Где и почему используется постоянный ток
Нет сегодня ни одной области техники, где в том или ином виде не использовалось бы электричество. Между тем, с требованиями к электрическим аппаратам связан род тока, питающего их. И хотя переменный ток распространен нынче по всему миру очень широко, есть тем не менее области, где просто не обойтись без постоянного тока.
Первыми источниками годного к использованию постоянного тока были гальванические элементы, которые принципиально давали химическим путем именно постоянный ток, представляющий собой поток электронов, движущихся в одном неизменном направлении. От этого и название у него «постоянный ток».
Сегодня постоянный ток получают не только от батареек и аккумуляторов, но и путем выпрямления переменного тока. Как раз о том, где и почему используется в наш век постоянный ток, и пойдет речь в данной статье.
Начнем с тяговых двигателей электротранспорта. Метро, троллейбусы, теплоходы и электрички традиционно приводятся в движение двигателями, питаемыми постоянным током. Двигатели постоянного тока изначально отличались от двигателей тока переменного тем, что в них можно было плавно изменять скорость при сохранении высокого крутящего момента.
Переменное напряжение выпрямляется на тяговой подстанции, после чего подается на контактную сеть, — так получают постоянный ток для общественного электротранспорта. На теплоходах электричество для питания двигателей может быть получено от дизельных генераторов постоянного тока.
В электромобилях так же применяются моторы постоянного тока, которые питаются от аккумулятора, и здесь снова получаем преимущество в виде быстро развиваемого крутящего момента привода, и имеем еще один важный плюс — возможность рекуперативного торможения. В момент торможения мотор превращается в генератор постоянного тока и заряжает аккумулятор.
Мощные подъемные краны на металлургических заводах, где необходимо плавно орудовать огромного размера и чудовищной массы ковшами с расплавленным металлом — используют моторы постоянного тока опять же в силу их отличной регулируемости. Это же преимущество относится к применению моторов постоянного тока в шагающих экскаваторах.
Бесколлекторные двигатели постоянного тока способны развивать огромные скорости вращения, измеряемые десятками и сотнями тысяч оборотов в минуту. Так, высокоскоростные электродвигатели постоянного тока небольших размеров устанавливают на жесткие диски, квадрокоптеры, пылесосы и т. д. Незаменимы они и в качестве шаговых приводов управления различными шасси.
Само по себе прохождение электронов и ионов в одном направлении при постоянном токе делает постоянный ток принципиально незаменимым при осуществлении электролиза.
Реакция разложения в электролите, под действием в нем постоянного тока, позволяет осадить на электродах определенные элементы. Так получают алюминий, магний, медь, марганец и другие металлы, а также газы: водород, фтор и т.д, и многие прочие вещества. Благодаря электролизу, то есть по сути — постоянному току, существуют целые отрасли металлургии и химической промышленности.
Гальванотехника немыслима без постоянного тока. Металлы осаждают на поверхность изделий различной формы, таким образом осуществляют в частности хромирование и никелирование, создают печатные формы и металлические монументы. Что и говорить о применении гальванизации в медицине для лечения болезней.
Сварка на постоянном токе гораздо эффективнее, чем на токе переменном, шов получается на много более качественным, чем при сварке того же изделия тем же электродом, но током переменным. Все современные сварочные инверторы выдают на электрод постоянное напряжение.
Мощные дуговые лампы, устанавливаемые в кинопроекторах многочисленных профессиональных киностудий дают ровный свет без гудящей дуги как раз благодаря питанию дуги постоянным током. Светодиоды, так те принципиально питаются током постоянным, именно поэтому большинство сегодняшних прожекторов питаются постоянным током, хотя и получаемым путем преобразования переменного сетевого тока или же от аккумуляторов (что иногда очень даже удобно).
Двигатель внутреннего сгорания автомобиля хоть и питается бензином, однако стартует он от аккумулятора. И здесь постоянный ток. Стартер получает питание от батареи с напряжением в 12 вольт, и в момент старта забирает от нее ток в десятки ампер.
После старта аккумулятор в автомобиле заряжается генератором, который вырабатывает переменный трехфазный ток, тут же выпрямляемый и подаваемый на клеммы аккумулятора. Переменным током аккумулятор не зарядишь.
