Основное различие - переменный и постоянный ток

Электроэнергия могла подаваться как переменный ток (AC) или как постоянный ток (DC). В главное отличие между переменным и постоянным током заключается в том, что, в постоянном токе электроны непрерывно текут в одном направлении в то время как, в переменном токе электроны периодически колеблются вперед и назад.

Что такое постоянный ток

В постоянном токе электроны текут только в одном направлении. Постоянный ток можно сформировать, соединив проводником две точки с разными электрическими потенциалами. Электроны будут течь от более отрицательного потенциала к менее отрицательному, пока эти потенциалы поддерживаются. Например, если мы соединим две точки с электрическими потенциалами -2 В и -5 В, электроны будут течь от конца -5 В к концу -2 В.

По историческим причинам направление тока считается направленным, противоположным направлению потока электронов. Направление тока в приведенном выше примере составляет от -2 В до -5 В. В этом направлении ничего не течет: это всего лишь условность.

Что такое переменный ток

В переменном токе электроны колеблются взад и вперед. Дома обычно питаются от переменного тока. Здесь проводник подключен между потенциалом, который периодически меняет свое значение, и потенциалом, который остается на уровне 0 В. Переменный потенциал изменяет свое значение между положительными и отрицательными значениями, так что электроны в проводнике перемещаются вперед и назад. При этом разность потенциалов, приложенная к проводнику, изменяется синусоидально:

Как напряжение меняется со временем в цепях переменного тока (синий) и постоянного тока (красный)

Большинство электронного оборудования работает с постоянным током. Часто переменный ток от источника питания необходимо преобразовать в постоянный, прежде чем устройство сможет использовать этот ток. В основная причина использования переменного тока для передачи (а не постоянного тока) состоит в том, что исторически было легко изменить напряжение переменного тока с помощью трансформатора. Это означало, что электричество можно было передавать на большие расстояния при высоком напряжении и небольшом токе. Когда электричество передается с меньшим током, потери мощности во время передачи значительно ниже. При подаче электроэнергии в дома можно использовать трансформатор для простого преобразования меньшего тока с высоким напряжением в линиях передачи в больший ток с меньшим напряжением, используемым в домах.

Поскольку ток постоянно колеблется, мощность, рассеиваемая через любое устройство, подключенное к переменному току, также будет периодически меняться. Однако для переменных токов напряжение можно охарактеризовать одним числом, называемым среднеквадратичное (RMS) напряжение. Для синусоидального переменного тока среднеквадратичное напряжение может быть выражено как максимальное напряжение (

) в качестве:

Среднеквадратичное (RMS) напряжение и максимальное (пиковое) напряжение для синусоидального напряжения

Часто мощность, рассеиваемая компонентом, рассчитывается с использованием среднеквадратичного значения напряжения. Среднеквадратичное значение напряжения и частота (сколько раз ток меняет направление на противоположное в секунду) варьируются от страны к стране. Обычно используются среднеквадратичные значения напряжения 230 В с частотой 50 Гц. В США питание подается среднеквадратичным напряжением 120 В при частоте 60 Гц.

AC против DC: Война токов

В конце 1800-х годов Томас Эдисон выступал за использование постоянного тока для передачи электричества. Однако Никола Тесла и Джордж Вестингауз были убеждены в преимуществах переменного тока для передачи на большие расстояния. Соревнование между двумя группами было названо «Войной течений». Говорят, что Эдисон пошел на все, чтобы сделать переменный ток непопулярным, в том числе убивал животных переменным током, чтобы люди почувствовали, что это опасно. Однако, в конце концов, победил переменный ток, и большая часть передачи сегодня осуществляется с использованием переменного тока. Однако передача постоянного тока может быть относительно намного дешевле, и в настоящее время нетрудно изменить напряжение постоянного тока. Поэтому для передачи энергии иногда также используются высоковольтные постоянные токи.

Война токов: Эдисон (слева) хотел распределять электричество с помощью постоянного тока, а Тесла (справа) хотел распределять электричество с помощью переменного тока.

Разница между переменным и постоянным током

Поток носителей заряда

В Постоянный ток, носители заряда текут только в одном направлении.

В Переменный ток, носители заряда текут вперед и назад.

Вариация мощности

В Постоянный токмощность, рассеиваемая через нагрузку, остается почти постоянной.

В Переменный токмощность, рассеиваемая через нагрузку, непрерывно изменяется.

Прокладка кабеля

Постоянный ток можно было передавать только по двум кабелям.

Переменный ток (3-фазный) для передачи требуется 3 кабеля.

Изображение предоставлено:

«Томас Альва Эдисон, портрет в три четверти, сидит лицом вперед» Луи Бахраха, Bachrach Studios, восстановлен Мишелем Вуйлстеке (цифровое удостоверение отдела эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса США cph.3c05139) [общественное достояние], через Викимедиа Commons

«Фотография Николы Теслы (1856-1943) в возрасте 34 лет». Наполеон Сарони (открытка (radiographics.rsna.org)) [Public Domain], через Wikimedia Commons