Konstantna električna struja je kretanje čestica s nabojem u određenom smjeru. To jest, njegov napon ili sila (karakterizirajuće veličine) imaju istu vrijednost i smjer. Po tome se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične struje. Ali razmotrimo sve po redu.
Povijest nastanka i "rata struja"
Nekada se istosmjerna struja nazivala galvanskom jer je otkrivena kao rezultat galvanske reakcije. Pokušao sam to prenijeti putem električnih dalekovoda. U to vrijeme došlo je do ozbiljnih sporova između znanstvenika o ovom pitanju. Dobili su čak i naziv "trenutni ratovi". Odlučeno je pitanje izbora kao glavnog, varijabilnog ili trajnog. “Borbu” je dobila varijabilna vrsta, budući da trajna trpi značajne gubitke, prenesene na daljinu. Ali nije teško transformirati promjenjivi oblik, po tome se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične struje. Stoga je potonje lako prenijeti čak i na velike udaljenosti.
Izvori istosmjerne električne struje
Baterije ili drugi uređaji mogu poslužiti kao izvori, gdje se događa kemijskom reakcijom.
To su generatori, gdje se kao rezultat dobiva i nakon toga se zbog kolektora ispravlja.
Primjena
U raznim uređajima, istosmjerna struja se često koristi. Na primjer, s njim rade mnogi kućanski aparati, punjači i automobilski generatori. Svaki prijenosni uređaj napaja se izvorom koji generira stalan izgled.
U industrijskim razmjerima koristi se u motorima i baterijama. A u nekim zemljama opremljeni su visokonaponskim dalekovodima.
U medicini se uz pomoć istosmjerne električne struje provode wellness postupci.
Na željeznici (za transport) koriste se i varijabilni i stalni tipovi.
Naizmjenična struja
Međutim, najčešće ga koriste. Ovdje su prosječne vrijednosti sile i naprezanja u određenom razdoblju jednake nuli. Po veličini i smjeru, stalno se mijenja, i to u pravilnim razmacima.
Za izazivanje izmjenične struje koriste se generatori u kojima se tijekom elektromagnetske indukcije događa elektromagnetska indukcija.To se radi pomoću magneta rotiranog u cilindru (rotoru) i statora izrađenog u obliku fiksne jezgre s namotom.
Izmjenična struja se koristi u radiju, televiziji, telefoniji i mnogim drugim sustavima zbog činjenice da se njezin napon i jačina mogu pretvoriti gotovo bez gubitka energije.
Široko se koristi u industriji, kao i za potrebe rasvjete.
Može biti jednofazni i višefazni.
Koja se mijenja prema sinusnom zakonu, jednofazna je. Mijenja se tijekom određenog vremenskog razdoblja (razdoblja) po veličini i smjeru. AC frekvencija je broj ciklusa u sekundi.
U drugom slučaju, trofazna verzija bila je najšire korištena. Ovo je sustav od tri električna kruga koji imaju istu frekvenciju i EMF, pomaknuti u fazi za 120 stupnjeva. Koristi se za napajanje elektromotora, peći, rasvjetnih tijela.
Velikom znanstveniku Nikoli Tesli čovječanstvo duguje mnoga dostignuća u području električne energije i njihovu praktičnu primjenu, kao i utjecaj na visokofrekventnu izmjeničnu struju. Do sada nisu poznata sva njegova djela, koja su ostala potomcima.
Po čemu se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične struje i koji je njezin put od izvora do potrošača?
Dakle, varijabla je struja koja se može mijenjati u smjeru i veličini za određeno vrijeme. Parametri na koje se obraća pažnja su frekvencija i napon. U Rusiji električne mreže za kućanstvo opskrbljuju izmjeničnu struju napona od 220 V i frekvencije od 50 Hz. Frekvencija izmjenične struje je broj promjena smjera čestica određenog naboja u sekundi. Ispada da na 50 Hz mijenja smjer pedeset puta, u čemu se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične.
Njegov izvor su utičnice na koje su priključeni kućanski aparati pod različitim naponima.
Izmjenična struja počinje svoje kretanje iz elektrana, gdje postoje snažni generatori, odakle izlazi naponom od 220 do 330 kV. Daljnji prolazi u koje se nalaze u blizini kuća, poduzeća i drugih objekata.
