В период младенчества электротехники спецы раскололись на два лагеря. Одни лицезрели будущее за неизменным током, другие — за переменным. Кипели полемические страсти. Дискуссия, по существу, длится и сейчас, хотя уже на новеньком уровне.
100-летний киловольтметр на исторической гидроэлектростанции в Хаймбахе (Германия)
Конец XIX в. ознаменовался бурным развитием электроэнергетики в мире. От первых электрических опытов до широкого использования электричества в индустрии прошло практически три столетия.
Уже никого не поражал электрический телеграф, обширно применялась гальванопластика. Появились 1-ые электрические генераторы, приводимые в движение паровой машиной и сделавшие электроэнергию сравнимо дешевенькой. Были придуманы лампы накаливания. Началось создание первых энергосистем.
Одну из них сделал в Нью-Йорке в 1882 г. выдающийся американский изобретатель и предприниматель Т. А. Эдисон. И сразу число электрических станций его компании стало стремительно расти. В 1886 г. их было 68, а в 1887 — около 120, при этом они могли питать уже около 325 тыс. электроламп.
Томас Эдисон — американский изобретатель и предприниматель, выступал за развитие сети неизменного тока
Лампа накаливания Томас Эдисона
Электрический бум вызвал завышенное потребление меди и, как следствие, увеличение цен на нее в пару раз. Это в определенной мере понизило шансы электроэнергетики в борьбе с газовым освещением.
Необходимо было находить выход. Он был найден в увеличении питающего напряжения электрических сетей, что могло сберегать медь, так как сечение питающих проводов уменьшалось в сотки и поболее раз.
Но высочайшее напряжение увеличивало опасность для потребителей. Это стремительно выявил 1-ый опыт эксплуатации электрических сетей. Поиски путей уменьшения угрозы привели к развитию техники трансформации напряжения.
Один из первых трансформаторов (изобретатели — Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери)
Все же, как и раньше в главном «работал» неизменный ток: электрический телеграф, электрохимия, зарядка аккумов, 1-ые электродвигатели. Правда, для электрического освещения при помощи дуговых ламп переменный ток имел преимущество, так как электроды сгорали более умеренно и не нужно было их делать различными по сечению.
1-ые генераторы переменного тока для электроосвещения применил ваш соотечественник П. Н. Яблочков. В широких масштабах их начала использовать южноамериканская компания «Вестингауз». В 1887 г. она уже, имела мощности, позволявшие питать практически 135 тыс. электроламп. Компания Эдисона получила небезопасного соперника.
Никола Тесла с «Теорией натуральной философии…» Руджера Бошковича на фоне катушки ВЧ трансформатора в собственной лаборатории на Хаустон-стрит. 20 мая 1896 г. Во время войны токов переменный ток, который предпочитал Тесла, боролся за обширное распространение с неизменным током, который предпочитал Эдисон.
Генератор Westinghouse, конец 1800-х годов. «Вестингауз электрик» — одна из ведущих электротехнических компаний США, существовавшая с 1886 года по 1997 год.
Распределительный щит переменного тока Westinghouse, около 1880-х гг.
В 1888 г. началась гневная полемика между сторонниками неизменного и переменного тока.
Компания «Эдисон Электрик Лайт Компани» опубликовала Красную книжку под заголовком «Предостережение», в какой переменный ток подвергался резкой критике приемущественно из-за его, типо, завышенной угрозы.
Был приложен перечень людей, смертельно пораженных переменным электрическим током. Описывались другие действительные и надуманные недочеты переменного тока, но особенный упор делался все таки на опасность его использования.
В борьбу включился инженер Гарольд Браун, который начал опыты по воздействию электротока на животных. Время от времени опыты делались общественными, и на очах у публики гибли собаки и лошадки. Апогеем этой борьбы стал письменный вызов Брауна Вестингаузу, размещенный в ряде американских газет.
Демонстрация Гарольда Брауна 22 декабря 1888 года
Он писал: «Я вызываю г-на Вестингауза на встречу со мной в присутствии компетентных профессионалов в области электротехники, и пусть через его тело пропускают переменный ток, а через мое — неизменный. Напряжение будет повышаться до того времени, пока один из нас не заорет и этим на публике признает свое поражение.
Но, я желаю предупредить г-на Вестингауза о том, чтец согласно моим тестам, воздействие переменного тока напряжением 160 В в течение 5 секунд приводит к фатальному финалу». (При одинаковом измеренном напряжении переменный ток Вправду БОЛЕЕ Небезопасен ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА.)
