Электрический ток постоянный и переменный

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

 

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

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

 Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется.

Но — как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках —  это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

   Источники постоянного напряжения это:

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

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

   Источники переменного напряжения:

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

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

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

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

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

  Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.

д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

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

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

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

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

«Почему в розетке именно 220 вольт?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

ТехникаЭлектричество

Тамара Царицына

21 марта 2021  ·

81,8 K

ОтветитьУточнитьИгорь Савин

Топ-автор

9,0 K

Энергетик по профессии. Интересы: лингвистика, психология.  · 22 мар 2021

Так сложилось.

Когда это всё только-только изобрели, то за стандарт взяли 100 Вольт — красивое ровное число. К тому же такая величина более-менее большая, чтобы делать провода не слишком толстыми, и более-менее маленькая, чтобы не делать изоляцию слишком толстой.

Но поскольку было большое падение напряжения (сеть постоянного тока, несовершенные технологии и прочие связанные с ограничениями времени штуки) — то чтобы напряжение не падало ниже положенного и электроприборы могли нормально работать, надо было поддерживать напряжение источника немного выше — так и получилось значение 110 В.

По мере развития техники выяснилось, что для мощных потребителей 110 Вольт — маловато.

Тогда решили делать систему из трёх проводов. Потребителю в розетки и на лампочки отправляли по-старому: «0» и «+110» (или «0» и «-110») — и у него было 110 Вольт, а вот на более мощные присоединения (котельные, прачечные и тому подобное): «-110» и «+110» — и там было 220 Вольт.

Собственно, с развитием техники и переходом на переменный ток ничего не изменилось, и число 220 осталось стандартным — просто ради совместимости существующего оборудования. А более низкое напряжение (правда, уже не 110, а 127 Вольт — из-за того, что у переменного тока чуть другие формулы расчёта) со временем кануло в лету.

Единственная поправка — последние лет пятнадцать стандартной величиной почти во всей Европе и в России является 230 Вольт. Оборудование всё равно делается с запасом, а такое увеличение позволило снизить потери и увеличить допустимую нагрузку в электросетях. Ну и в других странах эти же самые 100 Вольт могли пройти несколько другой путь развития и прийти к другим числам (например, в Японии так и осталось 100 Вольт, а в странах Америки — 110-120), но источник у всех этих стандартов один — 100 Вольт, которые были заложены в первых электрических сетях постоянного тока.

69,8 K

Сергей Дымский

28 марта 2021

Я бы уточнил, 230 плюс-минус 10 %. Так что, в розетке может быть и 250В. И это тоже нормально.

Комментировать ответ…Комментировать…

Чернозубенко Павел

Маркетинг

423

30 лет уже: маркетинг, реклама, продажи, PR. О маркетинге на сайте   · 9 апр 2021  · marketch.ru

В розетке 220 потому что 380 вольт! Да, вот такой странный, на первый взгляд, ответ. В трехфазной сети, в которой работают установки промышленного тока (трехфайзные электродвигатели станков, лифтов и проч.) – 380 вольт. — 3 фазы – 380 В. — 1 фаза – 220 В. > 380 / корень квадратный из трех, т.е. 380/1,73=220. Это, полагаю, теперь понятно… А вот почему именно 380/220… Читать далее

Больше о маркетинге на «Записки маркетолога»

Перейти на marketch.ru49,8 K

Владимир Баскаков

10 апреля 2021

А 50 Гц из-за оборотов генераторов — 3000 об/мин. 3000/60 = 50 об/с. А в США 60 Гц — там 3600 об/мин.

Комментировать ответ…Комментировать…

НИКОЛАЙ КОРЕШКОВ

33

пенсионер мне 75 лет работал в геологии и на деревообработке интересуюсь темами в которых. ..  · 15 мая 2021

В розетке 220 вольт пото тому что и 380 в трехфазной сети. Автор осветил сие математически, нисколько не думая о том что такое потребители постоянного тока и переменного. допускаем, что в быту да и на производстве, все приборы расчитаны на 110 вольт постоянного тока, а теперь пускаем в сеть переменный того же номинала. Лампочки и электромоторы переживут сию перемену… Читать далее

Akilya Galimova

16 мая 2021

Ох уж эти геологи! Надо же такую кашу заварить!

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Моисей Гельман

В Фейсбуке  · 14 сент 2021

Речь идет о переменном токе, поэтому полярности + или — быть не может. От напряжения 110 В отказались, чтобы, повысив его до 220 В, по тем же проводам передавать большую мощность, так как нагрузки в быту возросли.

Комментировать ответ…Комментировать…

Александр Геймур

Пенсионер,но работаю. профессия электроника Кип и А.Широкий круг вопросов,касающихся техни…  · 31 мар 2021

Конечно знаю, в комментариях правильные ответы. А ещё я вам скажу,что если посмотреть осциллограмму то осциллограф покажет амплитуду в розетке 600вольт, так-то!