U trafostanicu struja ulazi pod naponom od 10 kV. Tamo se pretvara u trofazni napon od 380 V. Ponekad s ovim indikatorom struja prelazi izravno na objekte (gdje je organizirana moćna proizvodnja). Ali u osnovi se smanjuje na uobičajenih 220 V u svim kućama.
transformacija
Jasno je da u utičnicama dobivamo izmjeničnu struju. Ali često električni uređaji trebaju trajni izgled. U tu svrhu koriste se posebni ispravljači. Proces se sastoji od sljedećih koraka:
- povezivanje mosta s četiri diode koje imaju potrebnu snagu;
- spajanje filtera ili kondenzatora na izlaz iz mosta;
- spajanje stabilizatora napona za smanjenje mreškanja.
Pretvorba se može odvijati i iz AC u DC, i obrnuto. Ali potonji slučaj bit će mnogo teže implementirati. Trebat će vam invertori koji su, između ostalog, prilično skupi.
Unatoč činjenici da je struja čvrsto ušla u naše živote, velika većina korisnika ovog blagoslova civilizacije nema ni površno razumijevanje što je struja, a da ne spominjemo kako se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične, koja je razlika između njih , i što je općenito aktualno . Prvi koji se šokirao bio je Alessandro Volta, nakon čega je cijeli život posvetio ovoj temi. Obratite pažnju i na ovu temu kako bismo imali opću predodžbu o prirodi električne energije.
Odakle dolazi struja i zašto je drugačija?
Pokušat ćemo izbjeći složenu fiziku, a za razmatranje ovog pitanja koristit ćemo se metodom analogija i pojednostavljenja. No prije toga, prisjetimo se starog vica o ispitu, kada je pošteni student izvukao listić “Što je električna struja”.
Oprostite profesore, spremao sam se, ali sam zaboravio - odgovorio je iskreni student. - Kako si mogao! Profesor ga je prekorio, Ti si jedina osoba na Zemlji koja je to znala! (S)
Ovo je, naravno, šala, ali u tome ima dosta istine. Stoga nećemo tražiti Nobelove lovorike, već jednostavno shvatiti, izmjenična i istosmjerna struja, koja je razlika, a što se smatra izvorima struje.
Kao osnovu uzet ćemo pretpostavku da struja nije kretanje čestica (iako kretanje nabijenih čestica također prenosi naboj, pa stoga stvara struje), već kretanje (prijenos) viška naboja u vodiču iz točke velikog naboja (potencijala) do točke nižeg naboja. Analogija je rezervoar, voda uvijek nastoji zauzeti jednu razinu (izjednačiti potencijale). Ako otvorite rupu u brani, voda će početi teći nizbrdo, bit će istosmjerna struja. Što je rupa veća, to će više vode teći, struja će se povećati, kao i snaga i količina posla koji je ta struja sposobna obaviti. Ako se proces ne kontrolira, voda će uništiti branu i odmah stvoriti plavnu zonu s ravnom površinom. Ovo je kratki spoj s izjednačavanjem potencijala, praćen velikim razaranjem.
Tako se u izvoru pojavljuje istosmjerna struja (u pravilu, zbog kemijskih reakcija), u kojoj postoji razlika potencijala u dvije točke. Kretanje naboja s višeg "+" na niže "-" izjednačava potencijal dok se kemijska reakcija nastavlja. Rezultat potpunog izjednačavanja potencijala, znamo - "baterija sela". To dovodi do razumijevanja zašto istosmjerni i izmjenični napon značajno se razlikuju po stabilnosti karakteristika. Baterije (akumulatori) troše punjenje, pa se istosmjerni napon s vremenom smanjuje. Za održavanje na istoj razini koriste se dodatni pretvarači. U početku je čovječanstvo dugo odlučivalo kako se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične struje za široku upotrebu, tzv. "Rat struja". Završilo je pobjedom izmjenične struje, ne samo zato što je manji gubitak tijekom prijenosa na daljinu, već se i stvaranje istosmjerne struje iz izmjenične struje pokazalo lakšim. Očito, istosmjerna struja dobivena na ovaj način (bez potrošnog izvora) ima mnogo stabilnije karakteristike. Zapravo, u ovom slučaju, izmjenični i istosmjerni naponi su čvrsto povezani, a vremenom ovise samo o proizvodnji energije i količini potrošnje.
