Чем постоянный ток отличается от переменного Какой ток в розетке и какой опаснее для человека

Электрический ток — источник питания практически всех приборов и аппаратов. Более того, электричество — одна из основ современной цивилизации. Как минимум последние 100 лет электричество принято делить на постоянный и переменный ток. В этой статье мы поговорим, чем эти разновидности отличаются друг от друга. Во второй части материала мы ответим на частые вопросы, возникающие по поводу постоянного и переменного видов тока.

Ранее мы рассказывали об электрическом токе в целом. Возможно, наша статья будет вам интересна:

Что такое переменный ток

Переменный ток - это поток электрического заряда, полярность (направление) которого постоянно меняется с определенной частотой. Его часто обозначают аббревиатурой AC, или Alternating current. Направлений, в которые течет переменный ток, два, и называются они положительным и отрицательным.

Простейшим генератором переменного тока, на котором можно проследить принцип его образования и работы, можно считать петлю из магнитной проволоки, вращающуюся относительно магнитного поля между двумя концами магнита. По мере движения проволоки в ней возникает электрический заряд, который подается попеременно в ее концы с положительным и отрицательным зарядами.

В жизни для генерации переменного электричества используются более сложные генераторы. Заряд в них вырабатывается посредством вращения магнитного поля вокруг проводника или наоборот. Примеры таких генераторов:

1. Установки на электростанциях - атомных, тепловых, гидравлических.

2. Автомобильные генераторы, увеличивающие заряд аккумулятора и дающие питание энергоцепи транспортного средства.

3. Автоматические генераторы, использующие для работы топливо, к примеру, бензин. Эти аппараты используются в случае, если к дому или рабочему месту не проведено магистральное энергоснабжение.

4. Тяговые генераторы, питающие тепловозы.

Переменный ток используется для энергоснабжения, поскольку он передается на дальние расстояния без значительных потерь. Перед подачей по высоковольтным линиям ток попадает на повышающий трансформатор, где его напряжение увеличивается до очень высоких значений (порядка 100 кВ) и подается на линию дальней электропередачи.

Следующий этап - подстанция с понижающим трансформатором. Там напряжение тока снижается до относительно средних значений (6, 10 или 35 кВ). Затем ток идет по подземным кабелям на распределительную станцию, где напряжение снижается до 0,4 кВ. Перед попаданием в жилой дом электричество проходит вводно-распределительную станцию. Там его напряжение снижается до 380 (линейное) или 220 В (фазное напряжение).

Стандарты конечного напряжения различаются в регионах мира. К примеру, в Японии потребительское напряжение равно 100 В, в США - 120 В. Частота, с которой изменяется полярность переменного тока, измеряется в герцах (Гц). В России, других странах бывшего СССР, большинстве других регионов мира этот параметр составляет 50 Гц. Но в Северной Америке, некоторых странах Восточной Азии полярность в розетках меняется 60 раз в секунду.

Эта частота была выбрана потому, что генераторы, вырабатывающие электроэнергию, издавна вращаются со скоростью 3000 оборотов в минуту. В секунду это будет 50 оборотов. Более низкие частоты не могли обеспечить эффективную работу техники. В частности, мерцали лампы, а асинхронные двигатели не могли выдерживать номинальные обороты.

Потребительский переменный ток имеет форму синусовой волны.

Что такое постоянный ток

Постоянный ток - это разновидность электрического потока, направление которой неизменно все время ее течения, потому у нее нет частоты. Постоянный ток поступает из следующих источников:

1. Аккумуляторные батареи различной емкости и типа (литий-ионные, никель-кадмиевые и т. д.). Эти элементы используются для автономного питания мобильных ПК, автомобилей, фонариков и других приборов.

2. Адаптеры различных приборов, подключаемых к сети.

Большая часть электроприборов использует для работы не переменный, а постоянный заряд от адаптера (внутреннего или внешнего) или аккумулятора. Если подключить электроприбор, предназначенный для работы с постоянным зарядом, напрямую к сети с переменным током 220 или 110 В, он получит необратимые повреждения. Адаптеры снижают характеристики тока до необходимых, аккумуляторы принимают, накапливают и передают устройству трансформированный постоянный заряд.