А резервные источники питания? Если даже огромная электростанция встала из-за аварии, то и здесь дать старт турбогенераторам помогут вспомогательные аккумуляторы. И самые простые домашние источники бесперебойного питания компьютеров — тоже не обойдутся без аккумуляторов, дающих постоянный ток, из которого путем преобразования в инверторе получается ток переменный. А сигнальные лампы и аварийное освещение — почти везде питается от аккумуляторов, то есть и здесь пригодился постоянный ток.
Подводная лодка — и та использует на борту постоянный ток для питания электродвигателя, вращающего гребной винт. Вращение турбогенератора на самых современных атомоходах хотя и достигается путем ядерных реакций, однако электроэнергия подается на двигатель в виде все того же постоянного тока. Это же касается и дизель-электрических субмарин.
И конечно, не только электровозы шахт, погрузчики или электрокары используют постоянный ток от аккумуляторов. Все электронные гаджеты, которые мы носим с собой, содержат литиевые аккумуляторы, которые выдают постоянное напряжение и заряжаются постоянным током от зарядных устройств. А если вспомнить радиосвязь, телевидение, радио- и теле- вещание, интернет и т. д. На самом деле выходит, что добрая часть всех устройств питается прямо или косвенно постоянным током от аккумуляторов.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Постоянный и переменный ток в освещении
Без электричества невозможно представить современный мир. Всё, к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Но одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.
От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность, если подключение неправильное.
Что такое постоянный ток?
Электрический заряд или электроны движутся в одном направлении, всегда начиная с генератора, который является началом линии, и до конца линии, которая является электрическим оборудованием.
Что такое переменный ток?
Переменный – это ток, который меняет величину и направление. Причем, в равные промежутки времени. В случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное.
Применение постоянного тока:
· Различные виды техники (бытовая, промышленная)
· Автономные системы (бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов, общественный транспорт: трамваи и троллейбусы)
· Электронные устройства (электрофонари, игрушки, аккумуляторные электроинструменты и др.)
Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.
Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость его передачи на большие расстояния.
Применение переменного тока:
· Жилые дома и предприятия
· Инфраструктурные и транспортные объекты
Электричество и свет
ФОТО 3
Лампы накаливания
· У лампочки Ильича на постоянном токе не будет пульсаций света и шума от работы. На переменном — лампа может гудеть из-за того, что спираль работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период.
Люминесцентные лампы
· Эти приборы нельзя включать напрямую в сеть. Для нормальной работы лампе нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой.
· Прибор питается от переменного напряжения 220 вольт, которое находится в бытовой сети, но токи в ней протекают разные. Можно запитать лампу и постоянным (с ограничением тока). Но предпочитают переменный. Он проще в реализации и электроды при этом изнашиваются равномерно.
Светодиодные лампы
· Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны: от простых до довольно сложных. Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для него конденсатор имеет бесконечное сопротивление.
Для создания яркого направленного освещения используются специальные устройства – прожекторы. Они комплектуются мощными источниками света и поставляются в прочных корпусах из металла и пластика.
Устройства бывают:
Предназначены для равномерного освещения крупных сооружений: домов, стадионов, сцен
Используются для подсветки и выделения светом объектов и их частей
Служат для передачи информации на расстоянии
· Дальнего действия с параболическими отражателями
Изделия выпускаются в основном для военных нужд
В прожекторах устанавливают разные лампы: галогенные, натриевые, металлогалогенные и светодиодные. Бывают модели со сменными лампами, но в некоторых заменить световой элемент не получится.
Светодиодные лампы для уличного освещения имеют различную конфигурацию. Они могут быть выполнены в форме квадрата, прямоугольника, круга, овала или линейки.
Технические параметры:
· Широкий диапазон электропитания – от 100 до 240 Вольт
Если напряжение падает, то светодиодный прожектор продолжает работать в обычном режиме.
· Работа как при переменном, так и при постоянном токе
· Определенное количество диодов
· Различный цвет света – горячий или холодный, разная температура
· Возможность смены угла светорассеивания
Чаще всего угол установки прожекторов для освещения на улице равен 50° и более.
Лампы со светодиодами обладают высоким качеством, экономным потреблением электроэнергии, надежностью и долгим сроком службы.
Прежде, чем выбрать осветительные приборы, внимательно ознакомьтесь с их описанием. И не стесняйтесь задавать вопросы специалистам!
Как используют источники тока в быту?
Сегодня электрический ток стал неотъемлемым явлением в жизни каждого человека. В быту масса приборов потребляют электрический ток, давая людям необходимые блага. Однако электрический ток имеет разные характеристики, что все изучали в школе.