Dakle, istosmjerna struja po svojoj prirodi je pojava neravnomjernog naboja u volumenu (kemijska reakcija), koji se može preraspodijeliti uz pomoć žica, povezujući točku visokog i niskog naboja (potencijala).
Zadržimo se na takvoj definiciji kao općeprihvaćenoj. Sve ostale istosmjerne struje (ne baterije i akumulatori) proizlaze iz izvora izmjenične struje. Na primjer, na ovoj slici plava valovita linija je naša istosmjerna struja, kao rezultat pretvorbe izmjenične struje. 
Obratite pažnju na komentare na slici, "veliki broj krugova i kolektorskih ploča". Ako je pretvarač drugačiji, slika će biti drugačija. 
Ista plava strujna linija gotovo je konstantna, ali pulsira, zapamtite ovu riječ. Ovdje je, usput, čista istosmjerna struja crvena linija.
Odnos magnetizma i elektriciteta
Sada da vidimo kako se izmjenična struja razlikuje od istosmjerne struje, što ovisi o materijalu. Najvažnija stvar - pojava izmjenične struje ne ovisi o reakcijama u materijalu. Radeći s galvanskom (jednosmjernom strujom) brzo je ustanovljeno da se vodiči međusobno privlače poput magneta. Posljedica je bila otkriće da magnetsko polje pod određenim uvjetima stvara električnu struju. To jest, pokazalo se da su magnetizam i elektricitet međusobno povezani fenomen s inverznom transformacijom. Magnet bi mogao dati struju vodiču, a vodič kroz koji teče struja mogao bi biti magnet. Na ovoj slici, simulacija Faradayevih eksperimenata, koji su, zapravo, otkrili ovaj fenomen. 
Sada analogija za izmjeničnu struju. Imat ćemo privlačnu silu kao magnet, a pješčani sat s vodom kao generator struje. Na jednoj polovici sata napisat ćemo "vrh", na drugoj "dno". Okrenemo sat i vidimo kako voda teče “dolje”, kad sva voda poteče, opet ga okrenemo i naša voda teče “gore”. Unatoč činjenici da imamo na raspolaganju struju, ona mijenja smjer dva puta u punom ciklusu. U znanosti će to izgledati ovako: frekvencija struje ovisi o frekvenciji rotacije generatora u magnetskom polju. Pod određenim uvjetima dobivamo čisti sinusni val, ili samo izmjeničnu struju različitih amplituda.
Opet! Ovo je vrlo važno za razumijevanje razlike između istosmjerne i izmjenične struje. U obje analogije voda teče “nizbrdo”. Ali u slučaju istosmjerne struje, spremnik će se prije ili kasnije isprazniti, a za izmjeničnu struju sat će sipati vodu jako dugo, u zatvorenom je volumenu. Ali istovremeno, u oba slučaja, voda teče nizbrdo. Istina, u slučaju izmjenične struje, pola vremena teče nizbrdo, ali gore. Drugim riječima, smjer kretanja izmjenične struje je algebarska vrijednost, odnosno “+” i “-” kontinuirano mijenjaju mjesta, dok smjer kretanja struje ostaje nepromijenjen. Pokušajte razmisliti i razumjeti ovu razliku. Kako je moderno reći na internetu: "Shvatili ste ovo, sada znate sve."
Što uzrokuje široku raznolikost struja
Ako shvatite koja je razlika između istosmjerne i izmjenične struje, postavlja se prirodno pitanje - zašto ih ima toliko, struja? Izabrao bi jednu struju kao standard i sve bi bilo isto.
