Постоянного тока. Постоянный и переменный ток: ключевые различия, преимущества и области применения

Что такое постоянный и переменный ток. Какие у них основные характеристики. Где применяются разные виды тока. Почему переменный ток победил в «войне токов». Как высоковольтные линии постоянного тока помогли сетям переменного тока.

Что такое постоянный и переменный ток

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Существует два основных вида электрического тока:

• Постоянный ток — ток, который не меняет своего направления с течением времени
• Переменный ток — ток, который периодически изменяет свое направление

Чем отличается постоянный ток от переменного. Постоянный ток всегда течет в одном направлении от положительного полюса к отрицательному. У переменного тока направление периодически меняется — сначала в одну сторону, потом в другую. Графики постоянного и переменного тока выглядят по-разному:

• Постоянный ток — прямая горизонтальная линия
• Переменный ток — синусоида, периодически меняющая знак

Основные характеристики постоянного и переменного тока

Какие основные параметры характеризуют электрический ток.

Для постоянного тока:

• Сила тока (I) — количество заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени
• Напряжение (U) — разность потенциалов между двумя точками электрической цепи
• Сопротивление (R) — свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока

Для переменного тока дополнительно:

• Частота — число полных циклов изменения тока за 1 секунду
• Амплитуда — максимальное значение силы тока или напряжения
• Действующее значение — эквивалентное постоянному току значение

Как связаны основные параметры электрического тока. Для постоянного тока действует закон Ома:

I = U / R

Для переменного тока зависимости более сложные и учитывают частоту, индуктивность и ёмкость цепи.

Где применяются разные виды электрического тока

Области применения постоянного и переменного тока различаются из-за их особенностей.

Постоянный ток используется:

• В электронных устройствах и компьютерной технике
• В автомобильных электросистемах
• В гальванике для получения металлических покрытий
• В электротранспорте (трамваи, метро, электропоезда)
• В высоковольтных линиях передачи энергии на большие расстояния

Переменный ток применяется:

• В бытовой электросети для питания приборов
• В промышленных электроустановках
• Для передачи электроэнергии от электростанций потребителям
• В трансформаторах для изменения напряжения
• В электродвигателях переменного тока

Почему переменный ток используется чаще постоянного. Переменный ток легко трансформировать, повышая напряжение для передачи на большие расстояния. Это снижает потери при передаче энергии.

История «войны токов» между постоянным и переменным током

В конце 19 века развернулось противостояние между сторонниками постоянного и переменного тока. Это противостояние получило название «война токов».

Основные участники «войны токов»:

• Томас Эдисон — изобретатель, продвигавший использование постоянного тока
• Джордж Вестингауз — предприниматель, сделавший ставку на переменный ток
• Никола Тесла — изобретатель, работавший над системами переменного тока

Почему победил переменный ток. Переменный ток имел ряд преимуществ:

• Возможность трансформации напряжения для передачи на большие расстояния
• Меньшие потери при передаче энергии
• Простота генерации на электростанциях
• Удобство использования в электродвигателях

Как закончилась «война токов». К началу 20 века переменный ток стал основным в электроэнергетике. Постоянный ток сохранил свои позиции в некоторых специфических областях.

Высоковольтные линии постоянного тока и их роль в современной энергетике

Несмотря на победу переменного тока, высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) нашли важное применение в энергетике.

Преимущества HVDC линий:

• Меньшие потери при передаче энергии на большие расстояния
• Возможность соединения несинхронизированных энергосистем
• Отсутствие проблем с емкостью кабеля при подводной передаче
• Более эффективная передача энергии от удаленных источников (ветряные и солнечные электростанции)

Где применяются HVDC линии. HVDC линии используются для:

• Соединения энергосистем разных стран и регионов
• Передачи энергии от удаленных гидроэлектростанций
• Подводных кабельных линий большой протяженности
• Интеграции в сеть крупных ветряных и солнечных электростанций

Как HVDC линии помогли сетям переменного тока. HVDC линии позволили решить проблемы с передачей энергии переменного тока на большие расстояния и соединением несинхронизированных энергосистем.

Современные тенденции в использовании постоянного и переменного тока

В настоящее время наблюдается ренессанс технологий постоянного тока, особенно в области передачи и распределения электроэнергии.

Основные тенденции:

• Расширение использования HVDC линий для передачи энергии
• Развитие технологий силовой электроники для преобразования тока
• Применение постоянного тока в локальных сетях (микрогриды)
• Использование постоянного тока в центрах обработки данных

Почему снова растет интерес к постоянному току. Это связано с развитием возобновляемых источников энергии и необходимостью эффективной передачи энергии на большие расстояния.

Как будет развиваться использование разных видов тока. Вероятно, в будущем будут широко применяться гибридные системы, сочетающие преимущества постоянного и переменного тока.

Заключение: сравнение постоянного и переменного тока

Постоянный и переменный ток имеют свои преимущества и недостатки. Их выбор зависит от конкретного применения.

Основные различия:

• Постоянный ток не меняет направления, переменный периодически меняет
• Постоянный ток проще использовать в электронике, переменный — в бытовой сети
• Переменный ток легче трансформировать, постоянный эффективнее передавать на большие расстояния

Какой вид тока лучше. Однозначного ответа нет — каждый вид тока имеет свои области применения, где его использование наиболее эффективно.

Перспективы использования разных видов тока. В будущем вероятно более широкое применение гибридных систем, сочетающих преимущества обоих видов тока.

Законы постоянного тока — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете

• Что общего у электрического тока с водой?
• В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления?
• Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке?
• Фамилия какого ученого стоит миллион?

«Все, кина не будет. Электричество кончилось». Наверное, никого не оставит равнодушным популярная фраза из широко известного фильма «Джентльмены удачи». Ведь действительно: бесит, когда сидишь за просмотром любимого сериальчика, вдруг — бамс! Вырубили свет, и зарядки ноута, как назло, не хватило. И не выработаешь электричество в домашних условиях, а жаль… Но вот понять, как оно работает — это мы сможем сделать в статье.

Электрический ток

В наше время трудно себе представить жизнь без электричества. Телевизор не посмотреть, телефон не зарядить, чай не попить… Ни один электроприбор в доме не будет работать без электричества. А объявление об отключении электроэнергии, вызывает тихий ужас.

Электричество — это форма энергии, которая существует в виде статических или подвижных электрических зарядов.

Что общего у электрического тока с водой? А что же тогда такое электрический ток? В принципе, его можно сравнить с водой. Из чего состоит вода? Из молекул. Когда эти молекулы движутся в одном направлении, то они образуют поток воды, который течет, например, по трубам. Так же и электрический ток. Он образуется потоком заряженных частиц, которые движутся по проводам.

Сформулируем определение:

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Чтобы электрический ток существовал, необходимо выполнение следующих условий:

— наличие свободных заряженных частиц; — наличие электрического поля; — наличие замкнутой электрической цепи.

Основными количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и напряжение, основной электрической характеристикой проводника является электрическое сопротивление.

Сила тока

Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени . 

\(I = \frac{q}{t}\), где I — сила тока (А), q — электрический заряд (Кл),  t — время (с).

Единица измерения I — А (ампер) = \(\frac{Кл}{с}\).

Представим, что внутри проводника “бегут” в одном направлении огромное количество заряженных частиц. Так вот, чем больше этих частиц пробежит за единицу времени, тем больше будет значение силы тока.

Прибор для измерения силы тока — амперметр. Он включается в цепь последовательно. Пример подключения представлен на рисунке:

Чтобы внутри цепи существовал электрический ток, цепь должна быть замкнута и между концами участка цепи должно существовать напряжение.

Напряжение

Напряжение  — скалярная физическая величина, равная отношению полной работы кулоновских и сторонних сил  при перемещении положительного заряда на участке цепи к значению этого заряда .

\(U = \frac{A}{q}\), где  U — напряжение (В), A — работа тока на участке цепи (Дж),  q — электрический заряд (Кл).

Электрический ток не ленится. Он любит работать. А работать он будет при движении частиц, то есть когда частицы будут перемещаться из одного конца цепи в другой. И чем больше они будут работать, тем большее напряжение получится.

Единица измерения U — В (Вольт) = \(\frac{Дж}{Кл}\)

Прибор для измерения силы тока — вольтметр. Он включается в цепь параллельно. 

Пример подключения представлен на рисунке:

Направление тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц..

Электрическое сопротивление

Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

\(R = \frac{pl}{S}\), где  R — сопротивление (Ом), p — удельное сопротивление проводника,  l — длина проводника (м),S — площадь поперечного сечения проводника (мм²).

Единица измерения R — Ом.

Удельное сопротивление проводника можно посмотреть в таблице ниже, для каждого материала будет свое значение.

В чем отличие сопротивления от удельного сопротивления? Сопротивление — это внешнее свойство, зависящее от количества присутствующего материала.  Удельное сопротивление — это внутреннее свойство проводника, которое не зависит от его размера.

Получается, что прежде всего на то, каким будет сопротивление, влияют размеры проводника, его форма, материал, из которого он сделан. 

Удельное сопротивление проводника зависит также от температуры. Когда температура твердых тел увеличивается, то удельное сопротивление возрастает. А в растворах и расплавах — наоборот, уменьшается.

Некоторые значения приведены в таблице:

Таблица удельных сопротивлений проводников

Металл	Удельное сопротивление, Ом * мм2/ м
Серебро	0,0015
Медь	0,018
Золото	0,023
Алюминий	0,029
Вольфрам	0,055
Железо	0,098

Давайте поразмышляем: что чему сопротивляется? 

Причина электрического сопротивления кроется во взаимодействии зарядов разного знака при протекании тока по проводнику. Это взаимодействие можно сравнить с силой трения, стремящейся остановить движение заряженных частиц.

Чем сильнее взаимодействие свободных электронов с положительными ионами в узлах кристаллической решетки проводника, тем больше сопротивление проводника.

Проводник с определенным постоянным сопротивлением называется резистор.

Вернемся к сравнению электрического тока с водой: как молекулы воды из крана движутся сверху вниз, так и электрический ток направлен от  “+” к “−”. Электрический заряд соответствует массе воды, а напряжение — напору воды из крана.

Закон Ома

Сила тока, напряжение и сопротивление связаны между собой соотношением, которое называется закон Ома:

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

\(I = \frac{U}{R}\) , где  I — сила тока (А), U — напряжение (В),  R — сопротивление (Ом).

Данный закон справедлив для участка цепи, на который не действуют сторонние силы.

Работа и мощность электрического тока

Вернемся к понятию работы. Мы говорили, при перемещении заряда по проводнику электрическое поле совершает работу (А):

A = qU

Если мы выразим заряд из формулы силы тока q=It, то получим, формулу для расчета работы электрического поля (А) при протекании постоянного тока (или просто работа тока):

А = UIt , где A — работа электрического тока (Дж), U — напряжение (В), I — сила тока (А), t — время прохождения тока (с).

Единица измерения А — Дж (Джоуль).

В быту ток совершает работу длительное время, поэтому при определении затраченной электрической энергии используют единицу измерения кВт * ч. Киловатт в час — это энергия, которая потребляется устройством мощностью 1 кВт в течении 1 часа. Учитывая, что 1 ч=3600 с, получим:

1 кВт*ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж = 3600 кДж

Если же работу тока рассчитать за единицу времени, то мы получим мощность постоянного электрического тока.

Мощность — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии.

\(P = \frac{A}{t}\) , где  P — мощность (Вт), A — работа электрического тока (Дж),  t — время прохождения тока (с).

Единица измерения P — Вт (Ватт).

Средняя мощность тока равна:

\(P = \frac{A}{t} = \frac{qU}{t} = IU = \frac{U^2}{R} = I^2R\)

Мощность электроприбора всегда указывается в документации, прилагающейся к нему. Кроме того, нередко ее пишут на самом приборе. Давайте посмотрим на утюг, или стиральную машину дома. Мы увидим, что утюг имеет мощность 1000 Вт, а обычная энергосберегающая лампочка, всего 40 Вт (на то она и сберегающая). Чем больше мощность прибора, тем больше энергии он будет потреблять. Примеры мощностей различных приборов представлены на рисунке:

Закон Джоуля — Ленца

Почему нежелательно использовать телефон, подключенный к зарядке? Когда приборы подключены в сеть, мы можем заметить, что они нагреваются. Очень часто это наблюдается, когда телефон подключен на зарядку, а мы продолжаем по нему звонить, использовать интернет и прочее. Это плохо влияет на телефон: перегрев батареи и корпуса могут быстрее привести девайс в негодность.

Почему так происходит?

Электрический ток оказывает тепловое действие на проводник. Количество теплоты, которое при этом выделяется, будет рассчитываться по закону Джоуля — Ленца:

Количество теплоты, выделяемое за время в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления проводника:

Q = I2Rt , где  Q — количество теплоты (Дж), I — работа электрического тока (Дж),  R — сопротивление (Ом),t — время прохождения тока (с).

Единица измерения Q — Дж (Джоуль).

В электронагревательных приборах используются проводники с высоким сопротивлением, что обеспечивает выделение тепла на определенном участке. Проволоку из нихрома применяют в электронагревательных элементах, работающих при температуре до 1000 ℃ .

Фамилия какого ученого стоит миллион? Первый ввел понятие “электрический ток” в науку Андре — Мари Ампер. Такой вопрос был последним в игре «Кто хочет стать миллионером?» от 20 января 2018 г. Но участники не смогли ответить на этот вопрос, и мечта получить свой миллион, не исполнилась.