Небольшой экскурс в школьный учебник по физике поможет ориентироваться в различных токах, используемых в быту и позволит повысить знания по электробезопасности.
В быту источником тока будут внешние линии электропередач, к которым подключают внутреннюю сеть проводов в доме (проводку) . Для того чтобы было движение частиц, ток должен входить в дом и исходить. Поэтому прокладывают провода, питающие с готовыми бежать электронами и просто провода, по которым они должны убежать. Концы проводов соединяются через потребителей тока, которыми являются бытовые приборы: утюги, телевизоры и т. п.
Остальные ответы
2 пальца в разетку
Все так называемые «батарейки» являются химическими источниками тока. Где и как используют «батарейки», я думаю сама сообразишь.
Объективно говоря, линии электропередач (т. е. бытовая сеть 220Вольт) — это источник напряжения, а не тока. Конечно, если подрубить к сети 220 любую нагрузку (ту же лампу накаливания) , по проводам потечет ток, НО.. . Принципиальное отличие источников тока от источников напряжения заключается в том, что источник напряжения обеспечивает определенное напряжение (например, бытовая сеть — пременное напряжение с действующим значением 220В и частотой 50Гц) , а ток будет зависить от того, какой прибор ты подключаешь к этой сети (чем больше сопротивление прибора, тем меньше ток) .
А источник тока обеспечивает уход в нагрузку строго определенного тока, а напряжение на нагрузке уже будет вторично (чем больше нагрузка, тем больше будет падение напряжения на ней) .
В быту используются вторичные источники, в том числе и вторичные источники тока, которые уже запитывают приборы. В частности, любое цифровое устройство (тот же компьютер или цифровой телевизор) имеет встроенный вторичный источник питания (или другими словами стабилизатор) . Рядовой пользователь понятия не имеет, какой именно вторичный источник встроен в его прибор — источник тока или напряжения. Это зависит от того, как разработчики спроектировали устройство. Более того, рядовой пользователь может и не представлять, что этот вторичный источник вообще есть)) )
ИМХО эта тема явно выпадает из школьного курса физики и затрагивает курс схемотехники и проектирования цифровых устройств. Инженер не всякой специальности хорошо в этом разбирается. Так что вполне допускаю, что школьный учитель может наивно полагать, что источник тока, источник электроэнергии и источник напряжения — одно и то же и линии электропередач являются источниками тока.
Безопасное напряжение в быту
Технический термин «безопасное напряжение» почти наверняка многим людям незнаком – о нём обычно не рассказывают в школе и институте, а само название упоминают вскользь, делая его общеупотребительным. Тем не менее, в свете того, что все мы осведомлены об опасности, которая кроется в обычном сетевом напряжении, корректно будет рассказать и о том, какие величины официально признаются безопасными. Сегодня мы не будем говорить о мерах предосторожности в чистом виде, а посвятим время тому, чтобы рассказать об электрическом токе с новой для многих стороны.
В обычной бытовой розетке напряжение должно составлять 220 В при частоте в 50 Гц. Такой норматив распространяется не только на Украину, но и на все страны бывшего Советского Союза, а также многие европейские государства. И если в отношении сетевого напряжения в разных уголках нашей планеты ещё не удалось прийти к единому мнению, то вот с безопасным для человеческого тела вольтажом ясности больше – оно для всего населения Земли будет одинаковым. Однако, стоит отметить, официальные нормативы в каждом регионе земного шара всё же могут немного отличаться, так что мы далее будем опираться только на те величины, которые актуальны для Украины и ближнего зарубежья.
Как это – «безопасное напряжение»?
С самого начала изучения электрических явлений было известно, что воздействие тока на организм вызывает сокращение мышц и подёргивание конечностей, а с ростом величины – термический эффект, в том числе, ожоги. Сегодня под безопасным напряжением понимается величина не более 42 В, хотя ещё не так давно верхним пределом были 36 В. Считается, что причиной для расширения допустимых рамок стали сразу два фактора: с одной стороны, повсеместный переход на светодиодные лампы, светильники и ленты, которые не требуют сетевого вольтажа 220 В (то есть, автоматически увеличившаяся степень безопасности электроприборов), а с другой – определённое эволюционное изменение параметров человеческого организма, одновременно обусловленное улучшением рациона и увеличением средней массы тела.