Ali, kako kažu, "nisu sve struje jednako korisne", usput, razmislimo o tome koja je struja opasnija: izravna ili izmjenična, ako grubo zamislimo ne prirodu struje, već njezine značajke. Osoba je kolodij koji dobro provodi struju. Skup različitih elemenata u vodi (mi smo 70% vode, ako netko nije upoznat). Primijeni li se napon na takav kolodij - električni udar, tada će čestice unutar nas početi prenositi naboj. Kako treba biti od točke visokog potencijala do točke niskog potencijala. Najopasnije je stajati na tlu, što je općenito točka s beskonačno nultim potencijalom. Drugim riječima, cijelu ćemo struju prenijeti na zemlju, odnosno razliku u nabojima. Dakle, uz konstantan smjer kretanja naboja, proces izjednačavanja potencijala u našem tijelu odvija se glatko. Mi smo poput pijeska koji prolazi kroz nas. I možemo sigurno "apsorbirati" puno vode. S izmjeničnom strujom slika je malo drugačija - sve će naše čestice tu i tamo "povući". Pijesak neće moći mirno proći vodu, a cjelina će se uzburkati. Dakle, odgovor na pitanje koja je struja opasnija, konstantna ili promjenjiva, odgovor je nedvosmislen - promjenjiva. Za referencu, po život opasan prag istosmjerne struje je 300 mA. Za AC ove vrijednosti ovise o frekvenciji i počinju od 35 mA. Pri struji od 50 herca 100mA. Slažem se, razlika od 3-10 puta sama po sebi odgovara na pitanje: što je opasnije? Ali to nije glavni argument u odabiru trenutnog standarda. Naručimo sve što se uzima u obzir pri odabiru vrste struje:
- Dostava struje na velike udaljenosti. Istosmjerna struja će se izgubiti gotovo sve;
- Transformacija u heterogenim električnim krugovima s neograničenom razinom potrošnje. Za istosmjernu struju, praktički nerješiv problem;
- Održavanje konstantnog napona za izmjeničnu struju je dva reda veličine jeftinije nego za istosmjernu struju;
- Pretvorba električne energije u mehaničku silu mnogo je jeftinija u AC motorima i mehanizmima. Takvi motori imaju svoje nedostatke i u nizu područja ne mogu zamijeniti istosmjerne motore;
- Za masovnu upotrebu, dakle, istosmjerna struja ima jednu prednost – sigurnija je za ljude.
Otuda i razuman kompromis koji je čovječanstvo odabralo. Ne samo jedna struja, već cijeli niz dostupnih transformacija od proizvodnje, isporuke do potrošača, distribucije i korištenja. Nećemo sve navesti, ali smatramo glavni odgovor na pitanje članka, "koja je razlika između istosmjerne i izmjenične struje", jednom riječju - karakteristike. Ovo je vjerojatno najispravniji odgovor za sve domaće potrebe. A da bismo razumjeli standarde, predlažemo da razmotrimo glavne karakteristike ovih struja.
Glavne karakteristike struja koje se danas koriste
Ako su za istosmjernu struju od otkrića karakteristike ostale općenito nepromijenjene, onda je s izmjeničnim strujama sve puno kompliciranije. Pogledajte ovu sliku - model toka struje u trofaznom sustavu od generacije do potrošnje 
S naše točke gledišta, to je vrlo ilustrativan model, na kojem je jasno kako ukloniti jednu fazu, dvije ili tri. Istovremeno, možete vidjeti kako to dolazi do potrošača.
Kao rezultat, imamo lanac proizvodnje, izmjenični i istosmjerni napon (struje) u fazi potrošača. Sukladno tome, što je dalje od potrošača, to su veće struje i napon. Zapravo, u našoj utičnici najjednostavnija i najslabija je jednofazna izmjenična struja, 220V s fiksnom frekvencijom od 50 Hz. Samo povećanje frekvencije može učiniti struju visokofrekventnom na ovom naponu. Najjednostavniji primjer je u vašoj kuhinji. Mikrovalni ispis pretvara jednostavnu struju u visokofrekventnu, što zapravo pomaže u kuhanju. Usput, odgovorimo na pitanje o snazi mikrovalne pećnice - to je samo koliko "obične" struje pretvara u visokofrekventne struje.
Vrijedno je zapamtiti da svaka transformacija struja nije "za ništa". Da biste dobili izmjeničnu struju, morate nečim rotirati osovinu. Da biste iz njega dobili istosmjernu struju, dio energije morate raspršiti kao toplinu. Čak i struje prijenosa energije morat će se raspršiti u obliku topline kada se isporuče u stan pomoću transformatora. Odnosno, svaka promjena trenutnih parametara popraćena je gubicima. I naravno, gubici su popraćeni isporukom struje potrošaču. Ovo naizgled teorijsko znanje omogućuje nam da shvatimo odakle dolaze naše preplate za energiju, uklanjajući polovicu pitanja zašto je na brojilu 100 rubalja, a na računu 115.
Vratimo se strujama. Sve smo spomenuli, a znamo čak i po čemu se istosmjerna struja razlikuje od izmjenične, pa se prisjetimo kakve struje uopće postoje.