Еще немного про электричество…

• Постоянный электрический ток используется в работе двигателей электротранспорта, схемах автомобилей, электронике и др.
• Электричество есть и в нашем организме. Мышечные клетки сердца при сокращении производят электроэнергию, эти импульсы можно измерить с помощью электрокардиограммы (ЭКГ).
• Бенджамин Франклин (да—да, президент Америки) провел множество опытов в 18 веке и создал громоотвод.
• В древности люди считали, что если молния ударила в курган — значит там зарыто сокровище.
• Птичку, сидящую на проводах, ток не бьет. Но если эта птичка коснется земли, то ей мало не покажется. Именно поэтому необходимо заземление приборов.

Термины

Источник тока — устройство, разделяющее положительные и отрицательные заряды.

Сторонние силы — силы неэлектрического происхождения, вызывающие разделение зарядов в источнике тока.

Фактчек

• Сила тока — это физическая величина, показывающая, какой заряд переносится через рассматриваемую площадь поперечного сечения за единицу времени: \(I = \frac{q}{t}\)
• Напряжение — скалярная физическая величина, равная отношению полной работы кулоновских и сторонних сил А при перемещении положительного заряда на участке цепи к значению этого заряда: \(U = \frac{A}{q}\)
• Сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи: \(R = \frac{pl}{S}\)
• Мощность  — величина, обозначающая интенсивность передачи электрической энергии: \(P = \frac{A}{t}\)
• Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении: \(I = \frac{U}{R}\).
• Закон Джоуля— Ленца: количество теплоты Q, выделяемое за время t  в проводнике с током, пропорционально произведению квадрата силы тока I на этом участке и сопротивления R проводника: Q = I²Rt.
• Работа электрического поля при протекании постоянного тока (или просто работа тока): А = UIt.

Проверь себя

Задание 1.
Упорядоченное движение заряженных частиц — это:

1. Электрическое поле
2. Электрический ток
3. Электрическая мощность
4. Работа тока

Задание 2.
Удельное сопротивление проводника:

1. Зависит от температуры
2. Не зависит от температуры 

Задание 3.
Формула для расчета силы тока:

1. I = Ut
2. I = UIt
3. I = I²Rt
4. \(I = \frac{q}{t}\)

Задание 4. 
Что такое мощность электрического тока:

1. Работа за единицу времени
2. Отношение заряда к единице времени
3. Произведение силы тока на сопротивление
4. Тепло, выделяемое на резисторе

Задание 5.  
Причина электрического сопротивления:

1. Во взаимодействии зарядов одинакового знака
2. В отсутствии взаимодействия между зарядами
3. Во взаимодействии зарядов разного знака
4. В передаче тепла

Ответы: 1.— 2; 2. — 1; 3.— 4; 4.— 1; 5. — 3

как HVDC спасли переменный ток / Хабр

В мире, казалось бы, победившего переменного тока назревает — нет, не революция, но органичная эволюция: постоянный ток не просто возвращается, а претендует на лавры победителя. Инвестиции в возобновляемые источники энергии и трансграничная передача электричества сделали высоковольтные сети постоянного тока как никогда актуальными. В этом посте мы рассказываем, почему постоянный ток уступил току переменному и как спустя век после «Войны токов» постоянный ток взял реванш.

Источник: Shutterstock

Постоянный ток — это основа современного технологического общества: вся полупроводниковая электроника, работающая от сети или аккумуляторов, использует постоянный ток, с его помощью добывают чистый алюминий, магний, медь и другие вещества. В бортовой сети автомобиля тоже постоянный ток, как и в электрической передаче дизельных судов. Ну и конечно электропоезда: трамваи, метро и некоторые электровозы питаются постоянным током. И космос: все рукотворные космические объекты функционируют исключительно благодаря постоянному току от батарей или РИТЭГов.

Помимо всего этого, есть еще одна область, где постоянный ток если не незаменим, то по крайней мере значительно эффективнее переменнее тока, — высоковольтные линии для передачи высокой мощности. Линии постоянного тока (HVDC, High-voltage direct current) еще век назад стали спасением высоковольтных линий переменного тока (HVAC, High-voltage alternating current). Если бы не постоянный ток, электричество в наших розетках было бы куда дороже и исчезало чаще, чем это происходит сейчас. Давайте разберемся в этой интересной истории «взаимовыручки».

Ирония судьбы постоянного тока

Чтобы оценить всю иронию ситуации с возвращением постоянного тока в высоковольтные линии электропередач, нужно вспомнить о событиях «Войны токов» — сражения апологетов постоянного тока в лице изобретателя и бизнесмена Томаса Эдисона и тока переменного, преимущества которого осознавал предприниматель Джордж Вестингауз. Вкратце напомним о том, как постоянный ток проиграл битву за то, чтобы стать основой мирового энергоснабжения.

После того, как человечество подчинило себе электричество и научилось извлекать из него пользу в промышленности, дальновидные бизнесмены смекнули, что на электрификации городов в перспективе можно сколотить не просто капитал, а фантастическое состояние. Изобретатель Томас Эдисон отлично умел монетизировать свой талант инноватора и зарабатывал не столько на собственных изобретениях, сколько на усовершенствовании чужих идей. Одним из примеров такой успешной «доводки» стало создание лампы накаливания, которая появилась благодаря попавшем в руки Эдисона дуговым лампам с угольными электродами. Такие лампы хоть и давали свет, но в качестве постоянных источников освещения не годились — в те времена угольные дуговые лампы работали от силы несколько часов, а включить их можно было только один раз.

Первая серийная лампа Эдисона — еще с угольной нитью и временем работы в несколько десятков часов. Источник: Terren / Wikimedia Commons

Усовершенствовав конструкцию и создав свою знаменитую лампу накаливания, которая могла работать 40 часов, а после доработки 1200 часов, Эдисон осознал, что его лампочка может стать основой систем освещения городов и помещений — давая более яркий свет по сравнению со свечами и газовыми фонарями, лампы накаливания имели меньшую стоимость, не чадили, не жгли кислород в помещениях, а замены требовали реже, чем те же свечи. Производством ламп занялось предприятие Edison Electric Light, а генераторов постоянного тока — Edison General Electric. Продавая лампы ниже себестоимости, Эдисон завоевал рынок освещения, а для первых потребителей начал строить энергосети в Лондоне и Нью-Йорке.

Лампа накаливания может работать и с переменным, и с постоянным током, но Эдисон сделал выбор в пользу постоянного тока. Причина этого решения очень тривиальна и далека от физики. Как мы говорили, Эдисон был не только изобретателем, но и очень предприимчивым бизнесменом. В электричестве он видел не только способ дешевого освещения городов, но и возможность для модернизации промышленности за счет внедрения электрической тяги. Существовавшие в то время электромоторы работали только на постоянном токе.

К тому же для заработка на поставках электричества надо было как-то измерять потребление каждого абонента. Эдисон создал индивидуальный счетчик, представлявший собой резервуар с электролитом и пластиной, на которой под действием проходящего тока оседала медь — каждый месяц пластину взвешивали и по разнице массы вычисляли потребление электроэнергии. Такой счетчик работал только с постоянным током.

Счетчик постоянного тока конструкции Томаса Эдисона. «Передача показаний» заключалась в передаче банки с пластинами представителям энергетической компании. Источник: Thomas A. Edison Papers / edison.rutgers.edu

Но были у постоянного тока и нерешенные проблемы, главная из которых — невозможность передачи высокой мощности на большие (более 2 км) расстояния. Чтобы передать высокую мощность, которая необходима для электроснабжения предприятия или системы освещения города, в электросети нужно повысить либо ток, либо напряжение (мощность, напомним, равна произведению напряжения и силы тока). Но в конце XIX века не было способов менять напряжение постоянного тока. Выпускаемые в США электроприборы работали от напряжения 110 В, поэтому электростанции Эдисона, работавшие на паровых генераторах, должны были посылать в сеть именно 110 В.

Оставалось управлять силой тока. При повышении тока часть энергии уходит на нагрев проводов (с высоким напряжением такой проблемы нет). Для снижения потерь и нагрева нужно уменьшать сопротивление, увеличивая диаметр проводника или применяя материалы с хорошей электропроводностью, например, медь. И всё равно потери будут расти в зависимости от длины кабеля.

Чтобы сократить длину проводника до допустимой, потребители должны были располагаться не далее, чем в 1,5-2 км от электростанции, иначе мощность в сети падала до неприемлемых значений. Например, на 56-километровой линии между французскими городами Крей и Париж потери достигали 45%. Как Эдисон ни бился с проблемой потерь в сетях постоянного тока, решить ему ее так и не удалось. Единственным выходом было только строительство маломощных электростанций рядом с потребителями. Тогда это не казалось надругательством над экологией и жителями — именно такие станции и строила компания Эдисона. Первая из них была построена на Пёрл-стрит на Манхэттене в Нью-Йорке в 1882 году, в том же году началась прокладка подземных кабелей сети постоянного тока с напряжением 110 В.

Эдисон прокладывал под землей линии электропередач уличного освещения еще до того, как это стало модным в Москве. На иллюстрации укладка линии постоянного тока в Нью-Йорке в 1882 году. Источник: W. P. Snyder / Wikimedia Commons

Ошибочность своего выбора Томас Эдисон осознал, хотя и не признал публично, когда его конкурент по электрическому бизнесу — Джордж Вестингауз, — начал вкладываться в строительство электростанций и сетей переменного тока, имевших серьезные преимущества перед сетями тока постоянного. Благодаря уже изобретенным к тому моменту трансформаторам напряжение переменного тока можно было без труда повышать и понижать. Трансформаторы решали проблему передачи высокой мощности, ведь вместо силы тока можно было просто увеличить напряжение, для передачи которого не требовались толстые провода из дорогой меди.

Таким образом сети Вестингауза могли передавать очень высокую мощность по дешевым кабелям меньшего диаметра и при этом практически без потерь. Это доказывает пример 175-километровой сети переменного тока между немецким городом Лауффен-ам-Неккар и Франкфуртом — ее КПД составил 80,9% после запуска в 1891 году и 96% после модернизации — несравнимо выше 45% на втрое меньшей дистанции у сети постоянного тока.

Трехфазный генератор переменного тока в Лауффен-ам-Неккар, Германия. Источник: Historisches Museum, Frankfurt

У сетей переменного тока не было жесткого ограничения на длину. Благодаря этому стало возможным строительство гидроэлектростанций, электричество с которых могло передаваться в крупные города, расположенные за десятки и даже сотни километров от места выработки. А гидроэлектростанция — это куда более значимый и прибыльный проект, чем маломощная угольная станция внутри города.

«Война токов» продолжилась некрасивой пиар-кампанией Эдисона против переменного тока (показана, в частности в художественном фильме 2017 года «Война токов», или The Current War, режиссёра А. Гомес-Рехона), судебной и законотворческой волокитой против Вестингауза и постепенной потерей позиций бизнеса Эдисона под давлением всё более популярных сетей переменного тока. Последняя эдисоновская электростанция постоянного тока прекратила свою работу в 1981 году, что же до потребителей, в Сан-Франциско до сих пор сотни объектов (в основном старинные лифты) используют постоянный ток через выпрямители переменного тока. Но для нас это уже не так важно.

Постоянный ток спасает переменный

Всего через несколько лет после начала масштабного строительства электростанций и сетей переменного тока выяснилось, что переменный ток имеет проблемы при передаче энергии… на большие расстояния! Коронный разряд в высоковольтных воздушных линиях, на который может приходиться до половины потерь, поверхностный эффект, при котором переменный ток протекает по проводнику неравномерно и из-за этого требует проводники бо́льшего диаметра, реактивная мощность из-за высокого емкостного сопротивление подводных кабелей, «съедавшая» почти 100% переменного тока уже через 50 км — всё это вызывало потери процентов и десятков процентов мощности в первых магистральных сетях переменного тока.

Утечки на больших расстояниях — это во-первых. А во-вторых, объединение энергосетей переменного тока требовало идеальной синхронизации генераторов, расположенных в разных частях страны. При отсутствии синхронизации генератор в лучшем случае не будет подавать ток в сеть, в худшем — произойдет короткое замыкание.

Спасением высоковольтных сетей переменного тока стали высоковольтные сети постоянного тока, избавленные от некоторых недостатков конкурента. Постоянный ток не создает поверхностный эффект в проводнике и потому использует всю площадь сечения проводника с максимальной эффективностью (это уменьшает диаметр и стоимость проводов). В цепях постоянного тока нет реактивной мощности, поэтому в подводных кабелях с высокой емкостью потерь не происходит.

В высоковольтных сетях переменного тока толщина скин-слоя (отмечен буквой δ) определяется точкой падения плотности тока на 63%.В сетях с частотой 50 Гц скин-слой достигает 9,34 мм — часть объема дорогостоящего проводника просто не работает. Источник: biezl / Wikimedia Commons

Вырисовывалась замечательная синергия: электростанции и потребители используют переменный ток, но для его транспортировки на сотни километров применяются сети постоянного тока. Оставалась лишь одна «пустяковая» проблема — как превратить переменный ток в постоянный и обратно?

В конце XIX века швейцарский инженер Рене Тюри предложил использовать для соединения сетей с разным типом тока систему «мотор-генератор», в которой на одном конце сети переменный ток вращал мотор, приводящий в действие генератор постоянного тока, а на другом конце постоянный ток в свою очередь вращал мотор с генератором переменного тока. Идея, гениальная в своей простоте, но с невысоким КПД — двойное преобразование за счет моторов и генераторов «съедало» часть мощности. Тем не менее, других решений, кроме системы Тюри, не было, поэтому с 1883 года началось строительство магистральных сетей постоянного тока с машинами Тюри, связывающих крупные электростанции и города в Европе.

