Мы часто слышим термины "постоянный ток" и "переменный ток". Но все ли из нас знают принципиальное отличие одного от другого? Если вы покинули школьную скамью недавно, то, возможно, вам не составит труда ответить на этот вопрос. Если же с момента окончания вами школы прошло больше десяти лет, и ваша профессиональная деятельность напрямую никак не связана ни с электрикой, ни с электроникой, то я попробую освежить в памяти давно забытые термины, но простыми словами.
Начнем с азов.
Что такое электрический ток вообще? Это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов) в замкнутой цепи.
Постоянный ток
Постоянный ток это ток, который никогда не меняет направление движения и всегда течет от плюса к минусу.
Обозначается английской аббревиатурой DC (direct current).
Графически постоянный ток можно представить так:
Упрощенно принято считать, что график постоянного тока выглядит примерно так, как показано на рисунке выше. Однако, на самом деле, график чаще выглядит не идеальной прямой, а ломаной линией, как горный хребет, то временами взлетая резко вверх, то ниспадая чуть ли не до нуля. Но даже такой нестабильный график не сделает постоянный ток переменным, потому что его направление остается неизменным.
В качестве примера постоянного тока можно привести обычную батарейку.
Переменный ток
Переменный ток это ток, который меняет направление и величину в равные промежутки времени.
Обозначается английской аббревиатурой AC (alternative current).
Графически переменный ток представляет из себя вот такую синусоиду:
В местах, где синусоида опускается ниже 0, направление тока меняется на противоположное.
Частота переменного тока это количество колебаний, то есть, изменений направления тока за одну секунду. В нашей привычной бытовой электросети частота составляет 50 Герц. Это значит, что за одну секунду направление тока меняется 50 раз. Но такая частота принята не везде. Например, в США эта величина составляет 60 Герц.
Примеры: линии электропередач (ЛЭП), бытовая электрическая сеть напряжением в 220 Вольт.
Почему сейчас используется и постоянный и переменный ток?
Споры о преимуществах постоянного и переменного токов не прекращаются со времен первых значимых открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как "война токов" - соперничество Томаса Эдисона с одной стороны и Джорджа Вестингауза и Николы Теслы с другой. Широкое использование обоих видов тока в современном мире говорит о том, что и у того и у другого имеются как достоинства, так и недостатки. Они-то и определяют различные сферы применения и вполне определенные задачи.
Преимущества переменного тока
Переменный ток чаще всего используется тогда, когда есть необходимость в передаче тока на большие расстояния и в промышленных масштабах. С помощью сети трансформаторных подстанций энергию от электростанций можно передавать в самые удаленные инфраструктурные объекты, в жилые дома и предприятия.
Причем, на каждом из трансформаторных узлов напряжение переменного тока можно как уменьшать, так и увеличивать с КПД до 99%, и это при минимальной толщине проводов. Низкая стоимость оборудования, минимальные потери при передаче электроэнергии, простота преобразования переменного тока в постоянный и обусловили широкое использование сетей переменного тока.
Преимущества постоянного тока
Однако, в некоторых ситуациях использование постоянного тока оказывается более удобным. Например, в электросварочных работах, а также в различных автономных системах, например, бортовых системах автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов, в научном и медицинском оборудовании, в компьютерной, бытовой и оргтехнике. С чем это связано? Для питания микросхем, используемых в любой электронике, постоянный ток предпочтительнее, потому что он минимизирует количество помех и пульсаций или же исключает их полностью. Словом, напрямую влияет на стабильность работы.
Как работают выпрямители тока
Все бытовые приборы, вся компьютерная и оргтехника работают на постоянном токе, но, как мы знаем, в бытовой электросети присутствует переменный ток. Каким же образом приборам, работающим от одного вида тока, удается получать питание от сети другого вида тока?
Это происходит с помощью так называемого "диодного моста" или "выпрямителя", который присутствует, в частности, во всех адаптерах или блоках питания тех же ноутбуков.
Упрощенно работу диода можно представить так:
То есть, диод - это электронный прибор, который пропускает ток только в одном направлении.
А вот и сам диодный мост:
Пусть вас не пугает эта схема. Для простоты я убрал из нее все лишние и пугающие обозначения.
Обратите внимание: диоды соединены таким "хитрым" образом, что в тот момент, когда ток течет в одном направлении (сплошная красная стрелка на схеме), на участке цепи между знаками "-" и "+" он течет строго в одном направлении. Когда же ток меняет свое направление (пунктирная красная стрелка на схеме), то на том же участке цепи он снова течет в первоначальном направлении.
То есть, каким бы ни было направление тока, на выбранном участке цепи он всегда движется в одном и том же направлении. А это значит, что на данном участке цепи течет постоянный ток.
А вот как выглядит работа моста на графике:
График (а) - направление тока для сплошной красной линии. Здесь от первоначальной синусоиды отсечены все "хвосты" с отрицательными значениями, поскольку диоды их не пропускают.
График (б) - направление тока для пунктирной красной линии. Здесь вторая синусоида запаздывает во времени от первоначальной синусоиды (так как ток не может течь в разных направлениях одновременно), и у нее также отсечены все отрицательные "хвосты".
График (в) - результат наложения двух синусоид (вернее, того, что от них осталось). Как видите, результирующее значение силы тока не опускается ниже нулевой отметки, что является показателем постоянного тока.
Это пример упрощенного и не очень стабильного диодного моста, который делает ток постоянным по направлению, но никак не по величине. Поэтому в технике, чувствительной к значениям силы тока используются более сложные и более совершенные схемы, которые ток реально "выпрямляют". То есть, в них синусоиды следуют друг за другом так часто, что на графике выглядят не как отдельно стоящие холмики, а как холмики, вросшие друг в друга боками и образующие бруствер.
Если есть преобразователи переменного тока в постоянный, то бывает ли обратная потребность - в преобразователях постоянного тока в переменный?
Конечно. Для этого используются так называемые инверторы тока. Они применяются в источниках бесперебойного питания, в автомобилях, на солнечных электростанциях.
И последний вопрос: какова сила тока в бытовой электросети?
В современных квартирах сила тока обычно в промежутке от 9,1 до 16 Ампер. Старые, советские розетки были рассчитаны максимум на 6 Ампер.
Если данная статья оказалась полезной и помогла восстановить в памяти давно забытые или упорядочить разрозненные сведения, ставьте лайк и подписывайтесь на мой канал!