Электричество – главный вид энергии, без которого основная масса продуктов прогресса просто немыслима. Люди, знакомые с электроэнергией на уровне простых пользователей, наверняка неоднократно сталкивались с понятиями постоянного и переменного тока. Первый можно встретить в бортовой сети автомобиля, в карманном фонарике или схемах электропитания многочисленных гаджетов. Посредством переменных токов питается многочисленная армия бытовых приборов, а встретить его не сложно в бытовых розетках электросети. Попробуем разобраться, в чем отличие этих двух видов тока и где они находят применение.
Начнем с отличий. Из школьного курса физики мы знаем, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов), под воздействием электрического поля. В случае с постоянным током (DC – Direct Current) эти частицы перемещаются в одном направлении:
- электроны и анионы движутся от минуса к плюсу;
- положительно заряженные катионы в от плюса к минусу;
при этом направлением протекания тока принято считать второй вариант (от «+» к «–»). В цепях постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность, каждый из питающих проводников принадлежит либо к «+» либо к «–», противоположное включение недопустимо (разве что в случае питания электродвигателя, для изменения направления вращения ротора).
Переменный ток (AC – Alternative Current) течет по гармоническому закону и представляет собой синусоиду, меняя за 1 период направление потока электронов. Характерным параметром переменного тока является частота, измеряемая в Герцах, 1 герцу (1 Гц) равняется частота с периодом колебания равным 1 секунде, соответственно, если принимать во внимание принятую у нас в стране промышленную частоту равную 50 Гц, переменный ток поменяет свою полярность за секунду 50 раз. В США и некоторых других странах применяются частоты 60 Гц, а например бортовая сеть самолетов имеет частоту 400 Гц.
Область применения двух видов тока
На грани XIX и XX столетий мировая энергетика столкнулась со спорной ситуацией между идеями Т. Эдисона (сторонника постоянного тока) и Н. Теслы предложившего концепцию электросетей переменного тока, этот период даже получил название «войны токов», однако сегодня оба тока прекрасно уживаются друг с другом. Причиной наступления «мира» является умелое сочетание преимуществ обоих видов электроэнергии, например:
- генераторы переменного тока позволяют вырабатывать электроэнергию сравнительно небольших напряжений;
- напряжение переменных синусоидальных форм, которое вырабатывают генераторы электростанций просто трансформировать в сотни киловольт для снижения потерь при передаче на большие расстояния, с обратной трансформацией у потребителя;
- электрическую цепь, где применяются трехфазные питающие напряжения проще оптимизировать по мощности (при сравнении однофазного и трехфазного трансформатора равных мощностей, последний выигрывает по габаритам);
- в свою очередь в цепях постоянного тока полностью отсутствуют реактивные мощности, что избавляет от появления потерь.
Но самое главное, что открывает путь к совместному применению обоих видов тока, является простота преобразования переменного тока в постоянный и наоборот. Электроника любых электроприборов питается постоянным током, поэтому с помощью блоков питания преобразуют переменный ток электросети в постоянные питающие напряжения.
Современная электронная база позволяет получать из постоянного напряжения переменное, со значениями синусоидальных токов заданных характеристик. Такие схемы носят название инверторов, их можно встретить на выходе:
- преобразователя частоты, управляющего электродвигателями переменного тока;
- сварочного аппарата инверторного типа;
- бесперебойного блока питания и т.д.
Таким образом, переменный ток незаменим при передаче и распределении электроэнергии в электрической сети, в то время как постоянный широко применяется на транспорте (питание двигателей электротранспорта), в промышленности для обеспечения ряда технологических процессов (электролиз, гальванопластика, отдельные виды сварки и пр.), ряде других отраслей.