- D.C, izvor je fizika kemijskih reakcija s promjenom naboja, može se dobiti pretvaranjem izmjenične struje. Varijacija je impulsna struja koja mijenja svoje parametre u širokom rasponu, ali ne mijenja smjer kretanja.
- Naizmjenična struja. Mogu biti jednofazni, dvofazni ili trofazni. Standardne ili visoke frekvencije. Dovoljna je takva jednostavna klasifikacija.
Zaključak ili svaka struja ima svoj uređaj
Fotografija prikazuje generator struje u HE Sayano-Shushenskaya. A na ovoj fotografiji mjesto njegove instalacije. 
A ovo je samo žarulja. 
Nije li istina da je razlika u razmjerima upečatljiva, iako je prvi nastao, pa tako i za rad drugoga? Ako razmislite o ovom članku, postaje jasno da što je uređaj bliži osobi, to se u njemu češće koristi istosmjerna struja. Uz iznimku istosmjernih motora i industrijske primjene, ovo je doista standard koji se temelji upravo na činjenici da smo otkrili koja je struja opasnija izravna ili izmjenična. Karakteristike kućnih struja temelje se na istom principu, budući da je izmjenična struja 220V 50Hz kompromis između opasnosti i gubitaka. Cijena kompromisa je zaštitna automatizacija: od osigurača do RCD-a. Udaljavajući se od osobe, nalazimo se u zoni prolaznih karakteristika, gdje su i struje i naponi veći i gdje se ne vodi računa o opasnosti za ljude, već se pazi na sigurnost - zona industrijske upotrebe struje. . Najdalje od čovjeka, čak i u industriji, je prijenos i proizvodnja energije. Ovdje obični smrtnik nema što raditi - ovo je zona profesionalaca i stručnjaka koji znaju kontrolirati ovu moć. Ali čak i uz kućnu upotrebu električne energije, a naravno i kod rada s električarom, razumijevanje osnova prirode struja nikada neće biti suvišno.
Koja je razlika između AC i DC
Opći pojam električne struje može se izraziti kao kretanje raznih nabijenih čestica (elektrona, iona) u određenom smjeru. A njegovu vrijednost karakterizira broj nabijenih čestica koje su prošle kroz vodič u određenom vremenskom razdoblju.
Ako vrijednost nabijenih čestica 1 privjeska prođe kroz određeni dio vodiča u vremenu od 1 sekunde, tada možemo govoriti o jakosti struje od 1 ampera koja teče vodičem. Tako se određuje broj ampera ili jačina struje. Ovo je opći koncept struje. Sada razmotrite koncept izmjenične i istosmjerne struje i njihovu razliku.
Konstantna električna struja, po definiciji, je struja koja teče samo u jednom smjeru i ne mijenja smjer tijekom vremena. Izmjeničnu struju karakterizira činjenica da s vremenom mijenja svoj smjer i veličinu. Ako je grafički istosmjerna struja prikazana kao ravna crta, tada izmjenična struja teče kroz vodič prema sinusnom zakonu i grafički se prikazuje kao sinusoida.
Budući da se izmjenična struja mijenja prema zakonu sinusoida, ona ima parametre kao što je period punog ciklusa, čije je vrijeme označeno slovom T. Frekvencija izmjenične struje je inverzna od razdoblja od puni ciklus. Frekvencija izmjenične struje izražava se kao broj kompletnih razdoblja u određenom vremenskom razdoblju (1 sek).
U našoj mreži izmjenične struje postoji 50 takvih razdoblja, što odgovara frekvenciji od 50 Hz. F = 1/T, gdje je period za 50 Hz 0,02 sek. F = 1 / 0,02 \u003d 50 Hz. Izmjenična struja označava se engleskim slovima AC i znakom "~". Istosmjerna struja ima oznaku DC i znak "-". Osim toga, izmjenična struja može biti jednofazna ili višefazna. U osnovi se koristi trofazna mreža.
Zašto je napon u mreži izmjenični napon, a ne konstantan
Izmjenična struja ima mnoge prednosti u odnosu na istosmjernu struju. Mali gubici tijekom prijenosa izmjenične struje u dalekovodima (TL) u usporedbi s istosmjernom strujom. Alternatori su jednostavni i jeftini. Prilikom prijenosa na velike udaljenosti preko dalekovoda, visoki napon doseže 330 tisuća volti s minimalnom strujom.
