Koja je razlika između AC i DC?

Samo malo ljudi može realno shvatiti da su izmjenična i izravna struja nešto drugačija. Da ne spominjem da navedu određene razlike. Svrha ovog članka - objasniti glavne karakteristike tih fizikalnih veličina u smislu razumljiva osobe bez prtljage stručnih znanja, kao i pružiti neke osnovne pojmove u svezi s ovim pitanjem.

Teškoće u vizualizaciji

Većina ljudi može lako shvatiti pojmove kao što su "pritisak", "količina" i "protok", jer se u svakodnevnom životu stalno suočavaju s njima. Na primjer, lako je shvatiti da povećanje protoka prilikom navodnjavanja cvjetova povećava količinu vode koja napušta cijev za zalijevanje, a povećava tlak vode koji će ga potaknuti brže i s većom silom.

Električni pojmovi poput "napona" i "struje" obično su teški za razumijevanje jer ne možete vidjeti ili osjetiti električnu struju kroz kabele i električne sklopove. Čak je novinarski električar iznimno teško vizualizirati što se događa na molekularnoj razini ili čak jasno razumjeti što je elektron, na primjer. Ova čestica je izvan granica osjetilnih sposobnosti čovjeka, ne može se vidjeti i ne može se dotaknuti, osim kada određeni broj njih ne prolazi kroz ljudsko tijelo. Tek tada žrtva će ih definitivno osjetiti i doživjeti ono što se obično naziva električnim šokom.

Međutim, otvorene kabeli i žice, većina ljudi čini potpuno bezopasna, jer oni ne mogu vidjeti elektroni, samo čekaju da se put manjeg otpora, što je obično tlo.

analogija

Jasno je zašto većina ljudi ne može vizualizirati ono što se događa unutar običnih vodiča i kabela. Pokušaj da se objasni da se nešto kreće kroz metal je suprotno zdravom razumu. Na najosnovnijoj razini, struja se ne razlikuje od one vode, tako da se osnovni pojmovi je prilično lako svladati, ako se usporedi s električnom sustavu krug vode. Glavna razlika između vode i struje je da je bivši ispunjava nešto, ako se uspije probiti iz cijevi, a drugi je za kretanje elektrona u dirigent potrebama. Vizualizacijom sustava cijevi, većini ljudi lakše je razumjeti posebnu terminologiju.

Stres kao tlak

Napon je vrlo sličan elektronskom pritisku i pokazuje koliko brzo i s kojom silom se kreću kroz vodič. Ove fizičke količine su ekvivalentne u mnogim aspektima, uključujući njihov odnos s snagom cjevovoda. Baš kao što prevelik pritisak razbija cijev, previše napetosti uništava oklop vodiča ili ga probija.

Trenutačno kao tok

Tekuća je brzina protoka elektrona, što ukazuje na to koliko se njih kreće duž kabela. Što je veći, više elektrona prolazi kroz dirigent. Baš kao što velike količine vode zahtijevaju deblje cijevi, veće struje zahtijevaju deblje kabele.

Korištenje modela vodene petlje omogućava objašnjenje mnogih drugih pojmova. Na primjer, generatori struje mogu se prikazati kao vodene pumpe i električno opterećenje - kao mlin za vodu, čija rotacija zahtjeva protok i tlak vode. Čak se i elektroničke diode mogu smatrati vodenim ventilima, što dopušta vodu da teče samo u jednom smjeru.

Kontinuirana struja

Koja je razlika između konstantne i izmjenične struje već postaje jasna već od imena. Prvi je gibanje elektrona u jednom smjeru. Vrlo ga je lako vizualizirati pomoću modela vodene petlje. Dovoljno je zamisliti da voda teče kroz cijev u jednom smjeru. Uobičajeni uređaji koji stvaraju izravnu struju su solarne ćelije, baterije i strojevi s dinamo. Gotovo bilo koji uređaj može biti dizajniran tako da se hrani iz takvog izvora. To je gotovo ekskluzivna prerogativa niskonaponske i prijenosne elektronike.

DC struja je prilično jednostavna, i poštuje Ohmov zakon: U = I × R. Učitaj snagu mjeri se u vatu i iznosi: P = U × I.

Zbog jednostavnih jednadžbi i ponašanja, konstantna struja relativno je jednostavna za razumijevanje. Prvi sustavi prijenosa električne energije, koji je razvio Thomas Edison u XIX stoljeću, iskoristili su samo to. Međutim, uskoro je postala očita razlika u izmjeničnoj struji i konstanti. Prijenos potonjeg na velike udaljenosti popraćen je teškim gubicima pa je u nekoliko desetljeća zamijenio profitabilniji (tada) sustav razvijen od strane Nikole Tesle.

Unatoč činjenici da je komercijalni elektroenergetska mreža diljem svijeta sada se pomoću izmjenične struje, ironija je da je razvoj tehnologije je napravio prijenos visoki napon istosmjerne struje na vrlo velikim udaljenostima i pod ekstremnim opterećenjima učinkovitije. Što se, na primjer, koristi pri povezivanju pojedinačnih sustava, kao što su cijele zemlje ili čak kontinenti. Ovo je druga razlika u izmjeničnoj struji i konstantnoj. Međutim, prva se još uvijek koristi u niskonaponskim komercijalnim mrežama.