Соц реклама 1889 года против применения переменного тока
Вестингауз вызова не принял. В некоторых штатах США под воздействием общественности были приняты законы, запрещающие использовать напряжение переменного тока более 200 В.
Полемика достигнула Рф, где в то время решались вопросы электрического освещения обеих столиц.
В 1889 г. А. Г, Столетов, электротехник высокого класса, писал: «Вспоминается та травля, которой подвергались трансформаторы в нашем отечестве. И в ученых (!) докладах, и в газетных статьях система обличалась как нечто еретическое, ненациональное и непременно гибельное, доказывалось (!), что трансформаторы запрещены во всех приличных странах Запада и терпятся разве в какой-либо Италии, падкой на дешевизну.
Заступники «ненациональности в электричестве» забывали, что первую идею о трансформации тока в технике сами иноземцы приписывают Яблочкову и что на Всероссийской выставке 1882 г. в Москве показывал такую систему г. Усагин.
Знатоки западных порядков проглядели либо замолчали, что в это самое время «гибельная» система питала 10-ки тыщ ламп в наилучших частях Лондона, а французы не думали применить ее к свету жилья главы страны».
Ситуация, в общем-то умопомрачительно напоминающая сегодняшнюю полемику по ядерной энергетике.
Томас Эдисон с сотрудниками, Менло-Парк, штат Нью-Джерси, 1881 год
В борьбу включился Эдисон, опубликовавший статью «Об опасностях электрического освещения». Статья была перепечатана в российском журнальчике «Электричество».
Создатель писал: «Употребление переменных токов высокого напряжения не имеет никакого оправдания ни с коммерческой, ни с научной точек зрения».
Но в статье были полностью здравые мысли: «Когда необходимо было регламентировать давление в паровых котлах, в видах безопасности служащих и публики, то поступали по другому, чем поступают сейчас относительно электрического напряжения, а между тем оба варианта полностью идентичны.
Необходимо было бы припомнить те суждения, которые привели к прелестной системе: к у становлению ПРЕДЕЛЬНОГО давления пара и к повторяющемуся инспектированию котлов. Необходимо было бы приложить те же правила, дабы гарантировать нас против угроз, представляемых чрезмерным электрическим напряжением».
Сотрудники Edison Electric, около конца 1800-х годов
Сторонники переменного тока на критику отвечали делом и реализовывали все его достоинства. Создание высоковольтных линий передач позволило располагать электростанции на расстояниях от потребителей порядка сотен км заместо 2-3 на неизменном токе. Это позволило вынести станции за черту городка, освободив городских жителей от копоти и позволив использовать энергию рек и водопадов, находящихся далековато от промышленных центров.
Изобретение Теслой и Доливо-Добровольским многофазных систем позволило сделать новый тип электродвигателя с вращающимся магнитным полем, который обходился без капризного и ненадежного в эксплуатации коллекторно-щеточного аппарата.
Модель первого асинхронного мотора Николы Теслы в музее Тесла в Белграде, Сербия
Был сконструирован электрический счетчик ампер-часов переменного тока. Сторонники Эдисона, которые гласили о невозможности таковой конструкции, лишились веского аргумента.
Были сделаны новые материалы для изоляции и новые конструкции изоляторов. Разработаны правила безопасности для электропотребителей. В конце концов, были разработаны 1-ые выпрямительные установки, которые фактически сняли все вопросы оппонентов.
Сторонники неизменного тока в США пошли на отчаянный шаг в дискредитации переменного тока. Для первой законной смертной экзекуции на электрическом стуле (6 августа 1890 г.) они использовали генератор переменного тока конторы «Вестингауз», предоставленный Брауном. Но и это не принесло им победу.
К чести ученых и электротехников Москвы, собранных городским головой в мае 1888 г., они утвердили использование переменного тока завышенного напряжения.
Электрическая станция переменного тока General Electric в США — 1904 год
Машинный зал Гиндукушской ГЭС на реке Мургаб в Туркменистане. Построена в 1909 году. Генератор переменного тока с возбудителем сделан в Будапеште (Венгрия) на Ganz Works. Фото Прокудина-Горского, 1911 год.
Сейчас создадим выводы.
Бурное и плодотворное развитие электротехники в период с 1886 по 1895 гг. должно беспощадной конкурентноспособной борьбе между сторонниками неизменного и переменного тока.
Эта борьба оказала подходящее воздействие на развитие энергетической и светотехнической индустрии. Вот тогда было придумано электрическое оборудование, позволившее обеспечить его надежность и безопасность потребителей в применимой степени.