Одна из машин Тюри. Самая крупная из них, весом 4500 кг, генерировала 66 кВт. Источник: Wikimedia Commons

В 1902 году американец Питер Купер-Хьюитт изобрел ртутно-дуговой выпрямитель — несложное устройство для превращения переменного тока в постоянный. Оригинальный выпрямитель Купера-Хьюитта представлял собой замысловатую стеклянную колбу с выходящими из нее электродами, дно которой было заполнено ртутью. В работе выпрямитель выглядит очень эффектно. Впрочем, из-за хрупкости колбы стекло в выпрямителе вскоре заменили на металл.

Работа ртутно-дуговых выпрямителей завораживает. Увы, но сейчас полюбоваться такой красотой можно разве что в музеях — ртутные выпрямители давно не используются, да и те, что остались, сделаны из металла.

Ртутные выпрямители дали толчок к развитию высоковольтных сетей постоянного тока — вместо громоздких и ненадежных машин системы Тюри достаточно было установить выпрямители, в числе недостатков которых была только потенциальная токсичность при разгерметизации и необходимость в хорошем охлаждении из-за тепловых потерь. КПД устройства достигал 98-99%.

На смену ртутным выпрямителям были созданы газотроны и тиратроны (1940-е), полевые транзисторы с изолированным затвором MOSFET и полярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (1959 год), запираемые тиристоры GTO (1962 год) — более совершенные, компактные и надежные преобразователи.

Современный тиристорный конвертер AC/DC. Источник Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Когда каждый процент на счету

Несмотря на заметный прогресс в области выпрямления тока, оборудование для преобразования переменного тока в постоянный и обратно до сих пор стоит очень больших денег. Настолько больших, что строительство сетей переменного тока, даже с учетом повышенного расхода материала для проводов, выходит сильно дешевле. Вне зависимости от длины линии, стартовая цена высоковольтной магистрали постоянного тока обязательно включает стоимость двух преобразователей в начале и конце линии — габаритных и очень дорогих устройств, производимых всего несколькими компаниями в мире, в числе которых и Toshiba. На это оборудование приходится до половины стоимости сети.

Но по мере увеличения длины магистрали стоимость линии на переменном токе растет быстрее, чем на токе постоянном. Виной тому сложность магистрали HVAC — для передачи аналогичной мощности HVDC нужно вдвое меньше проводников меньшего диаметра, а значит, вдвое меньше опор, которые и сами стоят немало, и требуют крайне дорогостоящего монтажа. При длине линии около 600 км стоимость HVDC и HVAC равна, но на больших расстояниях, порядка 2000 км, HVDC выходит сильно дешевле, чем HVAC, примерно на 30-40%, а это сотни миллионов долларов экономии.

Стоимости HVDC и HVAC пересекаются на линии, длинной около 600 км. Далее HVDC становится заметно выгодней. Источник: wdwd / Wikimedia Commons

На каждые 1000 км линии потери в HVDC составляют 2-3%, а самое современное оборудование позволяет снизить этот параметр до 1%. Потери в HVAC могут достигать 6%. Даже в самых эффективных сетях переменного тока с самым лучшим оборудованием потери будут на 30-40% больше, чем в HVDC Несколько процентов от полной мощности — вроде бы терпимая ерунда? Когда речь идет о сетях, передающих несколько гигаватт, каждый процент превращается в десятки потраченных впустую мегаватт, которые можно было бы использовать для электроснабжения маленького города. Не говоря уже о потерянной прибыли.

Прошлое, настоящее и будущее HVDC

HVDC-ветка в между Данией и Швецией передает 350 МВт всего по двум проводникам. Всего два провода — это отличительная особенность воздушных линий постоянного тока, в линиях переменного тока проводников больше в два-три раза. Встречаются и монополярные HVDC с всего одним проводником (второй вывод из выпрямителя соединяют с землей), но их использование несет проблемы для подземных металлоконструкций, поэтому чаще применяется биполярная схема с двумя проводниками. Источник: Shuttertock

HVDC является оптимальным решением для связи сетей стран, разделенных морем. Так ветка между итальянским городом Чепагатти и муниципалитетом Котор в Черногории, которая экспортирует электроэнергию в Италию, пролегает по дну Адриатического моря — используй эта 400-километровая ветка переменный ток, емкостные потери в кабеле были бы слишком большими, и это бы удорожало стоимость электроэнергии для Италии. Кстати, в строительстве этой линии участвовала Toshiba: мы поставили преобразователи напряжения.

Но всё же больше всего Toshiba поучаствовала в строительстве HVDC-сетей в Японии, где исторически сложилась очень необычная ситуация: западная часть страны эксплуатирует ток с частотой 60 Гц, а восточная — 50 Гц. Эта коллизия, которую уже невозможно устранить, возникла еще в конце XIX века, когда Япония одновременно закупила генераторы в Европе и США с выходной частотой тока 50 Гц и 60 Гц соответственно. Результатом поспешного решения далекого прошлого стала вынужденная необходимость строить HVDC-ветки для соединения энергосистем разных частей страны.

HVDC-сети и вставки постоянного тока в Японии помогала строить Toshiba. Первой стала вставка для соединения внутри страны сетей на 50 Гц и 60 Гц, построенная в 1977 году при участии Toshiba. Ее мощность на момент постройки составила 600 МВт. К 2021 году Toshiba провела глубокую модернизацию вставки, увеличив ее мощность на 900 МВт и уменьшив число используемых тиристоров, что позволило немного сэкономить на оборудовании.

Элегазовые выключатели и трансформатор на линии 550 кВ, соединяющей восточную и западную энергосети Японии. Источник: Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Первая высоковольтная линия постоянного тока, длиною 193 км, связала острова Хоккайдо и Хонсю в 1979 году. Сеть передает 300 МВт с напряжением 250 кВ. В 2000 году мы поставили тиристорные конверторы для мощнейшей подводной HVDC-линии между островами Сикоку и Хонсю — ветка передает 1400 МВт. На момент строительства линии в ней использовались самые крупные в мире тиристоры, которые в следующий раз применялись только 10 лет спустя при постройке китайской HVDC Lingbao 2.

Третья японская HVDC, построенная между островами Хоккайдо и Хонсю, была запущена совсем недавно — в 2019 году. Toshiba выступила главным поставщиком преобразователей на полярных транзисторах с изолированными затворами (IGBT).

На сегодняшний день в мире построено более 150 сетей HVDC и 50 вставок постоянного тока. Среди них есть как объекты, построенные в 1970-х годах прошлого века, так и совсем новые. Около 10 HVDC в Европе находятся в стадии строительства прямо сейчас с планируемым сроком запуска 2021-2025 годы. Строящиеся линии соединяют некоторые европейские страны с Великобританией (для выравнивания нагрузки на европейскую энергосеть), тянуть до которой подводный HVAC бессмысленно.

Однако интерес к HVDC-сетям в последние годы растет, и причина тому — «зеленая» энергетика. В отличие от угольных, газовых и атомных электростанций, возобновляемые источники энергии имеют очень четкую географию: в одних областях больше солнечных дней, в других чаще и стабильней дует ветер.

В Германии около 63 ГВт установленной мощности приходится на ветряные электростанции, 7,8 ГВт из которых — оффшорные станции, расположенные в Северном море в десятках километров от берега. Если нужно передать гигаватты мощности от «ветряков» по кабелям, лежащим под водой, лучшим выбором будет, как вы помните, сеть постоянного тока.

Вот так аккуратно выглядит конвертор для HVDC будущей оффшорной ветряной электростанции Dogger Bank на севере Великобритании. Агрегат будет полностью автономным, не требующим присутствия технического персонала. Источник: Aibel

В Австралии компания Sun Cable готовится приступить к постройке гигантской фотовольтаической (солнечной) электростанции, мощностью 14 ГВт. Причем электроэнергию с нее будут потреблять не в Австралии, а в Сингапуре, куда она будет поступать по подводной HVDC-сети.

Чем больше в мире будет появляться масштабных проектов, связанных с возобновляемыми источниками энергии, тем сильнее будут востребованы высоковольтные линии постоянного тока. Не стоит фантазировать о том, что однажды мечты Эдисона осуществятся и в наших розетках переменное напряжение сменится постоянным, — этого не будет, пожалуй, никогда. Тем лучше, что переменный и постоянный токи пришли к органичному сосуществованию и взаимовыручке в деле электроснабжения планеты.

Щит постоянного тока (ЩПТ) — Что такое Щит постоянного тока (ЩПТ)?

Щит постоянного тока (ЩПТ) распределительной подстанции предназначен для распределения постоянного оперативного тока для питания устрой

Щит постоянного тока (ЩПТ) распределительной подстанции предназначен для распределения постоянного оперативного тока для питания устройств релейной защиты и автоматики оборудования, в том числе электромагнитной блокировки коммутационных аппаратов; для питания цепей соленоидов высоковольтных выключателей, а также для питания различных устройств связи, телемеханики, устройств автоматизированного учета электрической энергии.

Щит постоянного тока, как правило, имеет один источник питания — аккумуляторную батарею.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи составляет 220 В.

Аккумуляторная батарея находится в режиме постоянной подзарядки, ее подзарядка осуществляется при помощи специальных зарядных агрегатов.

Зарядные агрегаты являются одними из потребителей собственных нужд подстанции и питаются от щита собственных нужд 220/380 В переменного тока.

В случае возникновения аварийной ситуации на подстанции, которая сопровождается полной потерей напряжения, аккумуляторная батарея будет продолжительное время (в зависимости от емкости батареи и количества потребителей оперативного тока) осуществлять питание защитных и автоматических устройств, цепей управления выключателями и других потребителей оперативного тока (аварийное освещение, инвертор, устройства связи).

Для обеспечения бесперебойной подачи оперативного тока на защитные устройства и цепи управления коммутационными аппаратами, в щите постоянного тока предусматривается две секции сборных шин.

Большая часть устройств, элементов оборудования, подключается к каждой из секций щита постоянного тока.

Таким образом, обеспечивается надежность и бесперебойность подачи оперативного тока на данные устройства.

В обычном режиме устройства питаются от линии, которая идет от одной секции, при обесточении данной секции устройство автоматически переключает питание от другой линии, подключенной ко второй секции ЩПТ.

Например, зарядный агрегат подключен двумя кабельными линиями к каждой из секций щита постоянного тока.

В обычном режиме он питается от первой секции, в случае потери напряжения он автоматически переключится на питание от второй секции ЩПТ.

В щите постоянного тока размещается множество различных электрических аппаратов, измерительных приборов, переключающих устройств, кнопок и сигнальных устройств.

Рассмотрим вкратце каждый из приведенных элементов.

Щит постоянного тока для удобства обслуживания изготавливается из нескольких панелей.

Каждая из панелей имеет свои электрические аппараты и выполняет определенные функции.

Например, щит постоянного тока состоит из трех панелей.

На средней панели расположены автоматические выключатели, рубильники ввода аккумуляторной батареи и секционный выключатель.

На левой панели расположены автоматические выключатели, к которым подключены потребители постоянного оперативного тока первой секции, к правой панели — кабельные линии потребителей второй секции.

Автоматические выключатели служат для защиты цепей оперативного тока от повреждения в результате перегрузки или короткого замыкания.

Автоматические выключатели, монтируемые в щите постоянного тока — двухполюсные, рассчитанные на работу в сетях постоянного тока.

Рубильники устанавливаются на группы из нескольких автоматических выключателей и служат для создания видимого разрыва при необходимости проведения работ в цепях оперативного тока или замены автоматических выключателей отходящих линий.

Для обеспечения контроля включенного положения автоматических выключателей, устанавливаются блок-контакты, которые работают в паре с автоматическими выключателями.

Блок-контакты подключаются к устройствам сигнализации и в случае отключения какого-либо автоматического выключателя на панели сигнализации обслуживающий персонал своевременно обнаружит его отключение.

Также блок-контакты могут подключаться к различным автоматическим устройствам.

Например, к устройству автоматического включения резерва.

При отключении вводного выключателя одной из секций щитка постоянного тока будет автоматически включен секционный автоматический выключатель (при наличии мотор-привода).

На лицевой части панелей щита постоянного тока устанавливаются различные переключающие устройства, измерительные приборы и сигнальные лампы (светодиоды).

Переключающие устройства, кнопки предназначены для переключения режимов работы автоматических устройств ЩПТ, контроля изоляции, тока подзарядки аккумуляторной батареи.

Для контроля основных электрических параметров устанавливаются такие измерительные приборы, как амперметр и вольтметр.

Амперметр служит для фиксации тока зарядки аккумуляторной батареи, тока на вводе щита постоянного тока, на каждой из секций, а также на секционном выключателе ЩПТ.

Вольтметры предназначены для контроля уровня напряжения на том или ином участке щита постоянного тока.

На щите постоянного тока также устанавливаются вольтметры контроля изоляции.

Сигнальные лампы служат для индикации положения коммутационных аппаратов, они подключаются к блок-контактам автоматических выключателей.

Для каждого автоматического выключателя устанавливается по две сигнальные лампы, как правило, красного и зеленого цвета, которые сигнализируют о включенном и отключенном положении каждого коммутационного аппарата.

Следует отметить, что одним из наиболее распространенных аварийных режимов является «земля» в сети постоянного тока.

Наличие «земли» свидетельствует о том, что один из полюсов замкнут на «землю».

Данный режим работы цепей оперативного тока недопустим, поэтому при его возникновении необходимо без промедления приступить к отысканию возникшего повреждения.

Контроль изоляции, то есть напряжение каждого полюса относительно земли, контролируется на вышеупомянутых вольтметрах посредством выбора определенного положения соответствующих переключающих устройств.

