Каква е разликата между AC и DC?

Само малцина са в състояние реалистично да осъзнаят, че променлив и постоянен ток са малко по-различни. Да не говорим за назоваване на специфични различия. Целта на тази статия е да обясни основните характеристики на тези физически величини по разбираеми за хората без багаж на техническите знания и да даде някои основни понятия, свързани с този въпрос.

Трудности при визуализацията

Повечето хора лесно могат да разберат такива концепции като "натиск", "количество" и "поток", защото в ежедневието си те постоянно се изправят пред тях. Например, лесно е да се разбере, че увеличаването на потока при поливане на цветя ще увеличи количеството вода, напускаща маркуча за напояване, като същевременно увеличаването на налягането на водата ще го направи по-бързо и с по-голяма сила.

Електрически термини като "напрежение" и "ток" обикновено са трудни за разбиране, защото не виждате или усещате електричество, движещо се през кабели и електрически вериги. Дори и начинаещ електротехник е изключително трудно да се визуализира какво се случва на молекулярно ниво или дори ясно да се разбере какво е електронът, например. Тази частица е извън границите на сетивните способности на човека, не може да се види и не може да бъде докосната, освен когато определен брой от тях не преминават през човешкото тяло. Само тогава жертвата определено ще ги почувства и ще преживее това, което обикновено се нарича електрически шок.

Въпреки това, открити кабели и проводници, по-голямата част от хората изглеждат напълно безвредни, защото те не могат да видят електрони, които само чакат да поеме по пътя на най-малкото съпротивление, което обикновено е на земята.

аналогия

Ясно е защо повечето хора не могат да визуализират какво се случва в обикновените проводници и кабели. Опитът да се обясни, че нещо се движи през метал е в противоречие със здравия разум. На най-основното ниво електричеството не се различава толкова много от водата, така че основните му концепции са доста лесни за овладяване, ако сравнявате електрическата верига с водната система. Основната разлика между водата и електричеството е, че първата запълва всичко, ако може да излезе от тръбата, а втората за движението на електрони се нуждае от проводник. Чрез визуализирането на тръбната система е по-лесно за повечето хора да разберат специалната терминология.

Стресът е под налягане

Напрежението е много подобно на налягането на електроните и показва колко бързо и с каква сила те се движат през проводника. Тези физични величини са еквивалентни в много отношения, включително тяхната връзка със здравината на тръбопровода-кабел. Точно както прекалено голям натиск нарушава тръбата, твърде много напрежение разрушава екранировката на проводника или го пробива.

Ток като поток

Токът е скоростта на потока от електрони, показвайки колко от тях се движат по кабела. Колкото по-високо е, толкова повече електрони преминават през проводника. Точно както големи количества вода изискват по-дебели тръби, по-големите токове изискват по-дебели кабели.

Използването на модела на водния контур дава възможност да се обяснят много други термини. Например, генераторите на електроенергия могат да бъдат представени като водни помпи и електрическо натоварване - като водна мелница, чието въртене изисква поток и водно налягане. Дори електронните диоди могат да се разглеждат като водни клапани, които позволяват на водата да тече само в една посока.

Непрекъснат ток

Каква е разликата между постоянен и променлив ток, вече става ясно от името. Първото е движението на електроните в една посока. Много е лесно да го визуализирате с помощта на модела на водния контур. Достатъчно е да си представите, че водата тече през тръбата в една посока. Обичайните устройства, които създават постоянен ток, са слънчеви клетки, батерии и динамо машини. Почти всяко устройство може да бъде проектирано така, че да се подава от такъв източник. Това е почти изключителната прерогатива на ниско напрежение и преносима електроника.

Токът DC е сравнително прост и се подчинява на закона на Ом: U = I × R. Заредете захранването се измерва във ватове и е равна на: P = U × I.

Поради прости уравнения и поведение, постоянен ток е относително лесен за разбиране. Първите електропреносни системи, разработени от Томас Едисън през XIX век, го използват само. Обаче скоро разликата в променливия ток и постоянното стана очевидна. Предаването на последните на значителни разстояния беше съпътствано от големи загуби, така че след няколко десетилетия тя бе заменена от по-рентабилна (тогава) система, разработена от Никола Тесла.

Независимо от факта, че търговските енергийни мрежи на цялата планета понастоящем използват променлив ток, иронията е, че развитието на технологията е направило предаването на постоянен ток с високо напрежение на много големи разстояния и при екстремни натоварвания по-ефективно. Какво например се използва при свързване на отделни системи, като например цели страни или дори континенти. Това е друга разлика в променлив ток и постоянна. Първият обаче все още се използва в търговските мрежи с ниско напрежение.

