Отримати детальний розрахунок

ЗМІННИЙ І ПОСТОЯННИЙ СТРУМ – У ЧОМУ ВІДМІННІСТЬ?

Постоянный и переменный ток
05
Серпень

Змінний струм - це струм, який періодично змінює значення та напрямок у часі. У цій формі електрична енергія передається лініями електропередач і поставляється промисловим та побутовим споживачам. Звичайна електрика, що надходить від розетки живлення побутового навантаження, є змінним струмом (AC).

Постійний струм - це тип електричного струму, який протікає завжди в одному напрямку та має постійне значення. Він відноситься до потоку електроенергії, отриманої від акумуляторів, сонячних панелей і т. д. Струм, що протікає у ліхтарику або іншому приладі, що працює від батарей, постійний (DC).

Постоянный ток и переменный ток отличия

Зміст статті:

  1. Основні характеристики ланцюгів постійного та змінного струму
  2. Обчислення постійного та змінного струму
  3. Постійний та змінний струм: переваги та недоліки
  4. Перетворення струму з постійного на змінний

Основні характеристики ланцюгів постійного та змінного струму

Як виникає електрична енергія (скор. е/е) і що таке? Як відомо з курсу шкільної фізики, всі речовини складаються з молекул, які у свою чергу складаються з атомів. Навколо ядра атома обертаються електрони, надлишок яких утворює негативний "-" електричний заряд, а недолік - позитивний "+" заряд. Нейтральний атом, віддаючи чи купуючи електрони, стає зарядженим і називається іоном.

Електричний струм - це спрямований (упорядкований) рух електронів або іонів. Позначається I та вимірюється в амперах (А). Для можливості обчислення розглянемо, чим відрізняється постійний струм від змінного та ознайомимося з характеристиками їх електричних кіл:

  1. Напруга, ЕРС. Для виникнення електрики у дроті необхідно, щоб на кінцях провідника були різні електричні потенціали. Цю різницю потенціалів характеризує напруга, що позначається U і вимірюється у вольтах. Напруга є основною характеристикою електричного поля. Щоб отримати безперервний постійний струм, потрібне джерело електрорушійної сили (ЕРС). У гальванічних елементах або акумуляторах ЕРС створюється внаслідок хімічних реакцій.
  2. Іншим важливим параметром є опір (R, Х, Ом), що характеризує властивість провідника перешкоджати перебігу електроенергії. Опір залежить від матеріалу провідника, його температури, перерізу та довжини.
  3. Потужність. Перетворення електрики, наприклад, на теплову енергію, називається роботою струму. Цю працездатність оцінюють потужністю, яка є нічим іншим, як витрата енергії за 1 сек.
  • У мережі DC, що має тільки активні опори, потужність є активною і обчислюється за такою формулою: Р = UI, ват. Р характеризує марні втрати енергії, наприклад, нагрівання провідника.
  • У мережі AC на ділянках з індуктивними елементами виникає реактивна потужність Q. Вона не витрачається незворотно, а лише тимчасово накопичується в магнітному полі та здійснює коливання між джерелом живлення та реактивною частиною ланцюга. Визначається за формулою: Q=IUL реактивних вольт-ампер (вар).
  • Повна потужність для послідовного ланцюга AC обчислюється за виразом: S = UI, В * А.
  • Перехід електроенергії в будь-який інший вид енергії, наприклад, світлову, механічну, теплову, супроводжується лише активною складовою, реактивна вважається марною, а в деяких ситуаціях навіть шкідливою.

У чому ще відмінність змінного струму від постійного, крім перерахованого вище? У синусоїдальному (змінному) ланцюгу електрони спочатку рухаються вздовж дроту в одну сторону, потім на момент зупиняються і рухаються у зворотному напрямку. Такі коливання повторюються з певною частотою. В енергосистемі України стандарт становить 50 циклів за секунду, тобто І змінний має частоту 50 Герц.