Принцип работы постоянного тока можно сравнить с резервуаром со шлангом. Заряд из батареи или адаптера идет в одном направлении так же, как и вода по шлангу из резервуара.

Прочитайте нашу статью, если хотите узнать все об электрическом токе:

Чем отличаются постоянный и переменный ток друг от друга?

Рассмотрим различия постоянного и переменного типов электричества.

1. Опасность

Нетрансформированный переменный ток, по крайней мере, с параметрами, используемыми в электросети и линиях электропередач (частота 50-60 Гц и напряжение выше 100 В), однозначно опасен для человека и приборов с ИБП. Соприкосновение человека с источниками переменного тока может повлечь серьезные нарушения здоровья и даже летальный исход. В частности, нарушится работа сердца (в частности, фибрилляция), нервной системы и других внутренних органов. Приборы с ИБП при подключении к чистому переменному току с напряжением выше 100 В получат повреждения, несовместимые с их дальнейшей работой.

Опасным для человека заряд из розеток делает его частота в несколько десятков Гц, которая вызывает очень быстрые сокращения мускулатуры. К тому же в розетках очень низкое сопротивление (порядка 1 Ома). Американский ученый Никола Тесла прикасался к электродам с током с напряжением 100 кВ и частотой 100 кГц и оставался невредимым, поскольку электричество прошло по поверхности его тела.

Постоянный ток не несет серьезной опасности, если в окружающей среде нет влаги и его напряжение не превышает 48 В. Однако источники заряда без частоты и устройства с ними не стоит использовать в воде или при высокой влажности. Вода снизит сопротивление, и возможный вред существенно вырастет. Если заряд прошел через чувствительные места, проблемы со здоровьем вызовет даже незначительный удар (например, при малом электрическом поражении глаз может позже развиться катаракта).

В целом считается, что переменный ток низкой частоты опаснее постоянного в 2 - 4 раза.

С напряжением до 500 В переменный заряд становится опасным, но меньше, чем переменный с низкой частотой. А с повышением напряжения выше 500 В постоянный ток становится опаснее переменного.

2. Способность к транспортировке

Переменное электричество не затухает на дальних расстояниях, и его можно транспортировать по линиям электропередач. Другое полезное свойство переменного тока - легкое преобразование напряжения, в большую или меньшую сторону, с помощью трансформаторов. Постоянный заряд при передаче на длинный провод постепенно затухнет, и передать его на дальние расстояния станет невозможным.

Третье преимущество переменного тока как транспортируемого - малая цена его производства, по сравнению с постоянным.

3. Частота

Переменный ток обладает определенной частотой (несколько десятков Гц). У постоянного электричества этой характеристики нет.

4. Направление движения тока и электронов, полярность

Заряд с переменной частотой постоянно изменяет полярность (положительную или отрицательную) и движется то в одну, то в другую сторону.

Война токов

Первые электрические сети доставляли заряд без частоты. Они были построены в 1880-х годах американским изобретателем Томасом Эдисоном и имели три провода с соответствующим напряжением 110, 0 и -110 В.

Однако у электричества Эдисона был большой недостаток: на больших расстояниях мощность заряда падала. Поэтому передача электричества могла быть возможна в пределах 1 мили. Энергоснабжение сельских и отдаленных районов было невозможно, поскольку там требовалась отдельная электростанция.

Параллельно с сетью Эдисона предприниматель Джордж Вестингауз разработал систему генерации переменного электричества, которая включала генератор и трансформатор. В 1885 году была создана первая электростанция переменного заряда. Позднее к Вестингаузу перешел на работу Никола Тесла, которому Эдисон не стал повышать зарплату. Изобретатель сербского происхождения создал счетчик и генератор для подсчета и выработки заряда с переменной частотой соответственно.