28,8 K

Птица счастья

1 апреля 2021

сомневаюсь, однако… за 600 В…

Комментировать ответ…Комментировать…

Ruslan Y

317

Инженер электронной техники, программист.  · 23 мар 2021

Это пошло от Эдисона и Тесла. Они зарождали принципы электрификации. Эдисон на постоянном токе 100 В. а тесла на переменном токе. Так как Эдисон немного опережал, то многие электроприборы уже были рассчитаны на 100 вольт. Есть еще один момент. Линии постоянного тока очень сложно было согласовывать с потребителями из-за потерь в проводах и приходилось порой немного… Читать далее

22,1 K

Glok

29 марта 2021

Набежали математики, 220В это класс напряжения по ГОСТу, в сети должно быть 230 +-10% а так вообще стандартное 400/1,73= 232В.

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Владимир

13

Читатель  · 9 апр 2021

Если не очень вдаваться в теорию электрических машин. Генерирующая электромашина представляет три вращающиеся катушки в роторе и ещё есть катушки в статоре. Больше катушек неэффективно. Затем идёт учёт скорости вращения генерирующей э\машины и характеристик э\сетей. Подключение было по «звезде» или «треугольнику». Подача э\э в СССР была по типу фаза\фаза\фаза\ноль и глу… Читать далее

Akilya Galimova

16 мая 2021

Книжки по истории то ли читали?

Комментировать ответ…Комментировать…

Владимир

13

Читатель  · 14 апр 2021

Упрощённо опять же. Напругу можно получить вращая катушку провода относительно другой катушки и её передать по проводам в другое место. Чем выше напряжение, тем меньше потери на передачу, провода меньше греются. Поэтому в ЛЭП очень высоковольтно. Для начала напругу повысили в трансформаторе (КПД до 98%) а после понизили до очень симпатичных 380В и 3-х фаз. Оказалось… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Юрий Козырьков

-2

Пенсионер, интересуюсь астрономией.  · 18 сент 2021

Потому что это максимальное не смертельное напряжение. Смертельный для человека ток составляет от 10 до 15 миллиампер. Внутреннее сопротивление человека от 20 до 80 килоОм. Ток через тело человека рассчитывается по закону Ома по формуле I=U/R. 220/40=0.055 A=5,5 миллиампера, что не смертельно. Это я взял среднее сопротивление тела человека в 40 килоОм. Смертельно лишь… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Любитель радио

1

Пенсионер; Инженер-электроник; Хобби — своя технология изготовления сидра. Просто и…  · 15 сент 2021

220 вольт в розетке-это исторически сложившийся итог выбора напряжения для бытовых нужд. Принимались во внимание потери в сети при передаче электроэнергии на расстояние, сечение проводов с учётом существующих бытовых приборов и т.д. С появлением 3-х фазного напряжения был выбран стандарт: на подстанцию приходит 3-х фазное напряжение 6 или 10 киловольт (3 провода), с… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Анализ цепи

— Можно ли взять розетку в качестве источника тока?

спросил 2 года 8 месяцев назад

Изменено 2 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 406 раз

\$\начало группы\$

Рассмотрим ситуацию, когда у меня есть розетка, и я совершенно не знаю о внутренних цепях и о том, что электричество поступает от источника переменного напряжения, поставляемого какой-то компанией. Я просто хочу знать, могу ли я использовать розетку в качестве источника тока для моего устройства, а не в качестве источника переменного напряжения. Короче говоря, какое свойство у розетки как у черного ящика? Я изучаю курс электроники, и мне непонятна разница между источником тока и источником напряжения.

• анализ цепей
• источник тока
• электричество
• источник напряжения

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

И «источник тока», и «источник напряжения», представленные в вашем курсе электроники, являются идеализациями . Это теоретические сущности, которые мы никогда не встречаем на практике. Но они часто являются хорошим приближением к тому, что мы действительно встречаем, в определенном диапазоне.

Разница между ними заключается в выходном импедансе. Источник напряжения в идеале имеет нулевое выходное сопротивление. На практике любой источник с малым выходным сопротивлением хорошо аппроксимируется источником напряжения. Его выходной ток может варьироваться от нуля до большого выхода, в то время как его напряжение изменяется лишь на небольшую долю. Источник тока имеет идеально бесконечное выходное сопротивление. Напряжение будет меняться от нуля до большого значения, а его ток изменится мало.

Электрическая розетка на вашей стене лучше всего подходит как источник напряжения для большинства вещей, которые вы хотите сделать с ней, например, подключить к ней освещение, отопление, двигательные нагрузки. Его выходное сопротивление очень низкое. В пределах диапазона тока, который он должен подавать, падение напряжения невелико.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

… и тот факт, что электричество поступает от источника переменного напряжения , поставляемого какой-то компанией.

Вы ответили на свой вопрос «Нет». Сетевые операторы делают все возможное, чтобы поддерживать напряжение питания постоянным. Ток ограничивается сопротивлением источника, автоматическими выключателями и предохранителями.

Короче, какое свойство у розетки как у черного ящика?