Указанные 42 В считаются безопасными для питания стационарных и переносных электрозависимых приборов – как внутри помещений, так и на открытом воздухе. Если же речь идёт о более специфических установках или агрегатах (резервуарах, котлах, устройствах в защитном кожухе), то там уже безопасным признаётся только вольтаж 12 В и ниже. На всякий случай, напомним, что при поражении человека электротоком наибольшее значение имеет именно сила тока, а не его напряжение. Однако ампераж, в отличие от вольтажа, не является неотъемлемым свойством источника тока – он изменяется в зависимости от потребителя. Потому по силе тока с формальной точки зрения допустимой является только та величина, при которой человек способен освободиться от воздействия этого самого тока, прилагая к этому минимальные усилия. В свою очередь, верхний предел уже будет зависеть не только от величины, но и от продолжительности воздействия.
Для лучшего понимания вопроса, приведём следующие данные: сетевой переменный ток, благодаря которому работают все наши бытовые приборы, заряжаются гаджеты и светят люстры, имеет частоту 50 Гц. При таком её значении допускается напряжение касания всего в 2 В при силе тока в 0,3 мА. Эти мизерные величины считаются эталоном безопасности, поскольку в целом сравнимы с параметрами процессов, которые происходят внутри тела каждого человека. В случае с постоянным током, допустимый вольтаж касания составит уже 8 В, а сила тока поднимется до 1 мА. Наверное, читателей удивит информация о том, что постоянный ток безопаснее переменного, ведь именно последний мы используем в быту, однако не всё так просто. В сетях вольтажом до 500 В он действительно менее опасен, однако для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния требуются более высокие значения, при которых постоянный ток становится существенно опаснее.
На практике искомое безопасное напряжение в быту достигается трансформацией сетевых 220 В к 12 В или 24 В. В различных устройствах для этих целей применяются свои модули – в светодиодных лентах это будут специальные блоки питания, в LED-лампах – особые драйверы, в гаджетах и приборах – миниатюрные понижающие трансформаторы. В целом, и принцип работы, и конструкция, и назначение у них схожи, ведь главная цель – привести вольтаж к такой величине, при которой опасность уже снижена, но работоспособность изделия сохранена.
Разумеется, если в техническом понятии содержится слово с корнем «безопасность», дело не может ограничиваться только величиной напряжения. Низковольтные электрические сети сегодня не существуют сами по себе – если говорить только о силовых коммуникациях, и не подразумевать телефонную связь, интернет и кабельное телевидение. Потому любая система с низким напряжением – это производная от обычной бытовой сети, а значит где-то в цепи присутствует понижающий трансформатор. Его вторичная обмотка должна быть не только по всем правилам занулена, но и подключена к контуру заземления здания. Кроме того, важно понимать, что условия окружающей среды также крайне существенно влияют на допустимые параметры электротока. К примеру, все рассмотренные ранее величины необходимо снижать втрое, если подразумевается, что люди, которые могут иметь контакт с проводами или кабелями под напряжением, работают в потенциально опасном микроклимате (температура свыше +25°С и относительная влажность более 75%).
Применение безопасного напряжения в повседневной жизни
Сегодня низковольтные питающие контуры стремятся организовывать всё чаще. Использовать их стало до определённой степени даже модно, что идёт только на пользу тенденциям, связанным с распространением сведений о вопросах электробезопасности. Низковольтные сети формируют во многих ресторанах, где уже давно используется только светодиодное освещение, в обычных квартирах с маленькими детьми, в школах и детских садах, в больницах и магазинах. Кроме того, имеются и отраслевые рекомендации по оптимизации мер электробезопасности, куда среди прочего включены и случаи применения приборов и устройств с безопасным напряжением. Кратко рассмотрим их далее.
1. Используя светильники и люстры на длинном подвесе, корпус или плафон которых находится на высоте менее 2 м 50 см, особенно в помещениях повышенной опасности, следует применять именно низковольтное питание. Такой подход не только убережёт от поражения током из-за невнимательности или неудобного расположения прибора, но и предотвратит возможное возгорание.
2. При организации декоративного освещения и подсветки, особенно с использованием светодиодных лент, LED-линеек или других полупроводниковых решений – для снижения нагрузки на сеть и оптимизации энергопотребления.
3. При оборудовании системы аварийного освещения в офисных, коммерческих и выставочных помещениях – для уменьшения пожароопасности и снижения требований к ёмкости источников резервного электропитания.