Скрыть текст

Слева - американский изобретатель, сторонник постоянного тока Томас Эдисон. Справа - американский изобретатель, сторонник переменного тока Никола Тесла

Сети переменного тока стали получать большое распространение, чем сети с постоянным, хотя на конец 1880-х гг. последних было более 100. Изобретения, связанные с переменным током, начали посягать на патенты Эдисона, с которых он получал отчисления. Изобретатель начал публичную компанию по критике переменного тока. Эдисон демонстрировал смерть животных от источников переменного электричества, распространял сообщения о гибели рабочих и других людей от трансформаторов. Инженер Гарольд Браун, получавший деньги от Эдисона, предложил использовать переменный ток для казни преступников. Разумеется, такое применение переменного заряда было немедленно растиражировано Эдисоном.

В 1891 году Эдисон выиграл тендер на освещение лампами накаливания выставки во Франкфурте-на-Майне, а затем приобрел часть акций компаний Вестингауза. Там же была развернута трехфазная сеть Михаила Доливо-Добровольского, которая смогла передавать ток на расстоянии до 175 км с КПД 75%. С этого времени изобретатель перестал публично бороться за постоянное электричество, хотя внутренне был недоволен победой переменного тока.

Несмотря на победу переменного тока, сети с постоянным зарядом продолжали эксплуатироваться. В Финляндии постоянный ток перестал использоваться лишь в 1940-х гг., в Швеции - в 1960-х гг. Нью-Йорк полностью отказался от электричества без частоты лишь 14 ноября 2007 года. Сегодня заряд без частоты используется на специальных трансграничных высоковольтных линиях (HVAC).

Ранее мы рассказали о ключевых фигурах из мира науки, которые приручили электричество и позволили человечеству воспользоваться им:

Часто задаваемые вопросы

1. Какой ток в розетке - постоянный или переменный?

По сетям энергоснабжения передается заряд с переменной частотой. Эта разновидность электроэнергии может передаваться от генератора электростанции к потребителям без затухания. Ее напряжение, мощность и другие качества легко изменяются на трансформаторах подстанций и распределительных станций, в зависимости от потребностей.

2. Какой ток опаснее для человека - постоянный или переменный?

Учитывая качества переменного электричества, подаваемого в сетях энергоснабжения, оно опаснее для человека, чем постоянный ток. Основная причина тому - низкая частота (50-60 Гц). Постоянный ток в обычных условиях (аккумуляторные батареи) не представляет большой опасности, если его напряжение не превышает 48 В. При этом если напряжение постоянного заряда выше 500 В, он станет опаснее переменного с тем же напряжением.

3. Каковы преимущества переменного тока перед постоянным?

Электричество с переменной частотой не затухает при передаче его на дальние расстояния. Это позволяет передать его на большие территории и многим абонентам. Переменный ток можно преобразовать в заряд большей или меньшей мощности без потерь. Это дает возможность пользоваться энергоснабжением в различных целях: как промышленных, так и простых потребительских (жилых, офисных). Некоторые электрические приборы могут работать только с переменным зарядом, а аппараты, которым нужен ток постоянного типа, всегда оснащены адаптером.

4. Каковы недостатки переменного тока?

Заряд с переменной частотой опасен для здоровья человека при случайном соприкосновении. Также этот тип тока создает помехи в окружающем пространстве. Генераторы переменного тока, если они подключены к одной сети, должны совпадать по напряжению, частоте и фазе, а линии - по емкости и индуктивности.

5. Как из постоянного тока сделать переменный?

Чтобы получить постоянный ток из переменного, нужно пропустить его через инвертор. Это устройство преобразует постоянный заряд одной величины в переменный ток другой величины.

Простейшая схема инвертора представляет собой два транзистора, подключенных к батарее и пропускающих через себя электроэнергию разной полярности. Транзисторы попеременно открываются и закрываются. Управление инвертором, в том числе установка частоты переменного тока, осуществляется с помощью микросхем.

Чтобы заряд обладал нужными силой и напряжением, его еще нужно пропустить через трансформатор. Подбирать значения тока нужно в соответствии с характеристиками приборов, которые предполагается запитать от батареи через инвертор.