение нескольких электрически не соедиинённых линий связи ( проводов, кабелей, шин), использующих линию групповой связи. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2:
Размеры (в модульной сетке) основных условных графических обозначений
определение, в чём отличие AC от постоянного значения
Простой способ визуализировать различие между постоянным и переменным токами — построить графики зависимости их направления от времени. Первый будет выглядеть как прямая, а второй как волнообразная линия. Один цикл этой кривой и есть графическая основа того, как обозначается переменный ток на схемах и пиктограммах (~), а аббревиатура AC (Alternating Current) устоялась как общепризнанный термин в текстах.
Обозначения DC и AC
Все проводники имеют свободные электроны, способные перемещаться в присутствии разности потенциалов. Этот поток заряженных частиц в замкнутом контуре называется электрическим током. Если электрический заряд движется только в одном направлении, то это явление называется постоянным электрическим током, его обозначение «—» или DC (Direct Current).
Определение переменного тока можно вывести от обратного: это будет движение зарядов, меняющих своё направление на периодической основе. Колебания АС могут принимать самые разнообразные формы, например:
- пилообразную;
- квадратную;
- треугольную;
- синусоидальную.
Синусоидальный AC ток — это тот тип энергии, который транспортируется по современным электрическим сетям. Его огромное преимущество для энергосистем в том, что он позволяет достаточно просто изменять передаваемое напряжение с помощью трансформаторов, а такую форму волны легко генерировать. Эти качества позволяют экономить огромное количество денег и материальных ресурсов при производстве и передаче электроэнергии на значительные расстояния.
Проиллюстрировать выгоды от использования АС энергокомпаниями можно на следующем примере. Допустим, что в качестве генерирующей мощности есть электростанция, которая способна производить 1 млн ватт энергии.
Для наглядности удобно будет рассмотреть 2 способа её транспортировки:
- Передать по сетям 1 млн ампер с напряжением 1 вольт.
- Транспортировка тока силой в 1 ампер и напряжением 1 млн вольт.
Главное отличие заключается в следующем: во втором случае для передачи энергии потребуется проводник небольшой толщины, в то время как в первом — без кабеля с огромным сечением не обойтись. Поэтому энергетические компании преобразуют сгенерированную энергию в AC с очень высоким напряжением для транспортировки, а затем понижают в непосредственной близости от потребителей.
Ещё одним преимуществом AC для энергокомпаний является превосходство в надёжности и простоте генераторов переменного тока в сравнении с динамо. Кроме того, AC обладает такими преимуществами:
- позволяет эксплуатировать сравнительно более эффективные, простые и надёжные электрические машины;
- не разрушает коммутационные устройства.
Вся электроника и цифровая техника потребляет DC. Как правило, генерация постоянного тока производится с помощью электрохимических и гальванических элементов. Это сравнительно дорогие способы получения электричества, поэтому существует немало конструкций устройств, преобразующих AC в DC, основанных на предотвращении протекания тока в обратном направлении и выпрямлении синусоиды с помощью фильтров.
В комбинации с трансформаторами выпрямители позволяют получать из сети DC требуемых параметров и высокого качества.
Идеи Эдисона
Современную жизнь невозможно представить без электричества. Для того чтобы оно служило в гражданских и промышленных целях, его необходимо не только произвести, но и доставить потребителю. Первым, кто решил производить электроэнергию в большом объёме и транспортировать её на заводы, в офисы и домашние хозяйства, был американский предприниматель Томас Эдисон — один из самых влиятельных изобретателей мира.
Для реализации своей идеи он спроектировал и испытал паровые генераторы постоянного тока, счётчики электрической энергии и элементы распределительных сетей. Провести первую электрификацию освещения было в то время непросто. Владельцы газовых компаний рассматривали Эдисона как опасного конкурента, способного поставить существование их предприятий под угрозу. Но изобретателя ничто не могло остановить. Ни колоссальная стоимость прокладки кабелей в тротуарах, ни аварии во время испытаний не помешали ему в сентябре 1882 г. запустить первую осветительную сеть из пяти тысяч ламп.
Через 5 лет работало уже более 50 электростанций Эдисона. Несмотря на большой успех изобретателю не удалось расширить географию своих электрических сетей на весь мир. Жители районов, в которых находились электростанции, жаловались на дым и копоть, и добились закрытия производств Эдисона. Таким образом, первое поколение угольных электростанций со временем прекратило свою работу, уступив место тысячам новым, генерирующим AC.
Победа Теслы
Бо́льшая часть раннего распределяемого электричества была постоянным током, а стандартов для потребителей не существовало. Например, дуговые лампы нуждались в нескольких тысячах вольт, а лампы накаливания Эдисона требовали 110 В, трамваи Сименса работали от 500 В, а промышленные двигатели на предприятиях могли в разы отличаться по напряжению.