Обчислення постійного та змінного струму

Постійний струм (direct current, DC) в амперах можна обчислити за законом Ома для ділянки ланцюга:

I=U/R.

Ланцюги змінного струму (alternating current, AC) мають як активні, а й індуктивні компоненти, тоді закон Ома узагальнюється, і розрахункова формула містить комплексні значення:

I=U/Z,

де Z - повний опір, що дорівнює Z = R2 + X2.

Існує два види alternating current: 1-фазний та 3-фазний. Трифазний AC застосовується для транспортування е/е високої напруги. Коли він прямує в побутову розетку, він перетворюється на одну фазу разом із перетворенням напруги.

Постійний та змінний струм: переваги та недоліки

DC має ряд переваг та недоліків.

Переваги:

  • відсутня випередження або затримка current, що протікає до навантаження, при включенні в ланцюг, наприклад, конденсатора;
  • не виробляється реактивна потужність - вся е/е надходить до навантаження без втрат;
  • забезпечується можливість зберігати електрику, наприклад, акумуляторах.

Недоліки:

  • значні втрати потужності при транспортуванні е/е, особливо великі відстані;
  • постійна напруга складніше перетворювати - для передачі е/е необхідно спочатку перетворити її на змінну форму, а потім знову на постійну. З цієї причини обладнання для перетворення DC напруги дорожче, ніж обладнання AC;
  • DC важко перервати - до постійного I завжди прикладається постійне U. При високій напрузі в момент відключення може виникнути дуга, при цьому існує ризик ураження електрикою;
  • сильна корозія проводів та ізоляторів через електростатичну індукцію та електричну корозію.

 

AC також має як переваги, і недоліки.

Переваги:

  • менші втрати потужності при транспортуванні на високій напрузі, особливо при передачі е/е на великі відстані, наприклад, від електростанції до міста;
  • легко перетворювати за допомогою трансформаторів, що робить його більш придатним для електропостачання побутової та комерційної інфраструктури;
  • легко вимикається під час подачі е/е – напруга миттєво падає до нуля;
  • можна використовувати без урахування різноїменності полюсів (плюсу та мінусу) в побутовій електромережі (розетці), що спрощує підключення та експлуатацію пристроїв.

Недоліки:

  • для транспортування потрібна вища напруга, ніж експлуатаційна;
  • наявність втрат у вигляді реактивної потужності в результаті впливу котушок і конденсаторів - в результаті не вся е/е проходить через навантаження, а деяка потужність виробляється, просто мандруючи туди і назад між навантаженням та генератором;
  • ізоляцію та обладнання необхідно вибирати з урахуванням динамічного та термічного впливу аперіодичної складової alternating current — його максимальне значення у √2 рази перевищує робоче;
  • AC напрям струму постійно змінюється, тому коли в ланцюг включають конденсатор або котушку індуктивності, відбувається затримка або випередження струму, що протікає до навантаження, в залежності від поведінки напруги.

Перетворення струму з постійного на змінний

Розглянемо перетворення DC на AC на прикладі роботи сонячної електростанції. Сонячні панелі генерують постійний електричний струм (DC) завдяки фотоелектричній технології. Для можливості споживання виробленої електроенергії навантаженням або подачі в енергосистему необхідно перетворити її до параметрів промислової, побутової або загальної електромережі. Для перетворення DC на виході сонячної панелі або від акумуляторної батареї на AC, на СЕС застосовуються інвертори.

Сучасні інвертори здатні організувати повноцінний цикл роботи сонячної електростанції, поєднуючи керування фотоелектричними модулями, акумулятором, загальною мережею та навантаженням через себе. У результаті користувач може раціонально використовувати сонячну енергію, програмуючи режими споживання, акумулювання та передачі надвиробництва е/е в загальну мережу.

Якщо у вас виникли питання щодо виробництва, перетворення та застосування сонячної енергії, звертайтесь до фахівців Solar Garden.

Останні новини