Датчики постоянного тока-Сопрягаемые с DIRIS Digiware DC

tore_072.psd

Датчики с твердотельным сердечником
50 … 600 A

tore_071.psd

Датчики с твердотельным сердечником
850 … 5000 A

tore_068.psd

Датчики с разъемным сердечником
50 … 500 A

tore_066.psd

Датчики с разъемным сердечником
800 … 2000 A

Функция

Датчики постоянного тока измеряют нагрузочные токи постоянного напряжения электрической установки и передают информацию в измерительные модули DIRIS Digiware Idc по кабелю RJ12-Molex со стороны датчика.

Доступны датчики с твердотельными и разъемными сердечниками от 50 до 5000 А различных размеров, подходящих для новых или существующих электрических установок.

Предусмотрена возможность подключения до 3 различных датчиков постоянного тока к одному и тому же модулю DIRIS Digiware Idc.

Преимущества

Включи и работай

• Быстроразъемный коннектор RJ12 обеспечивает простоту и надежность подключения проводки.
• Быстрая настройка номинальных параметров датчика.

Гибкие

• Большой ассортимент датчиков с твердотельными и разъемными сердечниками от 50 до 5000 А, предназначенных для новых или существующих электрических установок.

Установка

• Легкая установка.
• Идеально подходят для установки в ограниченном пространстве.
• Всего лишь 4 размера корпуса для широкого диапазона измерений.
• Кабели с цветной индикацией жил для упрощения определения назначения и предотвращения ошибок монтажа проводки.

Габаритные размеры (мм)

Датчики с твердотельным сердечником 50 … 600 A (размер корпуса 1)

tore_093_a_1_x.ai

Датчики с твердотельным сердечником 850 … 5000 A (размер корпуса 2)

tore_092_a_1_x.ai

Датчики с твердотельным сердечником 50 … 600 A (размер корпуса 1)

tore_090_a_1_x.ai

Датчики с твердотельным сердечником 850 … 5000 A (размер корпуса 2)

tore_091_a_1_x.ai

Соединения

Постоянный ток измеряется внешними датчиками, подключенными к модулям DIRIS Digiware I-3xdc посредством кабелей RJ12-Molex. Датчики тока подключаются быстро и безошибочно. Socomec поставляет широкий ассортимент датчиков тока для любых установок и сфер применения, в том числе датчики с разъемным сердечником для модернизированных установок. Датчики постоянного тока имеют следующие технические характеристики:

• Датчики Холла с разомкнутым контуром
• С твердотельным сердечником или с разъемным сердечником.
• Напряжение источника питания: ± 15 В.
• Потребляемый ток от источника питания: ± 25 мА в зависимости от датчика.
• Выходное напряжение: ± 4 В.
• Клеммная колодка Molex с 4-контактным штекерным разъемом.
• Диапазон измерения: от 16 до 6000 A.
• Электрическое перенапряжение категории III.

• КОНТАКТ 1: + 15 В (+ Vc)
• КОНТАКТ 2: — 15 В (- Vc)
• КОНТАКТ 3: вход датчика (M)
• КОНТАКТ 4: Датчик 0 В (0)

Технические характеристики

Тип датчика тока	На эффекте Холла с разомкнутым контуром
Соединение	Специальный кабель Socomec с разъемами RJ12-Molex
Точность измерения токов	Датчики с твердотельным сердечником:50…600A:<1% Датчики с твердотельным сердечником: 850…5000A:<1% Датчики с разъемным сердечником: 50. ..500A:< 2% Датчики с разъемным сердечником: 800…2000A:< 2%

Вес	Датчики с твердотельным сердечником 50 … 600 A	60 г
	Датчики с твердотельным сердечником 850 … 5000 A	450 г
	Датчики с твердотельным сердечником 50 … 500 A	80 г
	Датчики с твердотельным сердечником 800 … 2000 A	590 г
Рабочая температура	Датчики с твердотельным сердечником 50 … 600 A	-10 … + 80°C
	Датчики с твердотельным сердечником 850 … 5000 A	-25 … + +85°C
	Датчики с твердотельным сердечником 50 … 500 A	-10 … + +70°C
	Датчики с твердотельным сердечником 800 … 2000 A	-10 .. . + +70°C
Температура хранения	Датчики с твердотельным сердечником 50 … 600 A	-25 … + 80°C
	Датчики с твердотельным сердечником 850 … 5000 A	-25 … + +85°C
	Датчики с твердотельным сердечником 50 … 500 A	-20 … + +85°C
	Датчики с твердотельным сердечником 800 … 2000 A	-25 … + +85°C

Коды изделий

Датчики постоянного тока	Код изделия
Датчики с твердотельным сердечником (размер корпуса 1)
50 A	4829 0700
100 A	4829 0701
200 A	4829 0702
300 A	4829 0703
400 A	4829 0704
500 A	4829 0705
600 A	4829 0706
Датчики с твердотельным сердечником (размер корпуса 2)
850 A	4829 0707
1000 A	4829 0708
1500 A	4829 0709
2000 A	4829 0710
2500 A	4829 0711
5000 A	4829 0712
Датчики с разъемным сердечником (размер корпуса 1)
50 A	4829 0750
100 A	4829 0751
200 A	4829 0752
300 A	4829 0753
400 A	4829 0754
500 A	4829 0755
Датчики с разъемным сердечником (размер корпуса 2)
800 A	4829 0756
1000 A	4829 0757
1500 A	4829 0758
2000 A	4829 0759

Кабели RJ12-MOLEX
Количество кабелей	Длина кабелей	Код изделия
3	0,3 м	4829 0782
3	0,5 м	4829 0783
3	1 м	4829 0784
3	2 м	4829 0785
1	5 м	4829 0786

| системы питания постоянного тока MX240 Juniper Networks

Описание питания постоянного тока MX240

Каждый источник питания постоянного тока весит около 3,8 фунта (1,7 кг) и состоит из одного входного устройства постоянного тока (-48 В пост. тока и возврата), одного разъема каналов 40 А (–48 В пост. тока), вентилятора и светодиодов для мониторинга состояния питания. Каждому источнику питания постоянного тока требуется специальный проводник на объекте клиента. Что касается нормальных источников питания, то мы рекомендуем использовать выделенный отключитель для каналов с минимальным рейтингом 40 А (–48 В пост. тока) или в соответствии с местным кодом.

Для питания с высокой пропускной способностью мы рекомендуем вам инициализовать 60 А или 70 А на канал в зависимости от выбранной настройки коммутатора DIP.

На рис. 1 показан нормальный источник питания постоянного тока.

На рис. 2 показан источник питания постоянного тока с высокой пропускной способностью.

Рис. 1. Источник питания постоянного тока

Рис. 2. Источник питания постоянного тока с высокой пропускной способностью

Конфигурации питания постоянного тока

В конфигурации питания постоянного тока маршрутизатор содержит один или два блоков питания постоянного тока, расположенных в задней части шасси в слотах PEM0 и PEM2 (слева направо). Вы можете обновить систему питания постоянного тока с одного до двух источников питания. Один источник питания постоянного тока обеспечивает питание для всех компонентов. Второй источник питания постоянного тока обеспечивает резервирование. Если источник питания постоянного тока в резервной конфигурации выходит из строя, резервный источник питания берет на себя без прерывания работы.

Блоки питания постоянного тока с высокой пропускной способностью имеют коммутатор DIP, который выбирает выходную мощность.

Примечание:

Переведите входной коммутатор на 0 для ввода 60 А и позицию 1 для ввода 70 А.

Примечание:

Не устанавливайте коммутатор в режиме ввода, если источник питания установлен на шасси. Если источник питания уже установлен, вы должны удалить его перед установкой коммутатора в режиме ввода.

В таблице 1 показаны компоненты, которые питаются от каждого слота питания постоянного тока. Технические характеристики применяются к нормальной пропускной способности и высокопроизводительному питанию.

Таблица 1. Резервирование питания и распределение питания

Разъем питания постоянного тока	Источник питания обеспечивает питание для следующих компонентов
PEM0	Вентилятор, слоты DPC 0, 1 и 2, а также слоты SCB 0 и 1
PEM2	Вентилятор, слоты DPC 0, 1 и 2, а также слоты SCB 0 и 1

• Подключение питания к маршрутизатору MX240 на базе постоянного тока с питанием с нормальной пропускной способностью

• Технические характеристики заземления шасси MX240

Светодиоды питания MX240 постоянного тока

Каждая панель подачи питания постоянного тока содержит три светодиода, которые указывают на статус питания (см . таблицу 2). Статус источника питания также отражается в двух светодиодах на интерфейсе корабля (см. светодиоды для компонентов MX240 в интерфейсе Craft). Кроме того, сбой питания вызывает красный светодиодный сигнал тревоги на интерфейсе корабля.

Примечание:

SCB должен присутствовать для PWR OK LED, чтобы идти дальше.

Таблица 2. Светодиоды питания постоянного тока

Метки	Цвет	Государства	Описание
ОК PWR	Зеленый	Отключение	Питание не работает нормально. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с светодиодными светодиодными данными INPUT OK .
		На	Источник питания работает в нормальном режиме.
	Желтый	На	Основное напряжение выходной линии вне диапазона (нижний предел: от 37,5 В до 39,5 В; верхний предел: от 72,5 В до 76 В).
BRKR ON	Зеленый	Отключение	Блок питания постоянного тока отклюкается.
		На	Присутствует источник питания постоянного тока, а также блок питания постоянного тока.
ВХОД ОК	Зеленый	Отключение	Ввода постоянного тока в PEM нет.
		На	Вход постоянного тока присутствует и подключается в корректной полярности.
	Желтый	На	Вход постоянного тока присутствует, но не в действующем диапазоне операций или подключен в обратной полярности.

• Светодиоды для компонентов MX240 в интерфейсе Craft

• Подключение питания к маршрутизатору MX240 на базе постоянного тока с питанием с нормальной пропускной способностью

• Технические характеристики заземления шасси MX240

Электрические характеристики питания постоянного тока для маршрутизатора MX480

В таблице 3 перечислены электрические характеристики питания постоянного тока. В таблице 4 перечислены технические характеристики системы питания постоянного тока.

Таблица 3. Технические характеристики электропитания

Элемента	Спецификация
Источники питания с нормальной пропускной способностью
Максимальная мощность выходного продукта	1600 Вт
Текущая оценка ввода постоянного тока	33,3 А при –48 В номинальном операционном напряжении
Максимальный входной ток	40 А
Входное напряжение постоянного тока	Диапазон операций: от –40,5 В пост. тока до –72 В пост. тока Номинальное: –48 В пост. тока
Эффективность Примечание: Это значение при полной нагрузке и номинальном напряжении.	~98%
Внутренний разрушатель каналов	40 А
Блоки питания с высокой пропускной способностью
Максимальный входной ток	60 А (DIP=0)	70 А (DIP=1)
Максимальная мощность выходного продукта	2240 Вт	2440 Вт
Текущая оценка ввода постоянного тока	50 А при -48 В постоянного тока нормальное рабочее напряжение	54,2 А при -48 В постоянного тока нормальное рабочее напряжение
Входное напряжение постоянного тока	Диапазон операций: от –40,5 В пост. тока до –72 В пост. тока Номинальное: –48 В пост. тока
Эффективность Примечание: Это значение при полной нагрузке и номинальном напряжении.	~98%

Таблица 4. Технические характеристики систем питания

Элемента	Нормальная пропускная способность	Высокая пропускная способность
Избыточности	2+2	2+2
Мощность выхода (максимальная) на источник питания	1600 Вт	60 А (DIP=0)	70 А (DIP=1)
		2240 Вт	2440 Вт
Мощность выхода (максимальная) на систему	3200 Вт	4480 Вт	4880 Вт

• Вычисление требований к мощности маршрутизаторов MX480

Требования к устройству питания для маршрутизатора MX240 для проводных сетей постоянного тока

Каждый источник питания постоянного тока имеет единый вход постоянного тока (–48 В пост. тока и возврат), который требует выделенного отключителя каналов. Мы рекомендуем использовать выделенный переломный устройства на объекте клиента с рейтингом 40 А (–48 В пост. тока) или в соответствии с местным кодом. Это позволяет управлять маршрутизатором в любой конфигурации без модернизации сетевой инфраструктуры.

Для высокопроизводительных источников питания мы рекомендуем использовать выделенный проводник на объекте клиента с пропускной способностью 60 А или 70 А или в соответствии с местным кодом в зависимости от настройки коммутатора ввода.

Если вы планируете управлять маршрутизатором на базе постоянного тока меньше, чем максимальная конфигурация, и не инициализировать отключающее устройства 40 А (–48 В пост. тока), мы рекомендуем вам предоставить выделенный клиентский отладчик на объекте для каждого питания постоянного тока со скоростью не менее 125% непрерывного тока, который использует система при –48 В пост. тока.

• Подключение питания к маршрутизатору MX240 на базе постоянного тока с питанием с нормальной пропускной способностью

• Замена питания нормальной пропускной способности постоянного тока MX240

• Предупреждение о отключении питания постоянного тока для маршрутизаторов серий M, MX и T

• Кабель источника питания постоянного тока для маршрутизатора MX240

• Технические характеристики кабеля питания постоянного тока для маршрутизатора MX240

Технические характеристики заземления шасси MX240

• Технические характеристики точек заземления шасси MX240
• Технические характеристики маршрутизатора MX240 для заземления кабельных сетей
• Технические характеристики маршрутизатора MX240 для заземления кабелей

Технические характеристики точек заземления шасси MX240

Чтобы соответствовать требованиям безопасности и электромагнитным помехам (EMI) и обеспечить надлежащую эксплуатацию, маршрутизатор должен быть надлежащим образом заземлен до подключения питания. Для наземных маршрутизаторов на базе переменного тока и центров обработки данных необходимо соединить грунтовочный кабель с землей, а затем прикрепить его к точкам заземления шасси с помощью двух предоставленных шурупов.