Постоянен и променлив ток: разликата в производството и употребата

Ако променлив ток е много по-лесно да се произведе с генератор, използващ кинетична енергия, тогава батериите могат да създават само константа. Следователно, той доминира в силови вериги на устройства с ниско напрежение и електроника. Батериите могат да се зареждат само от постоянен ток, така че захранването с променлив ток се коригира, когато батерията е основната част на системата.

Широко използван пример е всяко превозно средство - мотоциклет, кола и камион. Генераторът, монтиран върху тях, създава променлив ток, който моментално се превръща в постоянен ток посредством токоизправител, тъй като батерията се намира в захранващата система, а повечето електроника изискват постоянно напрежение за работа. Слънчевите клетки и горивните клетки произвеждат само постоянен ток, който при необходимост може да се превърне в променлив ток от устройство, наречено инвертор.

Посока на движението

Това е друг пример за разликата между постоянен ток и променлив ток. Както подсказва името, последният е поток от електрони, който постоянно променя посоката си. От края на XIX век в почти всички битови и промишлени електрически цял свят използва синусоидална променлив ток, тъй като тя е по-лесно да се получи и много по-евтино да се разпространява, с изключение на много малко случаи на предаване на дълги разстояния, когато загуба на мощност принудени да използват най-новите високо напрежение DC системи.

AC има друго голямо предимство: позволява ви да върнете енергията от мястото на потребление обратно в мрежата. Това е много полезно в сградите и съоръженията, които произвеждат повече енергия, отколкото консумират, което е напълно възможно при използване на алтернативни източници като слънчеви панели и вятърни турбини. Фактът, че променлив ток позволява двупосочен енергиен поток, е основната причина за популярността и наличието на алтернативни захранвания.

честота

Що се отнася до техническото ниво, за съжаление е трудно да се обясни как действа променливотоков ток, защото моделът на водната верига към него не съвпада напълно. Възможно е обаче да се визуализира система, в която водата бързо променя посоката на потока, въпреки че не е ясно как ще направи нещо полезно в този случай. Променлив ток и напрежение непрекъснато променят посоката си. Честотата на промяната зависи от честотата (измерена в херц), а за битови електрически мрежи обикновено 50 Hz. Това означава, че напрежението и токът се променят 50 пъти в секунда. Изчисляването на активния компонент в синусоидалните системи е съвсем проста. Достатъчно е да се раздели върховата им стойност Radic-2.

Когато променлив ток променя посоката 50 пъти в секунда, това означава, че лампите с нажежаема жичка се включват и изключват 50 пъти в секунда. Човешкото око не може да го види, а мозъкът просто вярва, че осветлението работи постоянно. Това е друга разлика в променлив ток и постоянна.

Векторна математика

Токът и напрежението не само се променят постоянно - техните фази не съвпадат (те не са синхронизирани). Огромното мнозинство от AC захранващите натоварвания предизвикват фазова разлика. Това означава, че дори и за най-простите изчисления е необходимо да се приложи векторна математика. При работа с вектори е невъзможно просто да се добавят, изваждат или изпълняват други операции на скаларна математика. При постоянен ток, ако един кабел до някаква точка получи 5А, а другият - 2А, резултатът е 7А. В случай на променлива, това не е така, защото резултатът ще зависи от посоката на векторите.

Фактор на мощността

Активното натоварване с променливо напрежение може да се изчисли с помощта на проста формула P = U × I × cos (phi), където phi е ъгълът между напрежение и ток, cos (phi-) се нарича фактор на мощността. Това е по-различно от DC и AC ток: На пръв защото (phi-) винаги е равно на 1. се изисква активната мощност (и платени) битови и промишлени потребители, но това не е изчерпателен, преминавайки през проводниците (кабелите) на товара, който може да се изчислява от формулата S = U × I и се измерва във волта-ампери (VA).

Разликата между директния и променливия ток при изчисленията е очевидна - става по-сложна. Дори за най-простите изчисления се изисква поне посредствено познаване на векторната математика.

Машини за заваряване

Разликата между директен и променлив ток също се проявява при заваряване. Полярността на дъгата има голямо влияние върху нейното качество. Електродно-положителното заваряване прониква по-дълбоко от електрод-отрицателното заваряване, но последното ускорява сливането на метала. При постоянен ток полярността винаги е постоянна. С променлива се променя 100 пъти в секунда (при 50 Hz). За предпочитане е заваряването при константа, тъй като се произвежда по-равномерно. Разликата в заваряването с променлив и постоянен ток е, че в първия случай движението на електрони за част от секундата е прекъснато, което води до пулсация, нестабилност и загуба на дъга. Този тип заваряване рядко се използва, например, за да се премахне скитането на дъгата в случая на електроди с голям диаметър.