Stalna i izmjenična struja: razlika u proizvodnji i uporabi

Ako se izmjenična struja mnogo lakše proizvodi s generatorom koristeći kinetičku energiju, tada baterije mogu stvoriti samo konstantu. Stoga, potonji dominira strujnim krugovima niskonaponskih uređaja i elektronike. Baterije se mogu napajati samo iz istosmjerne struje, tako da je izmjenična struja ispravljena kada je baterija glavni dio sustava.

Naširoko koristi primjer bilo kojeg vozila - motocikla, automobila i kamiona. Generator, montirana na njima stvara izmjenične struje, koji je odmah pretvoren u DC preko ispravljača koji je prisutan u sustavu napajanja baterije, a za većinu elektronike zahtijeva stalan napon. Solarne ćelije i gorivne ćelije također proizvode samo istosmjernu struju koja se, ako je potrebno, može pretvoriti u izmjeničnu struju pomoću uređaja nazvanog invertera.

Smjer kretanja

Ovo je još jedan primjer razlike između istosmjerne struje i izmjenične struje. Kao što naziv implicira, potonji je struja elektrona, koja stalno mijenja smjer. Od kraja XIX stoljeća u gotovo svim domaćim i industrijski električni cijelom svijetu koristi sinusoidalni izmjenične struje, jer je lakše dobiti i mnogo jeftinije distribuirati, osim rijetkih slučajeva prijenos na velike udaljenosti, kada je gubitak snage prisiljene koristiti najnovije visokog napona DC sustava.

AC ima još jednu veliku prednost: omogućuje vam vraćanje energije iz točke potrošnje natrag u mrežu. To je vrlo korisno u zgradama i objektima koji proizvode više energije nego što konzumiraju, što je sasvim moguće pri korištenju alternativnih izvora kao što su solarni paneli i vjetroturbine. Činjenica da izmjenična struja omogućuje dvosmjerno strujanje energije glavni je razlog popularnosti i dostupnosti alternativnih napajanja.

frekvencija

Kada je u pitanju tehnička razina, nažalost, teško je objasniti kako struja djeluje na izmjeničnu struju, jer model kruga vode nije dobro. Međutim, moguće je vizualizirati sustav u kojem voda brzo mijenja smjer protoka, iako nije jasno kako će to učiniti nešto korisno u ovom slučaju. Zamjenska struja i napon stalno mijenjaju smjer. Stopa promjene ovisi o učestalosti (izmjereno u hertzu), a za kućanske električne mreže je obično 50 Hz. To znači da napon i struja mijenjaju smjer 50 puta u sekundi. Izračunavanje aktivne komponente u sinusoidnim sustavima vrlo je jednostavno. Dovoljno je podijeliti svoju vršnu vrijednost Radić-2.

Kada se izmjenična struja mijenja u smjeru 50 puta u sekundi, to znači da se žarulje sa žarnom niti upućuju i isključuju 50 puta u sekundi. Ljudsko oko ga ne može vidjeti, a mozak jednostavno vjeruje da rasvjeta radi stalno. Ovo je druga razlika u izmjeničnoj struji i konstantnoj.

Vektorska matematika

Tekući i naponski ne samo da se stalno mijenjaju - njihove se faze ne podudaraju (nisu sinkronizirane). Velika većina AC opterećenja uzrokuje faznu razliku. To znači da čak i za najjednostavnije izračune treba primijeniti vektorsku matematiku. Prilikom rada s vektorima nemoguće je jednostavno dodavati, oduzeti ili obavljati bilo koju drugu operaciju skalarne matematike. Kod konstantne struje, ako jedan kabel do neke točke primi 5A, a drugi - 2A, rezultat je 7A. U slučaju varijable, to nije tako, jer rezultat ovisi o smjeru vektora.

Faktor snage

Aktivno opterećenje snage s izmjeničnom energijom može se izračunati pomoću jednostavne formule P = U × I × cos (phi-), gdje phi- - kut između napona i struje, cos (phi-) također se naziva faktor snage. To je različito od DC i AC struje: Na prvi cos (phi-) je uvijek jednak 1. Radna snaga je potrebno (i plaća) domaće i industrijske potrošače, ali to nije sveobuhvatan, prolazi kroz vodiča (kablova) na teret, što može izračunava se prema formuli s = u × I mjereno u volt-ampera (VA).

Razlika između izravne i izmjenične struje u proračunima je očigledna - oni postaju složeniji. Čak i za najjednostavnije izračune, potrebno je najmanje osrednji poznavanje vektorske matematike.

Strojevi za zavarivanje

Razlika između izravne i izmjenične struje također se očituje kod zavarivanja. Polaritet luka ima veliki utjecaj na njegovu kvalitetu. Elektrodno-pozitivno zavarivanje prodire dublje od elektrodnog negativnog zavarivanja, ali potonji ubrzava fuziju metala. Uz konstantnu struju, polaritet je uvijek konstantan. S varijablom se mijenja 100 puta u sekundi (na 50 Hz). Poželjno je zavarivanje na konstantu, budući da se proizvodi ravnomjernije. Razlika u zavarivanju s izmjeničnom i izravnom strujom je u tome da se u prvom slučaju prekidaju gibanje elektrona za djelić sekunde, što dovodi do pulsiranja, nestabilnosti i gubitka luka. Ova vrsta zavarivanja rijetko se koristi, na primjer, kako bi se uklonila lutanje luka u slučaju velikih promjera elektroda.