Для соединения маршрутизатора с землей на верхней задней части шасси предусмотрены две нитью вставки (орехи PEM). Точки заземления соответствуют КООН 1/4–20 (американские). Точки заземления сосредоточены на центрах 0,625 дюйма (15,86 мм).

См . рисунок 3 для подключения питания переменного тока к маршрутизатору и рис. 4 для подключения питания постоянного тока к маршрутизатору.

Примечание:

Дополнительная заземление предоставляется маршрутизатору с питанием от переменного тока при подключении его источников питания к заземленным емкостям питания переменного тока.

Вы должны установить маршрутизатор MX240 в месте с ограниченным доступом и убедиться, что шасси всегда будет правильно обосновано. Маршрутизатор MX240 имеет на шасси защитный заземляющий терминал с двумя дырами. См . рисунок 3 и рис. 4. Мы рекомендуем использовать этот защитный терминал для заземления в качестве предпочтительного метода заземления шасси независимо от конфигурации питания. Однако, если доступны дополнительные методы заземления, вы также можете использовать эти методы. Например, вы можете использовать кабель заземления в кабеле питания переменного тока или использовать терминал заземления или тащиться на источнике питания постоянного тока. Эта проверенная система соответствует или превышает все применимые нормативные требования EMC с помощью защитного заземления терминала с двумя дырами.

Рис. 3. Подключение питания переменного тока к маршрутизатору

Рис. 4. Подключение питания постоянного тока к маршрутизатору

Технические характеристики маршрутизатора MX240 для заземления кабельных сетей

Вспомогательное устройство, отправленное с маршрутизатором, включает в себя один кабель, который привязывается к заземлению кабеля (см . рисунок 5) и два шурупа КООН 1/4–20, используемых для защиты кабеля заземления к точкам заземления.

Рис. 5. Заземления кабельного луча

ОСТОРОЖНОСТЬЮ:

Перед установкой маршрутизатора лицензированный электрик должен прикрепить кабель к заземлению и кабелям питания, которые вы предоставляете. Кабель с неправильно прикрепленным лучом может повредить маршрутизатор.

Примечание:

Этот же кабель используется для кабелей питания постоянного тока.

Технические характеристики маршрутизатора MX240 для заземления кабелей

Вы должны предоставить один кабель для заземления, который соответствует следующим спецификациям: 6-AWG (13,3 мм²), минимум 60°C или в соответствии с местным кодом.

• Инструменты и запчасти, необходимые для заземления маршрутизаторов MX240 и подключения к питанию

• Заземления маршрутизатора MX240

• Предотвращение повреждений электростатического разряда маршрутизатора MX240

Кабель источника питания постоянного тока для маршрутизатора MX240

Рис. 6 показана типичная схема кабеля источника постоянного тока.

Рис. 6. Типичная кабель источника постоянного тока к маршрутизатору

Источник питания постоянного тока в PEM0 должен питаться от выделенного канала питания, полученного из канала А, а источник питания постоянного тока в PEM2 должен питаться от выделенного канала питания, полученного из канала B. Эта конфигурация обеспечивает широко развертываемые резервирование каналов A/B для системы.

ОСТОРОЖНОСТЬЮ:

Вы должны обеспечить надлежащую полярность подключений. Кабели источника питания могут быть помечены (+) и (-) для обозначения их полярности. Нет стандартной цветовой кодации для кабелей питания постоянного тока. Кодирование цвета, используемое внешним источником питания постоянного тока на вашем сайте, определяет кодирование цвета для проводов на кабелях питания, которые прикрепляются к терминальным шпилькам на каждом источнике питания.

Предупреждение:

Для проводки на местах используйте только медные кондукторы.

ОСТОРОЖНОСТЬЮ:

Кабели питания и кабели не должны блокировать доступ к компонентам устройств или драпировке, где люди могут спотковаться о них.

Технические характеристики кабеля питания постоянного тока для маршрутизатора MX240

Технические характеристики кабеля dc Power Lug— вспомогательное устройство, отправленное с маршрутизатором, включает в себя кабель, который прикрепляется к терминальным шпилькам каждого энергоснабжения ( см. рисунок 7).

Рис. 7. Кабель питания постоянного тока

ОСТОРОЖНОСТЬЮ:

Перед установкой маршрутизатора лицензированный электрик должен прикрепить кабель к заземлению и кабелям питания, которые вы предоставляете. Кабель с неправильно прикрепленным лучом может повредить маршрутизатор.

Примечание:

Для заземления используется тот же кабель для заземления.

Технические характеристики кабеля постоянного тока. Вы должны предоставить четыре кабеля питания постоянного тока, соответствующие следующим спецификациям: 6-AWG (13,3 мм²), минимум 60 °C или в соответствии с местным кодом.

• Подключение питания к маршрутизатору MX240 на базе постоянного тока с питанием с нормальной пропускной способностью

• Замена питания нормальной пропускной способности постоянного тока MX240

• Подключение кабеля питания постоянного тока MX240

• Вычисление требований к мощности маршрутизаторов MX240

• Кабель источника питания постоянного тока для маршрутизатора MX240

• Правила электропроводки сайта для маршрутизаторов серии MX

Нерешенные проблемы с маршрутизатором MX240

В этой теме перечислены нерешенные проблемы с аппаратным обеспечением маршрутизатора MX240. Для получения информации о проблемах с программным обеспечением см. заметки об ОС Junos.

• Коммутатор в режиме ввода с высокой пропускной способностью MX240 постоянного тока сообщает системе, какая пропускная способность канала подключена (60 А или 70 А). Это используется для управления запасами питания. Когда коммутатор в режиме ввода установлен на ‘0’ (нулевой): ожидать 60A каналов, с диапазоном напряжения от -39 В до -72 В пост. тока. Когда коммутатор в режиме ввода установлен на ‘1’ (один), ожидать либо канал 70A или 60A канал с минимальным напряжением 42 В и вверх. По умолчанию режим ввода — 1 (например, 60 А с напряжением выше 42 В пост. тока или 70 А).

  Известная ошибка: в ОС Junos версии 10.0R3, 10.1R2 и 10.2R1 состояние модуля ввода источника питания MX240 с высокой пропускной способностью не отражается в управлении запасами мощности, неправильно генерируя аварийные сигналы. Это никак не влияет на работу поставок. [PR532230]

  Важные заметки:

  Клетки и оптика XFP на маршрутизаторе MX240 — это стандартные отраслевые компоненты, которые имеют ограниченную тактильную обратную связь для вставки оптоволоконной и оптоволоконной сети. Необходимо надежно вставлять оптику и оптоволокно до тех пор, пока защелка не будет надежно установлена. [PR/98055]

• Не смешайте источники питания переменного тока и постоянного тока на маршрутизаторе MX240. Сочетание поставок переменного тока и питания постоянного тока может повредить ваше шасси. [PR/233340]

• Эррата с документацией по маршрутизатору MX240

Приборы постоянного тока и напряжения Щ00, Щ01, Щ02, Щ02.01, Щ72, Щ96, Щ120

Цифровые приборы для измерения постоянного тока и напряжения. Приборы щитовые цифровые электроизмерительные Щ00, Щ01, Щ02, Щ02.01, Щ72, Щ96, Щ120 предназначены для измерения силы тока или напряжения в цепях постоянного тока. Они могут применяться в энергетике и других областях промышленности для контроля электрических параметров. Приборы являются однопредельными и имеют исполнения по конструкции, диапазону измерений, числу десятичных разрядов, напряжению питания, наличию интерфейса, цвету индикаторов, классу точности.     Тип Габаритные размеры / вырез в щите, мм Высота знака, мм Число разрядов Щ00 48х24х90 / 42х19 9 3,5 Щ01 96х24х90 / 90х18 10 3,5 Щ02 96х48х145 / 90х42 20 3,5 14 4,0 Щ02.01 96х48х90 / 90х42 20 3,5 Щ72 72х72х100 / 68х68 14 3,5 Щ96 96х96х100 / 92х92 20 3,5 14 4,0 Щ120 120х120х100 / 112х112 20 3,5 и 4,0 Условия эксплуатации Рабочий диапазон температур. ……от +5°С до +50°С Влажность воздуха, не более…………80% при +25 °С Температура транспортирования от -50°С до +55°С Технические характеристики разрядность 3,5 разрядность 4,0 Максимальный диапазон показаний ±1999 ±10000 Количество цифровых индикаторов 4 5 Класс точности 0,2 или 0,4 0,1 или 0,2 Мощность потребления с напряжением питания постоянного тока, не более 2ВА 2,5ВА Мощность потребления с напряжением питания переменного тока, не более 5,5ВА Степень защиты по передней панели IP40 Время преобразования, не более 1,5с Гальваническое разделение входных цепей нет есть Гальваническое разделение по питанию есть (кроме Щ00) есть Наличие интерфейса RS485 нет есть Скорость обмена информацией по интерфейсу RS485, бод   4800, 9600, 19200, 38400 Максимально допустимая перегрузка по входному сигналу (длительность) 150% (1 минута) Входное сопротивление при измерении напряжения 1МОм Падение напряжения на приборе при измерении силы тока, не более: для диапазонов измерения 2мА, 20мА, 100мА, 200мА, 2000мА, 2А,. для диапазонов измерения 5мА, 10мА, 50мА, 500мА, 1000мА, 1А. 200мВ 100мВ 200мВ 100мВ Напряжение питания Тип прибора   Щ00 Щ01 Щ02 (3,5 разр.) Щ02 (4,0 разр.) Щ02.01 Щ72 Щ96 Щ120 (5 ± 0,25)В постоянного тока + + — + + + + + (12 ± 0,6)В постоянного тока — + — + + + + + (24 ±1,2)В постоянного тока — + — + + + + + (12 +6/-3)В постоянного тока, с возможностью резервирования — — + + — — + + (24 +12/-6)В постоянного тока, с возможностью резервирования — — + + — — + + от 85В до 242В переменного тока частотой (50±0,5)Гц или от 100 до 265В постоянного тока — — + + — — + + На передней панели приборов Щ02, Щ96, Щ120 разрядностью 4,0 под цифровыми индикаторами располагаются четыре единичных индикатора, которые информируют о режимах работы прибора: «х» — индикатор включается при превышении конечного значения диапазона показаний на 0,5%. «%» и «Н» — информирует о виде шкалы показаний (см. таблицу ниже) «I» — индикатор мигает при выполнении операции обмена данными по интерфейсу RS485 Вид шкалы Состояние ндикаторов (устанавливается перемычками, расположенными на задней панели) «%» «Н» Заказанная (диапазон показаний соответствует заказу) выкл. выкл. Нормирующая (диапазон показаний соответствует максимальному диапазону показаний ±10000. *) вкл. вкл. Процентная (диапазон показаний ±100.0 *) вкл. выкл. Прямая (диапазон показаний соответствует диапазону входного сигнала) выкл вкл. * — Для нормирующей и процентной шкал положение точки соответствует указанному. Подсоединение проводов осуществляется под винт. Сечение проводов, подключаемых непосредственно к клеммам, не более 1,5мм2 для приборов Щ00, Щ01, Щ02.01 и не более 2,0мм2 для приборов Щ02, Щ72, Щ96, Щ120. Тип прибора Диапазон измерения Разряд- ность Питание Интер- фейс Цвет индикатора Класс точности Описание Щ 00 мВ: 100; 200; 500; 1000; 2000 В: 1; 2; 5; 10; 20;50; 100; 200; 500* мА: 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000 А: 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000 3,5         Подключение по току: от 1А до 2000А — с внешним шунтом на номинальное напряжение 75мВ, или 100мВ, или 150мВ; от 2мА до 2А — непосредственно   01 02 3,5; 4,0 02. 01 3,5 72 96 3,5; 4,0 120 * — Кроме прибора Щ00 Возможно изготовление приборов Щ02, Щ96, Щ120 разрядностью 4,0 с индикацией величин не соответствующих диапазону входного сигнала. Например, при диапазоне входного сигнала 0-5мА (0-20мА) может индицироваться 0-600МВт, 0-1500об/мин и др. 5В       (5 ± 0,25)В постоянного тока 12В       (12 ± 0,6)В постоянного тока 24В       (24 ±1,2)В постоянного тока 12ВН       (12 +6/-3)В постоянного тока (резер.) 24ВН       (24 +12/-6)В постоянного тока (резер. ) 220ВУ       от 85В до 242В переменного токачастотой (50±0,5)Гц или от 100 до 265В постоянного тока   —     отсутствие интерфейса (не заполняется)   RS     Интерфейс RS485 (только для приборов разрядностью 4,0)     К   Красный цвет индикатора     З   Зеленый цвет индикатора Ж   Желтый цвет индикатора       0,1 Для приборов разрядностью 4,0       0,2 Для приборов разрядностью 3,5 и 4,0       0,4 Для приборов разрядностью 3,5 Пример оформления заказа Прибор Щ01, диапазон измерения 2А, номинальное напряжение шунта 75мВ, число десятичных разрядов 3,5, напряжение питания 5В постоянного тока, зеленый цвет индикаторов, класс точности 0,2 Щ01-2А/75мВ-3,5-5В-З, класс точности 0,2 ТУ 25-7504. 194-2006 Прибор Щ96, диапазон измерения 20мА, число десятичных разрядов 3,5, напряжение питания 85В до 242В переменного тока частотой 50Гц или от 100В до 265В постоянного, красный цвет индикаторов, класс точности 0,4 Щ96-20мА-3,5-220ВУ-К, класс точности 0,4 ТУ 25-7504.194-2006 Прибор Щ120, диапазон измерения 2000А, номинальное напряжение шунта 150мВ, число десятичных разрядов 4,0, напряжение питания 12В постоянного тока, красный цвет индикаторов, класс точности 0,2 Щ120-2000А/150мВ-4,0-12В-К, класс точности 0,2 ТУ 25-7504.194-2006   Купить приборы постоянного тока и напряжения

Как работает постоянный ток?