4. Для локальных цепей и контуров передачи информации, например, систем сигнализации, домофонов, датчиков и реле в рамках комплексов типа Умный дом, а также управления импульсными электроприводимыми механизмами (электрозамки, электроворота, вентили-блокираторы на газоснабжающих и/или водопроводных магистралях и пр.).
5. В промышленных и полупромышленных электроустановках, которые эксплуатируются в частном секторе – с целью снижения уровня опасности для обслуживающего персонала.
6. При подключении мелкого мобильного и среднего стационарного электрического инструмента, в том числе, в мастерских и гаражах, а также в зонах повышенной опасности – для уменьшения рисков поражения током при работе.
7. При подключении крупного стационарного и маломощного промышленного электроинструмента, применяющегося для работ в особо опасных зонах, в том числе, с обязательным требованием использования изоляционных перчаток, резиновых галош и диэлектрических ковриков.
8. При оборудовании сети ландшафтного освещения на территории парка, приусадебного участка, дачи, коттеджа или загородного дома – для уменьшения рисков утечки тока, возникновения шагового напряжения и поражения человека от металлических частей фонарных столбов.
9. При оборудовании системы освещения ванной комнаты и туалета – с целью снижения рисков утечки тока и поражения человека, в том числе, из-за повышенной влажности в помещениях.
10. В подвалах, погребах и прочих сырых помещениях, в том числе, ниже уровня основного грунта – для снижения вероятности поражения человека током, среди прочего вызванного стеснённым пространством, повышенной влажностью или недостаточной прочностью несуще-опорной части электрических коммуникаций.
11. Для питания вспомогательных осветительных приборов и установок ночного и полуаварийного освещения (фонарей на будках охраны территории, на въездных воротах, в проблесково-габаритных огнях на крышах высотных зданий и пр.) – для минимизации энергопотребления периодически используемых осветительных систем и снижения сопряжённых рисков внутри приборов, не подвергающихся регулярному техническому обслуживанию.
Проектирование безопасных низковольтных сетей
Ввиду понятных причин, элементы и участки низковольтных сетей в квартирах должны быть полностью отделены от обычных коммуникаций с бытовым напряжением 220 В. При этом предполагается, что и те, и другие могут быть организованы по одной системе – с использованием некоторого количества распределительных и монтажных коробок для коммутации, с применением требуемой электрофурнитуры в узловых и конечных точках, с прокладкой внутри основных стен, фальш-стен, декоративных перегородок и перекрытий. Важно лишь тщательно следить за тем, чтобы у неосведомлённых пользователей не оставалось возможности подключить приборы и изделия, рассчитанные на 12-42 В к общей сети на 220 В. Хотя самим подводящим проводам это и не повредит, устройства в подобном случае попросту сгорят.
При этом важно отметить, что подключать локальные контуры питания переносных светильников напрямую от понижающих трансформаторов запрещено. Между этими двумя звеньями рекомендуется использование защитных модулей, по своим функциям повторяющих драйверы в светодиодных лампах. При монтаже стационарных осветительных приборов, например, точечных светильников, можно обойтись фабричным блоком питания требуемой мощности, который имеет необходимый уровень защиты от факторов окружающей среды и достаточное охлаждение.
В технических помещениях, где соблюдение правил эксплуатации электроустановок легко доминирует над дизайном (в мастерских, гаражах, подвалах, сараях, погребах, бытовках, сторожках и пр.), оборудуются ящики с понижающими трансформаторами. Они представляют собой небольшие металлические боксы, в которых, помимо трансформатора, располагают также защитную автоматику, розетку для подключения оборудования и шины или клеммные колодки для отвода низковольтных линий. Зачастую расчётная мощность таких ящиков не превосходит 250 Вт. Иногда бокс снабжают собственной подсветкой или совмещают с небольшим светильником, чтобы оптимизировать занимаемое им пространство. Обращаем внимание, что корпус устройства должен быть обязательно заземлён, ведь к нему всё же подводится 220 В.
Хотя самая суть понятия «безопасное напряжение» и гласит о том, что в случае контакта с ним серьёзные травмы и повреждения человеческого организма почти невозможны, это ни в коем случае не отменяет мер по защите проводников. Низковольтные провода следует прокладывать и содержать в условиях, которые не вызывают нарушения целостности изоляции и других оболочек. При этом крайне желательно не прокладывать такие линии в непосредственной близости от силовых магистралей 220 В и 380 В, а также параллельно кабелям интернета, видеодомофона или телефонным линиям.
Монтаж вентилятора в санузле