Так что споры вокруг атомной энергетики тоже далековато не никчемны. Пусть оппоненты указывают слабенькие места каждой системы, а изобретатели и конструкторы их избавляют. Только бы способы полемики оставались в пределах приличий. А в итоге должны одолеть применимые для всех решения.
Чем отличается переменный ток от неизменного
Сам по для себя электрический ток представляет собой ничто другое, как происходящее в упорядоченном виде движение всех заряженных частиц в газах, электролитах и железных объектах. К данным элементам, несущим определенный заряд, относятся ионы и электроны. Сейчас мы попытаемся прояснить, чем отличается переменный ток от неизменного, ведь на практике приходится нередко сталкиваться с обоими видами.
Свойства неизменного тока
Direct Current либо DC так по-английски обозначают схожую разновидность, для которой присуще свойство в протяжении любого отрезка времени не поменять свои характеристики. Малая горизонтальная черточка либо две параллельные со штриховым исполнением какой-то из них – графическое изображение неизменного тока.
Область использования – большая часть моделей бытовых электроприборов и электронных устройств, включая компьютерную технику, телеки и девайсы, внедрение в домашних сетях и автомобилях. Для преобразования переменного тока в неизменный в зоне розетки используются трансформаторы напряжения с наличием выпрямителей либо спец блоки питания.
В качестве обширно распространенного примера употребления неизменного тока можно привести фактически все электроинструменты, которые эксплуатируются с батареями. Аккумуляторное устройство остается в любом случае источником питания неизменного типа. Преобразование в переменный достигается в случае необходимости с помощью инверторов – особых частей.
В чем заключается механизм работы переменного тока
Британская аббревиатура АС (Alternating Current) обозначает ток, меняющий на временных отрезках свое направление и величину. Отрезок синусоиды «~» – его условная маркировка на устройствах. Применяется также нанесение после чего значка и других черт.
Ниже приведен набросок с главными чертами данного вида тока – номинальными показателями частоты и действующего напряжения.
Необходимо подчеркнуть особенности конфигурации на левом графике, выполненном для однофазового тока, величины и направления напряжения с воплощением перехода на ноль за определенный промежуток времени Т. На одну третья часть периода осуществляется смещение 3-х синусоид при трехфазном токе на другом графике.
Отметками «а» и «б» обозначены фазы. Хоть какой из нас имеет представление о наличии в обыкновенной розетке 220В. Но для многих будет открытием, что наибольшее либо именуемое по-другому амплитудным значение больше действующего на величину равную корню из 2-ух и составляет 311 Вольт.
Разумеется, что в случае с током неизменного вида характеристики направления и напряжения остаются постоянными, а вот для переменного наблюдается трансформация данных величин. На рисунке оборотное направление – это область графика ниже нуля.
Перебегаем к частоте. Под этим понятием предполагают отношение периодов (полных циклов) к условной единице временного отрезка меняющегося тока. Данный показатель измеряется в Герцах. Стандартная европейская частота – 50, в США используемый норматив – 60Г.
Эта ве6личина указывает количество изменений направления тока за секунду на обратное и возвращение в начальное состояние.
Переменный ток находится при прямом подключении устройств употребления к электрощитам и в розетках. По какой причине тут отсутствует неизменный ток? Это изготовлено для того, дабы получить возможность без особенных утрат получать необходимое напряжение в любом количестве методом использования трансформаторов. Эта методика остается наилучшим методом передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значимые расстояния с наименьшими потерями.
Номинальное напряжение, которое подается сильными генераторами электрических станций, на выходе составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. На подстанции, расположенной в зоне употребления, происходит трансформация данной величины до характеристик 10 000В с переходом в трехфазный вариант 380 Вольт. Осуществляется подача в отдельный дом и на вашу квартиру попадает напряжение однофазового типа. Напряжение между нулем и фазой составит 220 В, а в щите между различными фазами схожий показатель приравнивается 380 Вольт.
Движки асинхронной конструкции, работающие с переменным током, существенно надежнее и отличаются более обычный устройством, чем аналоги неизменного тока.
Преобразование переменного тока в неизменный
Для варианта схожей трансформации лучший метод – внедрение выпрямителей:
- Подключение диодного моста – 1-ый шаг в этой процедуре. Конструкция из 4 диодов с нужной мощностью содействует процессу типичного срезания верхних границ уже знакомых нам синусоид переменного вида. Таким макаром достигается получение однонаправленного тока.
- Дальше осуществляется параллельное подключение на выход исправляющего провалы между пиковыми точками синусоиды сглаживающего фильтра либо с диодного моста конденсатора. Выделенная зеленоватым маркером синусоида вышла после прохождения диодного мостика.