Существует два основных типа электрического тока, протекающего через ваш дом: переменный и постоянный. Подавляющее большинство устройств вокруг вас питаются от переменного тока.

Содержание

• Как работает постоянный ток?
• Как работает переменный ток?
• Где наиболее полезен постоянный ток?

Позволяя электронам течь и течь по проводам вашего дома, можно быстро удовлетворить меняющиеся потребности в электричестве. Однако когда-то постоянный ток был стандартом, и только после завершения десятилетней вражды между Николой Теслой и Томасом Эдисоном мир остановился на переменном токе.

Как работает постоянный ток?

Постоянный ток довольно прост. Мощность постоянного тока течет строго в одном направлении. Это означает, что электроны выталкиваются из генератора энергии и продолжают двигаться вперед по проводу, пока не доберутся до вашего устройства, не выполнят свою работу, а затем продолжат движение через розетку, чтобы завершить свою цепь.

Энергия постоянного тока обычно генерируется путем вращения проволочной катушки внутри магнита. Здесь происходит потеря эффективности из-за искр и тепла, вызванных трением определенных движущихся частей. Ток генерируемой мощности постоянного тока зависит от того, насколько быстро вращается этот двигатель, и поддерживается постоянным. Приборы должны работать на одном и том же токе, чтобы избежать перегрузки или недостаточной мощности. Когда мощность постоянного тока была частью сети, это приводило к тому, что несколько перекрывающихся поставщиков электроэнергии, каждый из которых генерировал определенные напряжения, совместимые только с приборами с соответствующими характеристиками. Это был беспорядок.

Как работает переменный ток?

Veichi

Переменный ток имеет электроны, движущиеся вперед и назад по проводу. Это вызвано изменением способа выработки электроэнергии. Энергия переменного тока обычно генерируется путем вращения магнита внутри проволочной катушки. Когда магнит вращается, его полюса поочередно толкают и притягивают электроны в окружающей катушке.

В то время как постоянный ток выглядел бы как одна прямая линия при измерении тока во времени, переменный ток больше похож на синусоиду: подъем, достижение пика, затем падение и, в конце концов, обратное движение. Преимущество здесь заключается в том, что интервалы между пиками и впадинами могут быть сокращены или удлинены, чтобы изменить конечный ток и удовлетворить потребности. Это сделало передачу энергии более гибкой, чем постоянный ток, поскольку все устройства с переменным напряжением могли выиграть. Однако электричество терялось всякий раз, когда мощность переменного тока необходимо было преобразовать в постоянный ток дома.

Где постоянный ток наиболее полезен?

Если переменный ток так хорош, зачем вообще беспокоиться о постоянном токе? Несмотря на то, что большинство наших домашних устройств потребляют достаточно нестабильную мощность для использования переменного тока, есть несколько приложений, в которых постоянный ток более эффективен. Большой заряжает аккумуляторы. Аккумуляторы обычно имеют одно высокое напряжение, при котором они заряжаются и разряжаются. (Да, некоторые из более причудливых аккумуляторов имеют микроконтроллеры для настройки, которые обычно используются с ручками для вейпинга.) Когда вы заряжаете стандартные батареи AA или AAA, зарядное устройство преобразует переменное напряжение от вашей стены в постоянное.

Обзоры экологически чистой энергии

Как уже упоминалось, при этих преобразованиях происходит потеря эффективности, но если бы вы могли получать энергию от источника постоянного тока, вы могли бы наслаждаться повышенной электрической эффективностью. Солнечные батареи являются прекрасным примером. Солнечная энергия генерирует постоянный ток, и эффективность преобразования его в переменный ток для немедленного использования снижается. Тем не менее, накачка солнечной энергии постоянного тока в аккумулятор максимизирует количество электричества, которое может быть получено. Контроллер заряда солнечной батареи между ними обеспечивает наиболее эффективную передачу с учетом переменной мощности солнечной батареи.

К сожалению, в какой-то момент эту энергию от батареи все равно придется преобразовать в переменный ток, чтобы она хорошо работала с большинством бытовой техники в доме. Некоторые бытовые приборы с постоянным энергопотреблением могут надежно подключаться напрямую к источнику постоянного тока. В частности, морозильники и холодильники постоянного тока популярны в автономных домах, поскольку они позволяют избежать потери эффективности при преобразовании в переменный ток. Некоторые предприимчивые люди даже смогли спроектировать дом с питанием от постоянного тока. Помимо потребительских приложений, вы также увидите высоковольтные линии постоянного тока, подаваемые на трансформаторы, где они преобразуются в переменный ток, прежде чем попасть в жилые районы.

В конце концов, постоянный ток приближает вас к источнику питания с более высокой эффективностью, чем переменный ток, но, поскольку наши потребности в электричестве имеют тенденцию меняться, переменный ток дает нам гибкость, необходимую для быстрого переключения передач.

Рекомендации редакции

• Несмотря на свои новые функции, Astro по-прежнему непрактична для большинства людей.
• Amazon Astro получает новые функции, ориентированные на домашних животных и безопасность
• Все, что было анонсировано на осеннем мероприятии Amazon 2022: новые Echo, Fire TV, Kindle Scribe и многое другое
• Камеры New Ring получили радар, новый дизайн, и теперь они могут управлять роботом Amazon Astro.
• Blink получает проводную прожекторную камеру и поворотно-наклонное крепление

Объяснение урока: Виды электрического тока

В этом объяснении мы узнаем, какие существуют основные виды электрического тока и какие источники их производят.

Электрический ток – это поток электрического заряда. Единицей электрического тока является ампер, которому мы даем символ А.

Ток 1 ампер или 1 А, эквивалентен заряду в 1 кулон, проходящему через точку одна секунда или 1 с/с.

Существует два различных типа электрического тока, которые используются в бытовых электроприборах.

Один из них называется постоянным током, который часто сокращается до постоянного тока. Он используется такими устройствами, как цифровые часы и калькуляторы.

Постоянный ток представляет собой ток постоянной величины. Это означает, что количество заряда, протекающего через точку в цепи, останется таким же, как и Время проходит.

Важно отметить, что постоянный ток всегда только в одном направлении.

На приведенном ниже графике показана зависимость тока от времени для постоянного тока.

Глядя на график, видно, что ток остается постоянным. Он остается на своем начальном значении.

Итак, постоянный ток представлен на графике зависимости тока от времени прямой горизонтальной линией.

Пример 1: Понимание постоянного тока

Какое из следующих предложений правильно описывает постоянный ток?

1. Постоянный ток имеет переменную величину и всегда имеет одно и то же направление.
2. Постоянный ток имеет постоянную величину и всегда имеет одно и то же направление.
3. Постоянный ток имеет переменную величину и может изменять направление.
4. Постоянный ток имеет постоянную величину и может изменять направление.

Ответ

Этот вопрос проверяет знания о направлении и величине постоянного тока.

Помните, что постоянный ток — это постоянный ток. Он имеет постоянную величину.

Не меняет направление.

Это означает, что предложение B является правильным ответом.

Другим типом тока, который широко используется в электроприборах, является переменный ток.

Сетевое электричество – это электричество, используемое в домах. Это переменный ток, поэтому любое устройство, подключенное к сети, потребляет переменный ток.

Переменный ток не имеет постоянной величины. Его значение постоянно меняется. Это означает количество заряда, протекающего мимо точка в цепи изменяется во времени.

Точнее, переменный ток периодически меняет направление.

Это показано на графике ниже. Это показывает зависимость тока от времени для переменного тока.

Обратите внимание, как между 0 секундами и 1 секунда, значение тока положительное. Это означает, что обвинения текут в одном направлении, скажем, по часовой стрелке, по кругу.

Затем, между 1 секундой и 2 секунды, значение тока отрицательное.

Отрицательный ток означает, что теперь заряды текут в обратном направлении, то есть теперь заряды текут против часовой стрелки.

Это регулярно повторяется, так как значение тока снова становится положительным между 2 и 3 секунды. Он снова отрицателен между 3 и 4 секунды.

Сначала заряды текут по часовой стрелке, затем против часовой стрелки, затем снова по часовой стрелке и так далее.

Пример 2. Что такое переменный ток

Какое из следующих предложений правильно описывает переменный ток?

1. Переменный ток имеет постоянную величину и всегда имеет одно и то же направление.
2. Переменный ток — это ток, который никогда не меняет направление.
3. Переменный ток — это ток, который периодически меняет направление.
4. Переменный ток — это ток, который иногда может изменять направление.

Ответ

Этот вопрос проверяет знания о направлении и величине переменного тока.

Слово «переменный» в слове «переменный ток» говорит нам о том, что он должен меняться. Переменный ток не имеет постоянной величины.

Помните, что это изменение является периодическим, когда ток периодически меняет направление. Это говорит нам о том, что правильное предложение C.

На приведенном ниже графике показана зависимость тока от времени как для переменного, так и для постоянного тока.

Линия 1 — постоянный ток. Это прямая горизонтальная линия, так как она имеет постоянную величину и направление.

Это означает, что заряды всегда будут течь в одном и том же направлении по цепи.

Линия 2 – переменный ток. Периодически меняет направление.

Это означает, что через равные промежутки времени значение тока меняется с положительного на отрицательное, и заряды переходят от текущих в одном направлении по контуру, чтобы течь в противоположном направлении.

Пример 3: Отличие графиков постоянного и переменного тока

На приведенном ниже графике показана зависимость электрического тока от времени для двух разных цепей. Какое из следующих предложений является правильным?

1. И линия 1, и линия 2 представляют постоянный электрический ток.
2. Линия 1 представляет электрический ток, который периодически меняет направление.
3. Линия 2 представляет электрический ток, который периодически меняет направление.
4. Строка 1 представляет постоянный электрический ток.
5. И линия 1, и линия 2 представляют электрический ток, который периодически меняет направление.

Ответ

Это вопрос о понимании информации, представленной на графике.

Строка 1 меняется со временем и становится ниже нуля. Это говорит нам о том, что он меняет направление. Делает это периодически. Это означает, что это переменный ток.

Линия 2 имеет постоянный ток и не опускается ниже нуля. Это говорит нам, что он не меняет направление.

Линия 2 – постоянный ток. Это говорит нам о том, что правильное предложение — B.

Если нам нужен постоянный ток в цепи, мы можем использовать химический элемент или батарею, как показано на фотографии ниже.

Если вместо этого нам нужен переменный ток в цепи, мы можем использовать динамо-машину для его генерации, как показано на рисунке ниже.

Пример 4. Понимание того, что батарея вырабатывает постоянный ток

Компания делает схемы. Им нужно, чтобы в их цепях был постоянный электрический ток, который не меняет направление. Каков их лучший выбор в качестве источника электрического тока?

1. Динамо-машина
2. Химическая батарея
3. Либо динамо-машина, либо химическая батарея

Ответ

Начнем с того, что вспомним, что представляет собой каждый из этих объектов.

Динамо-машина — это устройство, которое можно использовать для получения переменного тока. Переменный ток – это ток, который периодически меняет направление.

Это означает, что через равные промежутки времени значение тока меняется с положительного на отрицательное, и заряды переходят от текущих в одном направлении по контуру, чтобы течь в противоположном направлении.

Химическая батарея, подобная показанной на изображении ниже, представляет собой объект, который можно использовать для получения постоянного тока.

Постоянный ток имеет постоянное значение во времени, и если в цепи есть постоянный ток, заряды всегда будут течь в одном и том же направление в этой цепи.

На приведенном ниже графике показана зависимость тока от времени для постоянного тока.

Компании требуется источник электрического тока, обеспечивающий постоянный ток, который не меняет направление.

Химическая батарея производит это, а динамо-машина — нет, поэтому ответ B.

Пример 5. Понимание того, что динамо-машина производит переменный ток

Компания производит электрические цепи. Им нужно, чтобы в их цепях был электрический ток, который периодически меняет направление. Что их лучший выбор для источника электрического тока?

1. Динамо-машина
2. Химическая батарея
3. Либо динамо-машина, либо химическая батарея

Ответ

Начнем с того, что вспомним, что представляет собой каждый из этих объектов.

Химическая батарея — это объект, который можно использовать для получения постоянного тока.

Постоянный ток имеет постоянное значение во времени, и если в цепи есть постоянный ток, заряды всегда будут течь в одинаковое направление в этой цепи.

Динамо-машина, показанная на изображении ниже, представляет собой устройство, которое можно использовать для получения переменного тока.

Переменный ток — это ток, который периодически меняет направление.

Это означает, что через равные промежутки времени значение тока меняется между положительным и отрицательным, и заряд будет идти от текущего в одном направлении по контуру, чтобы течь в противоположном направлении.

На приведенном ниже графике показана зависимость тока от времени для переменного тока.

Компании требуется источник электрического тока, который периодически меняет направление.

Это производит динамо-машина, а химическая батарея — нет, поэтому ответ А.