Электрические компании вынуждены были создавать и содержать одновременно несколько генерирующих линий для различного класса нагрузок. Можно сказать, что для повсеместного использования сетей DC было два серьёзных препятствия:
- близость генераторов к нагрузкам;
- сложности с обеспечением разнообразия напряжений.
Хорватский учёный Тесла, работавший с Эдисоном, считал, что использование переменного тока в электрических сетях может решить эти проблемы. Их разногласия относительно перспектив переменного напряжения закончились тем, что исследователь АС продолжил свои работы уже с конкурентом Эдисона — Джорджем Вестингаузом. Тесла не открыл переменный ток, но был изобретателем синхронного генератора и асинхронного двигателя, а также автором патентов, касающихся работы многофазных устройств.
Преимущества AC для генерации и транспортировки были очевидны, но Эдисон, вместо того, чтобы признать это, оставался твёрд в продвижении DC и пытался дискредитировать своих конкурентов. Он начал популяризировать идеи о том, что АС смертоносен для животных и людей. Например, Эдисон даже стал изобретателем электрического стула на переменном токе с целью получить основания для пропагандистской компании, посвящённой опасности АС.
Несмотря на то что антирекламная кампания прошла успешно и дала ощутимые плоды, радость победы для Эдисона была недолгой. В 1892 г. немецкий физик Поллак изобрёл механический выпрямитель, с помощью которого стало возможным заряжать электрические батареи, и существование транспортировки DC потеряло своё последнее оправдание. Уже в 1893 году Чикагская мировая ярмарка была освещена от сети АС, что стало началом триумфа переменного тока в XX веке, а конкурентные события между изобретателями вошли в историю как «война токов».
Ренессанс электрической войны
Рост использования источников возобновляемой энергии в XXI веке привёл к появлению децентрализованных электросетей небольшого масштаба с потреблением электричества практически на месте производства. Для таких энергосистем преимущества AC не имеют никакого значения, поэтому применение в них постоянного тока оправдано.
Современная высокопроизводительная электроника осуществила прогресс в преобразовании энергии и позволяет трансформировать постоянный ток в диапазонах напряжений до 800 тыс. вольт с большей эффективностью, чем в электрических машинах АС. Эти инновации стали основой для строительства высоковольтных линий постоянного тока (HVDC) для передачи избыточной солнечной или ветровой энергии из одних регионов в другие. Строительство HVDC обходится приблизительно вдвое дороже традиционных, но из-за низких потерь и экологичности всей системы подобные инвестиции оправданы.
Всё большее количество электроприборов требуют постоянного тока. Компьютеры, светодиодное освещение и другие электронные устройства нуждаются в преобразовании и выпрямлении сетевого электричества. В ближайшие годы ожидается рост количества электрических транспортных средств. Современные распределительные системы DC способны со временем исключить в быту преобразователи напряжения и легко интегрировать в бытовые и промышленные сети фотоэлектрические элементы и накопительные батареи.
Передача высоковольтного DC в настоящее время уже проверенная и отработанная технология в таких странах, как Германия и Китай. Но для практической повсеместной реализации остаётся ещё много нерешённых вопросов. Как обе технологии будут сосуществовать? Что будет эффективными мерами безопасности? Какие технические и юридические мероприятия потребуются для перехода на постоянный ток? Преимущества и масштабы подобных изменений настолько значительны, что, видимо, речь идёт о смене парадигмы.
Принцип работы, отличия постоянного от переменного электрического тока
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.
Любой электроинструмент, устройство или прибор, работающие от батареек так же являются потребителями постоянного тока , потому что батарея или аккумулятор- это исключительно источники постоянного тока, который при необходимости преобразуется в переменный с использованием специальных преобразователей (инверторов).
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.
Переменный ток может быть как одно- , так и трёхфазным, для которого мгновенные значения тока и напряжения меняются по гармоническому закону.
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.
- Первоначальный этап преобразования— это подключение диодного моста, состоящего из 4 диодов достаточной мощности (на рисунке ниже), который срезает верхние границы переменных синусоид или делает ток однонаправленным.
- Второй этап— это подключение параллельно на выход с диодного мостика конденсатора или сглаживающего фильтра, который исправляет провалы между пиками синусоид. Обратите внимание, как выглядит синусоида после прохождения через диодный мост (на рисунке выделена зеленным цветом).
И как уменьшаются пульсации (изменения напряжения) после подключения конденсатора- на рисунке выделено синим цветом.
- Далее при необходимости для уменьшения уровня пульсаций, дополнительно могут применяются стабилизаторы тока или напряжения.
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.