Его можно представить как источник напряжения с последовательным импедансом.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Теория электрических цепей утверждает, что источник напряжения, который имеет некоторый последовательный импеданс как неидеальность, может быть заменен эквивалентным источником тока с таким же импедансом при параллельном подключении. Остальная электрическая цепь не увидит никакой разницы.

Предположим, что ваша розетка на 230 В перем. тока может выдавать ток короткого замыкания 200 А до того, как провода расплавятся, если бы не было автоматических выключателей. Последовательное сопротивление = 230/200 Ом = 1,15 Ом.

Эквивалентным неидеальным источником тока будет идеальный источник тока на 200 А с параллельным импедансом 1,15. Все, что подключено к этой эквивалентной розетке, не увидит разницы.

Теоретически эквивалентное поведение схемы не означает, что для создания источника тока на базе розетки 230 В переменного тока требуются эквивалентные усилия по конструированию. У нас нет практических методов производства электроэнергии, которые имеют тенденцию производить определенный ток, а большие токи вызывают большие потери в практических проводах.

Но мы все же попытались построить розетку на 230 В переменного тока. Что, если бы вся система электроснабжения, включая производство, распределение и строительство электрических устройств, была бы основана на постоянном токе (при условии, что существует практический генератор постоянного тока)?

Должны быть предохранители от перенапряжения, которые закорачивают цепь, если неисправность где-то обрывает провод. Новые электроприборы будут включены последовательно с уже подключенными. Там нет ничего невообразимого.

К сожалению, я вырос с системой постоянного напряжения. У меня нет коллекции, из которой можно было бы выбрать принципы для создания общих функций устройств, которые ожидают люди. Я не знаю, можно ли создавать электронные компоненты с идеей постоянного тока? Теория полупроводников начинается с электронвольт. Я не проверял, есть ли у кого-то на нашем дочернем сайте https://worldbuilding.stackexchange.com идея.

Я полагаю, что непрерывная потеря энергии в практических проводящих материалах разрушит всю идею на уровне компонентов, устройств, систем и инфраструктуры. Но недорогие сверхпроводники могли бы существенно помочь.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Почему электронные системы не могут использовать источник постоянного тока и изменять напряжение при изменении потребляемой мощности?

Я думаю, что большинство других ответов указывают на реальную проблему лишь довольно косвенно. Это будет работать, но будет совершенно непрактично по очень простым причинам, даже если игнорировать всю проблему генерации и распределения, когда конечными пользователями будут нагрузки постоянного тока с соответствием тысячам вольт для домашних пользователей и хорошим долям мегавольта для домашних пользователей. более крупные пользователи, такие как торговые центры и т. д.

Почему электронные системы не могут использовать источник постоянного тока и изменять напряжение при изменении потребляемой мощности?

Могут, но взаимные отношения между связанными величинами делают его совершенно непрактичным для распределения энергии даже на уровне дома. Кроме того: это не решает никаких практических проблем. Никаких улучшений. На самом деле, даже при самом тщательном проектировании система была бы чрезвычайно дорогой в реализации, даже в масштабах домашнего хозяйства.

Электропитание постоянного напряжения может питать несколько нагрузок параллельно , как вы это делаете с обычной бытовой электропроводкой. Когда нагрузка отключена, проводимость падает до нуля, и ток больше не течет. Емкость источника питания при постоянном напряжении выражается в Амперах .

Источник питания постоянного тока требует подключения всех нагрузок к серии . При отключении нагрузки сопротивление падает до нуля, и ток идет в обход нагрузки. Замкнутый переключатель поддерживает замыкание на ввод . Мощность источника при постоянном токе дается в Вольт .

При подаче постоянного тока проводка дома будет представлять собой одну большую последовательную цепь, и каждая розетка должна будет закорачивать контакты всякий раз, когда нагрузка не подключена. Все нагрузки должны будут проводить полный ток, потребляемый бытовые, так как все силовые выключатели, переведенные в положение «выключено», должны были бы иметь нулевое (очень низкое) сопротивление , чтобы не рассеивать мощность.

Поскольку мощность эквивалентна максимальному напряжению, повышение мощности сети дома будет означать повышение максимального напряжения, подаваемого на розетки. Предположим, что практический постоянный ток для бытового использования будет 15А. Довольно стандартное бытовое электроснабжение на 24 кВт — домашнее обслуживание США 240 В / 100 А — станет источником питания «среднего» напряжения 1,6 кВ. Для обслуживания 200 А для больших домов потребуется линейное напряжение 3,2 кВ.

Кроме того, рассеяние статического электричества в режиме ожидания домохозяйства будет пропорционально количеству розеток и 92/р\$.

Итак, если «выключить» все в доме, счетчик электроэнергии не остановится. Чтобы фактически остановить потребление электроэнергии, вам придется закоротить сторону питания счетчика электроэнергии.

Единственным «крутым» аспектом такого источника питания, если не учитывать безумный риск поражения электрическим током, было бы то, что короткие замыкания были бы совершенно безопасными. Жесткое короткое замыкание в электроприборе равносильно его отключению 🙂

Кроме того, «предохранители» в электроприборах должны контролировать как напряжение, так и ток.