Ключевые моменты

• Постоянный ток — это тип тока, который имеет постоянное значение.
• Постоянный ток в одном направлении.
• Переменный ток — это тип тока с переменным значением.
• Переменный ток периодически меняет направление.
• Химический элемент или батарея является источником постоянного тока.
• Динамо-машина — источник переменного тока.

Подать заявку на льготы MassEVIP для быстрой зарядки постоянным током

Как подать заявку Подать заявку на стимулирование быстрой зарядки постоянного тока MassEVIP

Период подачи заявок на эти конкурсные награды завершен.

Следующие шаги для подачи заявки на поощрения быстрой зарядки постоянного тока MassEVIP

1. MassEVIP Direct Current (DC) Fast Charging — это конкурсная программа открытых грантов MassDEP, цель которой — сделать станции быстрой зарядки электромобилей (EV) более доступными в штате Массачусетс.

   Программа поощряет владельцев собственности с общедоступными парковками и учебными городками, в которых проживает не менее 15 студентов, приобретать станции быстрой зарядки постоянного тока.

   • Государственные объекты с общедоступной парковкой:  MassDEP финансирует до 100 процентов затрат на оборудование и установку до максимальной суммы 50 000 долларов США за зарядную станцию.
   • Негосударственные объекты с общедоступной парковкой: Агентство финансирует до 80 процентов затрат на оборудование и установку до максимальной суммы 50 000 долларов США за зарядную станцию.
   • Образовательные городки: MassDEP финансирует до 60 процентов затрат на оборудование и установку до максимальной суммы 50 000 долларов США на зарядную станцию.

   MassDEP рекомендует зарядные станции для электромобилей, сертифицированные Energy Star.

   Ознакомьтесь с требованиями программы, часто задаваемыми вопросами и шаблоном отчета ниже, чтобы узнать больше.

   Обратите внимание: Если ваш проект не касается покупки/установки станций быстрой зарядки электромобилей в здании с общедоступной парковкой или в образовательном кампусе, прокрутите до Шаг 5  ниже до  Узнайте о других программах MassEVIP  , на участие в которых вы можете иметь право.

2. Период подачи заявок на эти конкурсные награды завершен.

   MassDEP получил 81 заявку на финансирование на сумму более 19,4 млн долларов. Учить больше.

   Пожалуйста, напишите по адресу [email protected] , чтобы вас включили в список рассылки для будущих возможностей финансирования MassEVIP.

3. Агентство начинает с проверки вашего права на участие и проверки полноты вашего заявления. Если вы не соответствуете требованиям или ваша заявка не заполнена, мы сообщим вам об этом по электронной почте.

   Затем MassDEP оценивает вашу заявку на основе критериев выбора MassEVIP для быстрой зарядки постоянным током, как указано в требованиях программы.

   Если ваш проект будет выбран для финансирования, MassDEP выдаст вам письмо об утверждении и договорные документы, в которых будут указаны сроки и условия вашего гранта.

   Образец контрактной документации 

4. После того, как вы подпишете и вернете документы по контракту в MassDEP, вам необходимо будет приобрести и установить оборудование и ввести его в эксплуатацию в течение определенного периода времени: 

   Тип проекта	Время завершения
   Существующее местоположение	12 месяцев
   Новое строительство	24 месяца

   MassDEP будет производить поощрительные выплаты непосредственно вам или поставщику(ам) после того, как все оборудование будет установлено и запущено. Вы можете выбрать, кто должен быть оплачен при подаче окончательных платежных документов. Обратите внимание:  Если получатель гранта требует удержания налога, платеж не может быть произведен поставщику (продавцам).

5. Если вы не имеете права подать заявку на финансирование MassEVIP в рамках программы, описанной на этой странице, вы можете претендовать на участие в других программах. Для получения более подробной информации о доступном финансировании, соответствующих организациях и местоположениях, а также требованиях перейдите по ссылкам в этой таблице или см. матрицу ниже.

   Программа	Право подать заявку
   Автопарки	Муниципальные органы власти, государственные колледжи/университеты и государственные учреждения (только автопарк)
   Многоквартирный жилой и учебный кампус Зарядка	Частные, общественные или некоммерческие жилища с пятью или более жилыми единицами и образовательными городками, в которых проживает не менее 15 студентов.
   Плата за общественный доступ	Нежилые частные, общественные или некоммерческие объекты, доступные для общего пользования
   Зарядка рабочего места и автопарка	Частные, общественные или некоммерческие рабочие места, на которых работает не менее 15 сотрудников, а также частные, общественные или некоммерческие предприятия, где парк транспортных средств находится в гараже

   Подробнее для подачи заявки на поощрения быстрой зарядки постоянного тока MassEVIP

   MassDEP весной 2021 года получил 81 заявку на $19Общая сумма поощрений по программе MassEVIP для быстрой зарядки постоянным током (DCFC) составляет 0,4 миллиона.

   В феврале 2022 года агентство выделило 54 из этих заявителей финансирование в размере 13,1 млн долларов — этого достаточно для установки 306 портов DCFC в 150 точках по всему Массачусетсу.

   См. Загрузки ниже, чтобы узнать больше об этих кандидатах и ​​их проектах.

   Загрузки для подачи заявки на поощрения быстрой зарядки постоянного тока MassEVIP

   Контакт для подачи заявки на поощрения за быструю зарядку постоянного тока MassEVIP

Спасибо, ваше сообщение отправлено в Департамент охраны окружающей среды штата Массачусетс!

Если вы хотите и дальше помогать нам улучшать Mass.gov, присоединяйтесь к нашей пользовательской панели, чтобы протестировать новые функции сайта.

Присоединиться к пользовательской панели

Обратная связь

Цепи постоянного тока

В простой цепи, которая используется для зажигания лампочки с помощью батареи, батарея обеспечивает постоянный ток — ток, текущий только в одном направлении. Эта статья посвящена анализу простых цепей постоянного тока двух типов: (1) с комбинациями резистивных элементов и (2) с батареями в разных ветвях многоконтурной цепи.

Последовательные и параллельные резисторы

Сопротивление, по крайней мере в некоторой степени, существует во всех электрических элементах. Резисторами могут быть лампочки, нагревательные элементы или компоненты, специально изготовленные для их сопротивления. Предполагается, что сопротивление в соединительных проводах пренебрежимо мало.

Последовательное соединение двух резисторов ( R ₁ и R ₂ ) показано на рисунке 1. Какой эквивалент резистора для этой комбинации?

Рисунок 1

Два последовательно соединенных резистора. Рисунок (а) аналогичен схеме (б).

Поскольку существует только один путь для зарядов, ток в любой точке цепи одинаков, то есть I = I ₁ = I ₂ . Разность потенциалов от батареи равна падению потенциала на R ₁ и падению потенциала на R ₂ . Таким образом,

   

Когда резисторы соединены последовательно, эквивалентное сопротивление представляет собой сумму отдельных сопротивлений. Сравните этот результат с последовательным добавлением конденсаторов. Для последовательных резисторов ток одинаков; в то время как для последовательных конденсаторов заряд одинаков. (Обратите внимание, что эквивалентное сопротивление представляет собой простую сумму, а эквивалентная емкость определяется обратным выражением.)

Параллельное соединение двух резисторов ( R ₁ и R ₂ ) показано на рисунке 2. Каково эквивалентное сопротивление для этой комбинации?

Схема, иллюстрирующая применение правил Кирхгофа и полученных уравнений.

фигура 2

Два резистора соединены параллельно. Рисунок (а) аналогичен схеме (б).

В точке a на схеме цепи — см. рис. (b) — ток разветвляется так, что часть полного тока в цепи проходит через верхнюю ветвь, а часть — через нижнюю ветвь. Потенциальное падение тока одинаково независимо от выбранного пути; следовательно, разность напряжений одинакова на любом резисторе ( В _Бат = В ₁ = В ₂ ). Сумма токов равна общему току: по закону Ома, следовательно,

Таким образом, обратная величина эквивалентного сопротивления равна сумме обратных величин отдельных резисторов в параллельной комбинации. Сравните этот результат с параллельным добавлением конденсаторов. Для параллельных резисторов напряжения на резисторах равны, и то же самое верно для параллельных конденсаторов. (Обратите внимание, что эквивалентное сопротивление является обратным выражением, но эквивалентная емкость для параллельного соединения представляет собой простую сумму.)

Правила Кирхгофа

Если цепь имеет несколько батарей в ветвях многоконтурных цепей, анализ значительно упрощается за счет использования правил Кирхгофа , которые представляют собой формы законов сохранения:

• Сумма токов, входящих в узел, должна равняться сумме токов, выходящих из узла. Это правило, иногда называемое правилом соединения , является утверждением о сохранении заряда. Поскольку заряд не накапливается в каком-либо месте цепи и не покидает ее, заряд, входящий в точку, должен также покинуть эту точку.

• Алгебраическая сумма падений потенциала на каждом элементе вокруг любой петли должна равняться алгебраической сумме ЭДС вокруг любой петли. Это правило выражает сохранение энергии. Другими словами, заряд, движущийся по любому контуру, должен получать от батарей столько же энергии, сколько теряет при прохождении через резисторы.

Применяя правила Кирхгофа, используйте согласованные правила знаков. Обратитесь к направлениям, выбранным для токов на рисунке . Будет сделано меньше ошибок, если последовательно использовать одно направление — например, по часовой стрелке во всех циклах. Если изначально выбрано неправильное направление для одного тока, решение для этого тока будет отрицательным. Используйте следующие соглашения о знаках при применении правила цикла:

• Если резистор перемещается в направлении тока, изменение потенциала является отрицательным, а если перемещается в направлении, противоположном выбранному направлению тока, — положительным.

• Если источник ЭДС перемещается в направлении ЭДС (от — к + между клеммами), то изменение потенциала положительно, а если перемещается против направления ЭДС, отрицательно.

Проверьте уравнения для рисунка 3.

Рисунок 3 Схема, иллюстрирующая применение правил Кирхгофа и полученных уравнений.

Представьте, что для этой задачи даны значения сопротивления и напряжения. Тогда можно было бы написать четыре разных уравнения: уравнение соединения, верхний контур, нижний контур и внешний контур. Однако существует только три тока, поэтому необходимы только три уравнения. В этом случае решите набор уравнений, которым легче всего манипулировать.

Месть Эдисона: вернется ли постоянный ток в США?

SlideShow (13) Изображения

View

• • Share

• Fukushima Mett Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Melt-Mett-Melt. над атомной электростанцией Фукусима-дайити на северо-восточном побережье Хонсю, главного острова Японии. .. Предоставлено TEPCO

• СПОКОЙСТВИЕ ПЕРЕД ШТОРМОМ: Когда обрушилось цунами, атомная электростанция Фукусима-дайити уже была закрыта в результате мер предосторожности, вызванных землетрясением. Предоставлено TEPCO

• ЦУНАМИ: 14-метровая стена воды легко перешагнула через дамбу атомной электростанции и затопила подъездные пути, а также смыла топливные баки для резервных дизель-генераторов. В результате у реакторов не хватило мощности для работы насосов, подавших охлаждающую воду для покрытия горячих ядерных топливных стержней… Предоставлено TEPCO

• ОТРАБОТАННОЕ ТОПЛИВО: Начало плавиться не только топливо в действующих реакторах, но и отработавшее топливо, хранившееся в близлежащих бассейнах. Такой бассейн вызвал взрыв водорода на реакторе № 4 станции, который не работал, когда произошло землетрясение, и разрушил здание, как показано здесь. .. Предоставлено TEPCO В результате взрывов на трех действующих реакторах резко возрос уровень радиации, что вынудило эвакуировать диспетчерские на атомной электростанции, как и на реакторе № .. 9.0596 Предоставлено TEPCO

• ЭКРАНИРОВАНИЕ: Для защиты рабочих от высоких уровней радиации требуются различные формы пластиковых экранов и специальные дыхательные аппараты (на фото). Несмотря на это, рабочим будет практически невозможно подобраться к расплавленным реакторам, учитывая, что Tokyo Electric Power замерила уровни радиационного облучения, достигающие 300 миллизивертов в час в некоторых местах на пострадавшей атомной электростанции, или на 50 миллизивертов больше, чем заводчанам разрешается терпеть в течение всего года… Предоставлено TEPCO

• ОХЛАЖДАЮЩАЯ ВОДА: Первоочередной задачей в борьбе с расплавлением на Фукусиме является подача охлаждающей воды на горячее ядерное топливо. Здесь рабочие используют высокий насосный кран (чаще используемый для перекачки бетона на верхние этажи строящихся высотных зданий) для разбрызгивания воды на горячее топливо… Предоставлено TEPCO не просто выбрасывается в атмосферу в виде пара или сбрасывается в океан, хранится в этих больших резервуарах, ожидая фильтрации и очистки. Предоставлено TEPCO. Предоставлено TEPCO

• ПУЛЬТ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ: Из-за высокого уровня радиации вокруг станции даже уборка обломков после цунами должна производиться дистанционно (на фото), а рабочие должны носить полный комплект защитного снаряжения, в том числе средства защиты органов дыхания. аппарат… Предоставлено TEPCO

• РОБОТЫ ПОМОЩИ: Чтобы получить более полное представление об уровнях радиации и повреждениях в местах, недоступных для людей, были использованы роботы с радиационно-стойкой электроникой, такие как изображенный здесь PackBot, открывающий дверь на Фукусима-дайити. .. Предоставлено TEPCO

• РАДИОАКТИВНЫЕ ЧАСТИЦЫ: Поскольку расплавы топливных стержней не были полностью локализованы, радиоактивные частицы, такие как цезий-137, попали в окружающую среду, в том числе в города на расстоянии до 30 километров… Предоставлено TEPCO

• СУХОЙ КОНТРОЛЬ: В конце концов, годы спустя отработавшие топливные стержни, которые не расплавились, могут быть перемещены в массивные контейнеры, подобные изображенному здесь, для полупостоянного хранения. В Японии нет долговременного хранилища для такого отработавшего топлива, полагаясь на хранение на месте, хотя она открыла объект по переработке такого отработавшего топлива в Роккасё на крайнем севере Хонсю… Предоставлено TEPCO

• Предыдущий
• Следующий

из

• Посмотреть все

• Ссылка скопирована!

