Kakšna je razlika med AC in DC?

Le nekaj jih lahko realno zavedaš, da sta izmenični in enosmerni tok nekoliko drugačna. Da ne omenjam imenovanja posebnih razlik. Namen tega članka je razložiti glavne značilnosti teh fizičnih količin v razumljivem smislu za ljudi brez prtljage tehničnega znanja in zagotoviti nekatere osnovne koncepte, povezane s tem vprašanjem.

Težave pri vizualizaciji

Večina ljudi lahko zlahka razume takšne pojme kot "pritisk", "količino" in "tok", ker se v vsakdanjem življenju nenehno soočajo z njimi. Na primer, je zlahka razumeti, da povečanje pretoka pri zalivanju cvetov poveča količino vode, ki zapušča napajalno cev, medtem ko se z naraščanjem tlaka vode hitreje in z večjo močjo premika.

Električne izraze, kot so "napetost" in "tok", je ponavadi težko razumeti, ker ne morete videti ali čutiti električne energije, ki se giblje skozi kable in električne tokokroge. Celo začetni električar je zelo težko vizualizirati, kaj se dogaja na molekularni ravni ali celo jasno razume, kaj je elektron, na primer. Ta delec je izven meja senzornih sposobnosti človeka, ga ni mogoče videti in ga ni mogoče dotakniti, razen če jih določeno število ne prehaja skozi človeško telo. Šele takrat jih bo žrtev vsekakor čutila in doživljala, kar se običajno imenuje električni šok.

Vendar pa je odprta kabli in žice, večina ljudi se zdi popolnoma neškodljiv, ker ne vidijo elektrone, samo čakajo, da bo pot najmanjšega odpora, kar je običajno razlog.

Analogija

Jasno je, zakaj večina ljudi ne more predstavljati, kaj se dogaja znotraj navadnih vodnikov in kablov. Poskus razložiti, da se nekaj giblje skozi kovine, je v nasprotju z zdravim razumom. Na najosnovnejši ravni se električna energija ne razlikuje toliko od vode, zato je osnovna zasnova dokaj enostavna, če primerjate električno vezje z vodnim sistemom. Glavna razlika med vodo in elektriko je, da prvi izpolni vse, če lahko uide iz cevi, medtem ko je drugi za gibanje elektronov potreben vodnik. Z vizualizacijo cevnega sistema je za večino ljudi lažje razumeti posebno terminologijo.

Stres kot pritisk

Napetost je zelo podobna tlaku elektronov in kaže, kako hitro in s kakšno silo se premikajo skozi vodnik. Te fizikalne količine so v več pogledih enakovredne, vključno z njihovo povezanostjo z močjo cevovodnega kabla. Tako kot preveč tlaka razbije cev, preveč napetosti uničuje zaščito prevodnika ali ga prebije.

Tok kot tok

Tok je hitrost pretoka elektronov, kar kaže na to, koliko se giblje vzdolž kabla. Čim višje je, več elektronov poteka skozi prevodnik. Ker večje količine vode zahtevajo debelejše cevi, večji tokovi zahtevajo debelejše kable.

Uporaba modela vodne zanke omogoča razlago številnih drugih izrazov. Na primer, generatorje moči lahko predstavljamo kot vodne črpalke in električno obremenitev - kot mlin za vodo, katerega vrtenje zahteva pretok in vodni tlak. Celo elektronske diode lahko štejemo za vodne ventile, ki omogočajo pretok vode le v eni smeri.

Neprekinjen tok

Kakšna je razlika med konstantnim in izmeničnim tokom, postane jasno že iz imena. Prvi je gibanje elektronov v eni smeri. Zelo enostavno ga je mogoče vizualizirati z modelom vodne zanke. Dovolj je, da si predstavljamo, da voda teče skozi cev v eni smeri. Običajne naprave, ki ustvarjajo enosmerni tok, so sončne celice, baterije in dinamo stroji. Praktično vsaka naprava je lahko zasnovana tako, da jo napaja iz takega vira. To je skoraj izključna prerogativa nizkonapetostne in prenosne elektronike.

Enosmerni tok je precej preprost in izpolnjuje Ohmov zakon: U = I × R. Naloži moč se meri v vatih in je enaka: P = U × I.

Zaradi preprostih enačb in vedenja je konstanten tok razmeroma enostaven za razumevanje. Prvi sistem prenosa električne energije, ki ga je razvil Thomas Edison v XIX. Stoletju, je uporabil le to. Vendar pa je kmalu prišlo do očitne razlike v izmeničnem toku in konstanti. Prenos slednjih na pomembne razdalje je spremljala velika izguba, zato se je v nekaj desetletjih nadomestila z bolj donosnim (takratnim) sistemom, ki ga je razvil Nikola Tesla.

Kljub temu, da je poslovna moč omrežja po vsem svetu, so sedaj z uporabo izmenični tok, ironija je, da je razvoj tehnologije bolj učinkovito je prenos visoke napetosti enosmernega toka na zelo velikih razdaljah in v ekstremnih obremenitvah. Na primer, ki se uporablja pri povezovanju posameznih sistemov, kot so vse države ali celo celin. To je še ena razlika v izmeničnem toku in konstantni. Vendar pa se prvi uporablja še v nizkonapetostnih komercialnih omrežjih.