Конфигурации в итоге понижения пульсации отображены в синем цвете.
-
инсталлируются для уменьшения рабочего уровня пульсации в случае появившейся необходимости.
Преобразователь неизменного тока в переменный
В этом случае процесс смотрится довольно сложным. Инвертор – стандартный прием в бытовых критериях, представляет собой генератор напряжения повторяющегося вида, получаемого из приближенного к синусоиде неизменного.
Высочайшие цены на схожее устройство обоснованы сложностью конструкции. Цена в значимой степени обоснована наибольшей мощностью тока на выходе.
Применяется в достаточно редчайших ситуациях. К примеру, в случае необходимости подсоединить к электросети автомобиля некий инструмент либо приборы.
Чем отличается переменный ток от неизменного
Электрический ток — это то, без чего не мыслима сейчас наша жизнь, и без чего люди могли обходиться еще каких-либо 150 годов назад. Все, на чем строится бытие современного человека, основано на токе. Телеки, компы, освещение, холодильники и стиральные машины имеют в собственной базе явление электропроводности, и поменять его кое-чем другим пока не представляется вероятным.
Что все-таки представляет из себя ток и какие бывают его виды, мы разглядим в этой статье.
Происхождение
Разница между AC и DC заключается в их происхождении. Неизменный ток можно получить из гальванических частей, к примеру, батареек и аккумов.
Также его можно получить при помощи динамомашины – это устаревшее название генератора неизменного тока. Кстати с помощью их генерировалась энергия для первых электросетей. Мы об этом гласили в статье об открытиях Николы Тесла, в заметках о войне мыслях между Теслой и Эдисоном. Позднее так называли маленькие генераторы для питания велосипедных фар.
Переменный ток добывают также при помощи генераторов, в наше время в главном трёхфазных.
Также и то и это напряжение можно получить при помощи полупроводниковых преобразователей и выпрямителей. Так вы сможете распрямить переменный ток либо получить его же, преобразовав неизменный.
Ток неизменный и переменный
1-ое, что следует осознать — это разницу между неизменным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только лишь проще получить, хотя это тоже важно. Его свойства позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с меньшими потерями, в особенности при более высочайшем напряжении и наименьшей его силе. Вот поэтому полосы электропередач между городками являются высоковольтными. А уже в населенных пт ток трансформируется в более низкое напряжение.
А вот неизменный ток до боли просто получить из переменного, зачем применяют разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), точнее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем на выходе выходит неизменное напряжение (АС), не имеющее частоты.
Имеет смысл конкретизировать, чем все-таки, все-же, они отличаются.
Читать еще: Реле защиты фаз
Графические изображения
Благодаря применению графического способа, можно получить приятное представление динамических изменений разных величин. Ниже приведен график конфигурации напряжения со временем для гальванического элемента 3336Л (4,5 В).
Горизонтальная ось показывает время, вертикальная – напряжение
Как лицезреем, график представляет собой прямую линию, другими словами напряжение источника остается постоянным.
Сейчас приведем график динамики конфигурации напряжения в течение 1-го цикла (полного оборота рамки) работы генератора,.
Горизонтальная ось показывает угол поворота в градусах, вертикальная — величину ЭДС (напряжение)
Для наглядности покажем изначальное положение рамки в генераторе, соответственное исходной точке отчета на графике (0°)
Изначальное положение рамки
Обозначения:
- 1 – полюса магнита S и N;
- 2 – рамка;
- 3 – направление вращения рамки;
- 4 – магнитное поле.
Сейчас поглядим, как будет изменяться ЭДС в процессе 1-го цикла вращения рамки. В исходном положении ЭДС будет нулевым. В процессе вращения данная величина начнет плавненько возрастать, достигнув максимума как раз когда рамка будет под углом 90°. Предстоящее вращение рамки приведет к понижению ЭДС, достигнув минимума в момент поворота на 180°.
Продолжая процесс, можно узреть, как электродвижущая сила меняет направление. Нрав изменений поменявшей направление ЭДС будет таким же. Другими словами она начнет плавненько возрастать, достигнув пика в точке, соответственной повороту на 270°, после этого будет понижаться, пока рамка не окончит полный цикл вращения (360°).
Если график продолжить на несколько циклов вращения, мы увидим соответствующую для переменного электротока синусоиду. Ее период будет соответствовать одному обороту рамки, а амплитуда – наибольшей величине ЭДС (прямой и оборотной).