В борьбе за повышение энергоэффективности открывается новый фронт в старой вражде.

В конце 19 века две конкурирующие системы электроснабжения боролись за господство в распределении электроэнергии в Соединенных Штатах и ​​большей части промышленно развитого мира. Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) использовались для питания таких устройств, как двигатели и лампочки, но они не были взаимозаменяемыми.

Битва за сетку началась между Apple и Microsoft Золотого века. Томас Эдисон, который изобрел множество устройств, использующих энергию постоянного тока, разработал первые системы передачи энергии, использующие этот стандарт. Тем временем Джордж Вестингауз и несколько европейских компаний продвигали переменный ток, который использовал изобретения Николы Теслы для повышения тока до более высокого напряжения, что упростило передачу энергии на большие расстояния с использованием более тонких и дешевых проводов.

Соперничество было чревато язвительностью и рекламными трюками — например, Эдисон убил слона электрическим током, чтобы показать, что переменный ток опасен, — но переменный ток в конечном итоге победил в качестве стандарта передачи, царившего более века.

Теперь приходит EMerge Alliance, консорциум агентств и отраслевых групп, который считает, что округ Колумбия вернется. С таким количеством портативных электронных устройств и крупными потребителями электроэнергии, такими как центры обработки данных, работающими на постоянном токе, технология может заполнить растущую нишу при одновременном снижении энергопотребления.

Кроме того, по мере того, как все больше возобновляемых источников электроэнергии, таких как фотоэлектрические и ветряные турбины, вырабатывающие постоянный ток, подключаются к сети, системы питания постоянного тока могут упростить их интеграцию в сеть. «Мы как группа спрашивали себя: «Если мы вырабатываем энергию постоянного тока и используем энергию постоянного тока, зачем мы преобразовываем ее в переменный ток, чтобы переместить ее на несколько сотен футов или даже на несколько футов?» «, — сказал Брайан Паттерсон, председатель EMerge.

Исправление расточительного «несоответствия»
Группа разрабатывает стандарты для питания постоянного тока в небольших масштабах для отдельных зданий и конкретных приложений, таких как освещение. Паттерсон объяснил, что альянс исправляет «фундаментальное несоответствие между системой коммунальных услуг, основанной на электроэнергии, и пользовательской базой, которая преимущественно состоит из постоянного тока».

Хотя теперь у нас есть технология для передачи постоянного тока по сети, большинство генераторов производят переменный ток. Затем это переводится на более высокое напряжение, чтобы преодолеть сопротивление в линиях передачи. Ток колеблется от положительного к отрицательному напряжению, как правило, от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от страны.

Когда мощность доходит до пользователя, она снижается до более пригодных для использования уровней. Поскольку компьютеры, телевизоры и сотовые телефоны работают на постоянном токе, питание должно быть выпрямлено из переменного тока, чтобы волнообразный ток стал плоским и «прямым».

Это преобразование не всегда эффективно, от 5 до 20 процентов энергии теряется в виде тепла. Вот почему блок питания вашего компьютера нагревается, когда вы его заряжаете. «Ваш ноутбук — это своего рода собственная нано-сетка постоянного тока. Если вы можете представить, как масштабируется вся наша энергосистема, вы можете увидеть эволюцию, аналогичную тому, как сформировался Интернет», — сказал Паттерсон.

Центры обработки данных формируют основу онлайн-мира и могут помочь DC набрать обороты. В них размещается от нескольких десятков до тысяч серверов, каждый со своими собственными процессорами, жесткими дисками и памятью. Эти объекты образуют серверную часть для крупных предприятий — не только в технологическом секторе, но и для фирм в сфере консалтинга, финансовой индустрии и исследований. Тем не менее, они, как известно, потребляют много энергии.

Например, Lakeside Technology Center в Чикаго — один из крупнейших центров обработки данных в мире. Обладая мощностью более 100 мегаватт, это второй по величине потребитель энергии в регионе после международного аэропорта О’Хара. Согласно отчету Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL), эти центры по всей стране ежегодно потребляют 14,6 тераватт-часов электроэнергии.

Экономика может снова поднять DC
У этих центров обработки данных есть некоторые особенности, которые делают их привлекательными для микросетей постоянного тока. Поскольку время безотказной работы сервера означает деньги для бизнеса, многие из этих объектов поддерживаются источниками бесперебойного питания (ИБП), системами резервного питания, которые гарантируют, что веб-сайты, такие как Google, останутся в сети во время отключения электроэнергии.

Брайан Фортенбери, руководитель программы в группе эффективности Исследовательского института электроэнергетики (EPRI), отметил, что в таких установках есть некоторые вопиющие недостатки. «Что нас заинтересовало, так это то, что в пространстве центра обработки данных, когда они проходят эти преобразования, ИБП, который они любят использовать, преобразует переменный ток в постоянный и в переменный», — сказал он, добавив, что питание переменного тока от резервного источника затем преобразуются обратно в DC внутри серверов, поскольку именно так они работают внутри.

Преобразования производят тепло, поэтому серверные комнаты нуждаются в очень энергоемких системах охлаждения, требующих вдвое больше энергии для работы кондиционера, чем требуется для работы самих серверов. «На самом деле это выглядело довольно глупо», — сказал он.

EPRI и LBNL запустили пилотное исследование центров обработки данных постоянного тока в 2008 году. При их установке они обнаружили, что системы постоянного тока на 6–8 процентов более эффективны и потребляют на 5–7 процентов больше энергии по сравнению с центрами обработки данных переменного тока.

Фортенбери сказал, что эти улучшения — не единственное преимущество серверных комнат с питанием от постоянного тока. Есть и другие переменные, которые привлекут компании к этой парадигме. «Элементы, которые, вероятно, будут стимулировать рынок, — это продажа этих систем постоянного тока с меньшими капитальными затратами, меньшей занимаемой площадью и повышением эффективности. Крупнейшим игроком, самым большим драйвером будет надежность системы», — сказал он. объясняя, что мощность постоянного тока, как правило, более стабильна и что устранение потерь преобразования продлевает срок службы батарей.

Возобновляемые источники энергии создадут «Приус» зданий
Еще одним драйвером является распространение возобновляемых источников энергии. Солнечные панели производят постоянный ток, который необходимо преобразовать в переменный, прежде чем он будет подаваться в дом, офис или сеть. По словам Бринды, для компаний, стремящихся построить здание с нулевым потреблением энергии, которое производит столько же энергии, сколько потребляет, или пытающихся сократить период окупаемости своих инвестиций в солнечную энергию, отказ от переменного тока может помочь выжать больше энергии из солнца. Томас, докторант в области инженерии и государственной политики в Университете Карнеги-Меллона.

Она сказала, что установка системы питания постоянного тока со временем станет дешевле, и она предполагает, что в зданиях будут розетки как переменного, так и постоянного тока.

Паттерсон из EMerge согласился с тем, что будущее за гибридными электрическими системами, и сказал, что его группа разрабатывает стандарты для «создания «Prius» зданий», пишет правила о том, как распределяется ток, как должны быть спроектированы вилки и как сделать системы безопасными.

Это важные соображения, потому что напряжение постоянного тока остается довольно постоянным, когда устройство работает, в отличие от переменного тока, в котором напряжение падает до нуля десятки раз в секунду. Это означает, что если вы отключите устройство постоянного тока во время его работы, электричество может пройти по воздуху. Это также может вызвать коррозию и точечную коррозию металлических компонентов.

«Мы делаем работу, которую необходимо сделать, чтобы сделать код и нормативную часть вещей равными для DC», — пояснил он.

По словам Карины Гарбези, профессора и приглашенного исследователя LBNL, помимо линий электропередачи, постоянный ток также набирает силу в качестве альтернативы в развивающихся странах. Получение электроэнергии в отдаленные районы от сети переменного тока очень дорого и не имеет особого смысла, поскольку в некоторых из этих регионов можно построить ветряные турбины и солнечные фермы.

«Как только вы начинаете переходить ко всему этому сценарию, этот прямой DC становится все более и более привлекательным», — сказала она. «Самой большой проблемой будет переход: как вы собираетесь перейти от мира, ориентированного на AC, к миру, ориентированному на DC?»

Паттерсон сказал, что по мере того, как здания переоборудуют для доставки постоянного тока, технология будет распространяться аналогично Интернету, управляемая более крупными фирмами, прежде чем она распространится на дома, где солнечные панели на крышах заряжают электромобили.

Перепечатано с сайта Climatewire с разрешения Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

ОБ АВТОРАХ

AC/DC: в чем разница? | Американский опыт | Официальный сайт

Чудо света Эдисона | Статья

1880 Лампочка

В 1887 году постоянный ток (DC) был королем. В то время по Соединенным Штатам была разбросана 121 электростанция Эдисона, поставляющая электричество постоянного тока своим клиентам. Но у постоянного тока было большое ограничение, а именно то, что электростанции могли передавать электричество постоянного тока только примерно на милю, прежде чем электричество начало терять мощность. Поэтому, когда Джордж Вестингауз представил свою систему, основанную на переменном токе высокого напряжения (AC), которая могла передавать электричество на сотни миль с небольшой потерей мощности, люди, естественно, обратили на это внимание. Завязалась «битва токов». В конце концов, AC Вестингауза победил. Но эта особенность касается не двух электрических систем и их работы. Скорее, это простое объяснение, которое показывает разницу между переменным и постоянным током.

Внутри провода

Когда вы получаете удар от статического электричества, крошечные частицы, называемые электронами, перемещаются между вашим телом и другим объектом. В двух словах, это и есть электричество — движение электронов.

Вся материя состоит из атомов, и все атомы имеют электроны.

Электроны занимают пространство, окружающее ядро ​​атома. Каждый электрон находится в «оболочке», и каждая оболочка имеет максимальное количество электронов, которое она может удерживать.

Для большинства атомов самая внешняя оболочка не содержит максимальное количество электронов. Некоторые атомы, например медь, имеют только один электрон на внешней оболочке.

Поскольку во внешней оболочке атома меди находится только один электрон, он не сильно связан с атомом. Другими словами, он легко отрывается.

В медной проволоке электроны могут относительно свободно перемещаться от атома к атому.

Однако не все материалы позволяют электронам двигаться так свободно. Углерод, например, оказывает сопротивление потоку электронов. Электроны все еще могут двигаться через углерод, просто требуется больше энергии, чтобы заставить их двигаться.

Вы наверняка слышали термины ток и напряжение.

Ток описывает, сколько электронов проходит через провод или какой-либо другой объект в любой момент времени. Большой ток означает, что много электронов находится в движении.

Напряжение описывает, сколько энергии несут электроны. Высокое напряжение означает много энергии.

Внутри батареи

Вы можете рассматривать батарею как своего рода насос. Но вместо того, чтобы качать воду по трубам, батарея перемещает электроны по проводу (и по вещам, к которым подключен провод).

Вот как работает батарея (такая, которую вы покупаете на кассе): Батарея состоит из цинковой банки, которая действует как контейнер для батареи (хотя обычно она покрыта блестящим металлическим корпусом), и угольного стержня. , который находится в центре батареи, взвешен в пастообразной смеси, которая в щелочном элементе содержит гидроксид калия.

Химическая реакция внутри пастообразной смеси отбирает электроны у некоторых ее атомов. Эти избыточные электроны собираются на цинковой банке, которая действует как отрицательный полюс.

На углеродном стержне находятся атомы с недостатком электронов.

Электроны с отрицательной клеммы хотят перейти к положительной клемме, им просто нужен способ добраться туда. В нашей схеме с лампочкой путь к ней лежит через провод. Количество электронов, которые батарея может протолкнуть через цепь, будет зависеть от сопротивления нити накала лампы.

Поскольку электроны движутся только в одном направлении, батареи производят  постоянный ток .

В системе постоянного тока Эдисона электричество производилось не батареями, а генератором постоянного тока. Генератор фактически производил переменный ток, который затем преобразовывался в постоянный с помощью коммутатора.

Внутри генератора переменного тока

Генератор предназначен для преобразования движения в электричество. Это было бы невозможно, если бы не один факт: провод, проходящий через магнитное поле, заставляет электроны в этом проводе двигаться вместе в одном направлении.

Генератор состоит из нескольких магнитов и провода (обычно очень длинного, свернутого в несколько катушек и называемого якорем). Паровая машина или какой-либо другой внешний источник движения перемещает проволоку или якорь через магнитное поле, создаваемое магнитами.

В примере слева проволочная петля вращается в магнитном поле. Поскольку он всегда движется через поле, ток поддерживается.

Но поскольку петля вращается, она перемещается по полю сначала в одном направлении, а затем в другом, а это означает, что поток электронов постоянно меняется.

Поскольку электроны текут сначала в одном направлении, а затем в другом, генератор вырабатывает переменный ток .

Одно из преимуществ переменного тока перед постоянным то, что его можно легко «повысить» или «понизить» с помощью трансформатора. Другими словами, трансформатор может принимать ток низкого напряжения и превращать его в ток высокого напряжения, и наоборот.

Это удобно при передаче электроэнергии на большие расстояния.