Stalni in izmenični tok: razlika v proizvodnji in uporabi

Če je izmenični tok veliko lažje proizvajati z generatorjem, ki uporablja kinetično energijo, potem lahko baterije ustvarijo samo konstanto. Zato slednji prevladujejo v energetskih tokokrogih nizkonapetostnih naprav in elektronike. Baterije lahko napolnite samo z enosmernim napajanjem, zato je napajanje z izmeničnim tokom odpravljeno, ko je baterija glavni del sistema.

Široko uporabljen primer je vsako vozilo - motorno kolo, avto in tovornjak. Generator, nameščen na njih, ustvarja izmenični tok, ki se s pomočjo usmernika takoj pretvori v konstanten tok, saj je v sistemu napajanja prisoten akumulatorski sistem, večina elektronike pa zahteva konstantno napetost za delovanje. Sončne celice in gorivne celice prav tako proizvajajo le enosmerni tok, ki se lahko po potrebi pretvori v izmenični tok s pomočjo naprave, ki se imenuje pretvornik.

Smer gibanja

To je še en primer razlike med enosmernim in izmeničnim tokom. Kot pove že ime, je ta tok elektronov, ki se nenehno spreminja svojo smer. Od konca XIX stoletja v skoraj vse domače in industrijske električne vsem svetu uporablja sinusni izmenični tok, ker je lažje pridobiti in veliko cenejši za distribucijo, z izjemo zelo redkih primerih prenosa na dolge razdalje, ko je izguba moči prisiljeni uporabiti najnovejše visokonapetostnih enosmernih sistemov.

AC ima še eno veliko prednost: omogoča vam, da vrnete energijo iz točke porabe nazaj v omrežje. To je zelo koristno pri stavbah in objektih, ki proizvajajo več energije kot porabijo, kar je mogoče pri uporabi alternativnih virov, kot so sončne celice in vetrne turbine. Dejstvo, da izmenični tok omogoča dvosmerni pretok energije, je glavni razlog za priljubljenost in razpoložljivost alternativnih virov energije.

Pogostost

Ko gre za tehnično raven, je na žalost težko razložiti, kako izmenični tok deluje, ker model vodnega tokokroga ne ustreza. Vendar pa je mogoče vizualizirati sistem, v katerem voda hitro spreminja smer toka, čeprav ni jasno, kako bo v tem primeru naredil nekaj koristnega. Izmenični tok in napetost nenehno spreminjata smer. Stopnja spremembe je odvisna od frekvence (izmerjena v hertzu) in za gospodinjska električna omrežja je običajno 50 Hz. To pomeni, da napetost in tok spreminjata smer 50-krat na sekundo. Izračun aktivne komponente v sinusnih sistemih je precej preprost. Doseganje njihove najvišje vrednosti je dovolj radik-2.

Ko izmenični tok spremeni smer 50-krat na sekundo, to pomeni, da se žarnice z žarilno nitko vklopijo in izklopijo 50-krat na sekundo. Človeško oko tega ne vidi, možgani pa preprosto verjamejo, da osvetlitev deluje nenehno. To je še ena razlika v izmeničnem toku in konstantni.

Vektorska matematika

Tok in napetost ne spreminjajo samo stalno - njihove faze se ne ujemajo (niso sinhronizirane). Velika večina obremenitev na izmenični tok povzroči fazno razliko. To pomeni, da je tudi za najpreprostejše izračune potrebno uporabiti vektorsko matematiko. Pri delu z vektorji je nemogoče preprosto dodati, odšteti ali opraviti druge operacije skalarne matematike. Pri konstantnem toku, če en kabel do neke točke prejme 5A, drugi pa 2A, je rezultat 7A. V primeru spremenljivke to ni tako, ker bo rezultat odvisen od smeri vektorjev.

Faktor moči

Aktivna obremenitev moči z močjo izmeničnega toka se lahko izračuna s preprosto formulo P = U × I × cos (phi-), kjer je phi- - kot med napetostjo in tokom, cos (phi-) imenovan tudi faktorja moči. To se razlikuje od enosmernega in izmeničnega toka: pri prvih cos (phi-) je vedno enak 1. je potrebna aktivna moč (in plačal), domačih in industrijskih odjemalcev, vendar to ni celovita, ki poteka skozi vodnikov (kablov) z obremenitvijo, ki lahko izračuna po formuli s = U x I merjeno v volt-amperih (VA).

Razlika med neposrednim in izmeničnim tokom v izračunih je očitna - postanejo bolj zapletena. Tudi za najpreprostejše izračune je potrebno vsaj povprečno poznavanje vektorske matematike.

Varilni stroji

Razlika med direktnim in izmeničnim tokom se kaže tudi pri varjenju. Polarnost loka ima velik vpliv na njegovo kakovost. Elektrodno pozitivno varjenje prodre globlje kot elektrodno negativno varjenje, to pa pospeši fuzijo kovine. S stalnim tokom je polariteta vedno konstantna. S spremenljivko se spremeni 100-krat na sekundo (pri 50 Hz). Varjenje konstantno je bolje, ker se proizvaja bolj enakomerno. Razlika pri varjenju z izmeničnim in enosmernim tokom je, da v prvem primeru pride do prekinitve gibanja elektrona za del sekunde, kar vodi do pulsacije, nestabilnosti in izgube loka. Ta vrsta varjenja se redko uporablja, na primer, za odpravo lutanja loka v primeru elektrod z velikim premerom.