Сейчас перейдем к очередной принципиальной характеристике переменного электротока – частоте. Для ее обозначения принята латинская буковка «f», а единица ее измерения – герц (Гц). Этот параметр показывает количество полных циклов (периодов) конфигурации ЭДС в течение одной секунды.
Определяется частота по формуле: . Параметр «Т» показывает время 1-го полного цикла (периода), измеряется в секундах. Соответственно, зная частоту, нетрудно найти время периода. К примеру, в быту применяется электроток с частотой 50 Гц, поэтому, время его периода будет две сотых секунды (1/50=0,02).
Какой электрод применять?
Так как вид применяемого тока оказывает влияние на полярность на электроде, нужно учесть применяемый электрод.
Читать еще: Обозначение электрических частей
Для сварки способом TIG почаще используют неизменный ток прямой полярности. Время от времени также применяют ток оборотной полярности либо переменный ток. В этих случаях используют вольфрамовые электроды с легирующими добавками для улучшения стабильности дуги.
- WP — вольфрамовые электроды для сварки на переменном токе;
- WL-20 и WL-15 — легированные вольфрамовые электроды для сварки на неизменном и переменном токах.
Для ММА сварки в главном использую покрытые плавящиеся электроды.
В текущее время производители выпускают электроды с 4-мя видами обмазки:
- Кислое (маркировка “А”). В его составе железо и марганец в достаточно большенном объеме. Можно сваривать неочищенный металл.
- Основное (маркировка “Б”). Эти электроды можно применять для работы на переменном токе, но из-за малого потенциала ионизации не рекомендуется этого делать.
- Рутиловое (маркировка “Р”). Идеальнее всего подходит для работы на переменном токе. Маленькое разбрызгивание металла и не плохое качество шва.
- Целлюлозное (маркировка “Ц/С”). Подходит для работы на переменном и неизменном токе, но выдает много брызг металла.
Существует несколько разных видов электродов для сварки переменным током, но многие из них могут употребляться как для сварки переменным током, так и для сварки неизменным током.
Выбор правильной полярности и тока, также правильного электрода может иметь решающее значение для выполнения неплохого сварного шва.
Преобразование переменного тока в неизменный
Из переменного тока, можно получить неизменный ток, для этого довольно подключить сети переменного тока диодный мост либо как его еще именуют “выпрямитель” . Из наименования “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем заставляя двигаться электроны в одном направлении.
что такое диодик и как работает диодный мост , ты можешь выяснить в моих следующих статьях.
Почему переменный ток применяется почаще
Выше мы уже гласили о том, почему переменный ток в текущее время применяется почаще, чем неизменный. И все таки, давайте разглядим этот вопрос подробнее.
Споры о том, какой ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы за внедрение 1-го из видов тока. Борьба между последователями этих величавых ученых просуществовала прямо до 2007 года, когда город New-york перевели на переменный ток с неизменного.
Читать еще: Магнитное реле 220в
Самая основная причина, по которой переменный ток применяется почаще – это возможность передавать его на огромные расстояния с наименьшими потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и теплопотери на их нагрев.
Для того, дабы получить наивысшую мощность нужно наращивать или толщину проводов (и уменьшать тем сопротивление), или наращивать напряжение.
В системах переменного тока можно наращивать напряжение при малой толщине проводов тем сокращая цена электрических линий. Для систем с неизменным током доступных и действенных методов наращивать напряжение не существует и потому для таких сетей нужно или наращивать толщину проводников, или строить огромное количество маленьких электрических станций. Оба этих метода являются дорогостоящими и значительно наращивают цена электроэнергии в сопоставлении с сетями переменного тока.
С помощью электротрансформаторов напряжение переменного тока отлично (с КПД до 99%) можно изменять в всякую сторону от малых до наибольших значений, что тоже является одним из принципиальных преимуществ сетей переменного тока. Использование трехфазной системы переменного тока еще более наращивает эффективность, а механизмы, к примеру, движки, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем движки неизменного тока.
Исходя из всего вышесказанного можно прийти к выводу о том, что внедрение переменного тока прибыльно в огромных сетях и при передаче электроэнергии на огромные расстояния, а для четкой и действенной работы электронных устройств и для автономных устройств целенаправлено применять неизменный ток.
Как устроен генератор переменного тока — предназначение и принцип деяния
Что такое активная и реактивная мощность переменного электрического тока?
Что такое частотный преобразователь, главные виды и какой механизм работы
Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их использование
Как условно обозначаются элементы на электрических схемах?
Что такое варистор, главные технические характеристики, зачем применяется