Što je niža struja u dalekovodu, manji su gubici. Prijenos istosmjerne struje na velike udaljenosti dovest će do znatnih gubitaka. Također, visokonaponski alternatori su puno jednostavniji i jeftiniji. Lako je pretvoriti izmjenični napon u niži napon pomoću jednostavnih transformatora.
Također, puno je jeftinije dobiti istosmjerni napon iz AC nego obrnuto, koristeći skupe DC-to-AC pretvarače. Takvi pretvarači imaju nisku učinkovitost i velike gubitke. Dvostruka pretvorba koristi se na putu prijenosa izmjenične struje.
Prvo prima 220 - 330 kV od generatora, te ga prenosi na velike udaljenosti do transformatora koji spuštaju visoki napon na 10 KV, a zatim postoje trafostanice koje spuštaju visoki napon na 380 V. Iz tih trafostanica električna energija divergira među potrošača i ide u kuće i električne ploče stambene zgrade.
Tri faze trofazne struje pomaknute za 120 stupnjeva
Za jednofazni napon karakteristična je jedna sinusoida, a za trofazni napon tri sinusoide, međusobno pomaknute za 120 stupnjeva. Trofazna mreža također ima svoje prednosti u odnosu na jednofazne mreže. To su manje dimenzije transformatora, elektromotori su i strukturno manji.
Moguće je promijeniti smjer vrtnje rotora asinkronog elektromotora. U trofaznoj mreži mogu se dobiti 2 napona - to su 380 V i 220 V, koji se koriste za promjenu snage motora i podešavanje temperature grijaćih elemenata. Korištenjem trofaznog napona u rasvjeti može se eliminirati treperenje fluorescentnih svjetiljki, za što su spojene na različite faze.
Istosmjerna struja se koristi u elektronici i svim kućanskim aparatima, jer se lako pretvara iz izmjenične struje dijeljenjem na transformatoru do željene vrijednosti i daljnjim ravnanjem. DC izvori su akumulatori, baterije, DC generatori, LED paneli. Kao što vidite, postoji značajna razlika između AC i DC. Sada smo naučili - Zašto u našoj utičnici teče izmjenična struja, a ne istosmjerna?
Sada je nemoguće zamisliti ljudsku civilizaciju bez struje. Televizori, računala, hladnjaci, sušila za kosu, perilice rublja - svi kućanski aparati rade na njemu. O industriji i velikim korporacijama da i ne govorimo. Glavni izvor energije za električne prijemnike je izmjenična struja. I što je to? Koji su njegovi parametri i karakteristike? Koja je razlika između istosmjerne i izmjenične struje? Malo ljudi zna odgovore na ova pitanja.
Varijabilna naspram konstante
Krajem devetnaestog stoljeća, zahvaljujući otkrićima na području elektromagnetizma, nastao je spor o tome kakvu struju treba koristiti za zadovoljavanje ljudskih potreba. Kako je sve počelo? Thomas Edison je 1878. osnovao svoju tvrtku koja je kasnije postala poznati General Electric. Tvrtka se brzo obogatila i stekla povjerenje investitora i običnih građana Sjedinjenih Američkih Država, jer je u cijeloj zemlji izgrađeno nekoliko stotina jednosmjernih elektrana. Edisonova zasluga je u izumu trožilnog sustava. Istosmjerna struja radila je izvanredno dobro s prvim elektromotorima i žaruljama sa žarnom niti. To su zapravo bili jedini prijemnici struje u to vrijeme. Brojilo, koje je također izumio Edison, radilo je isključivo na istosmjernoj struji. Međutim, Edisonovoj rastućoj tvrtki protivile su se konkurentske korporacije i izumitelji koji su htjeli suprotstaviti istosmjernu struju izmjeničnom strujom.
Nedostaci Edisonovog izuma
George Westinghouse, inženjer i poslovni čovjek, uočio je slabu kariku u Edisonovom patentu - ogromne gubitke u dirigentima. Međutim, nije uspio razviti dizajn koji bi mogao konkurirati ovom izumu. Koji je nedostatak Edisonove istosmjerne struje? Glavni problem je prijenos električne energije na udaljenosti. A budući da se s njegovim povećanjem povećava i otpor vodiča, to znači da će se povećati i gubici snage. Da biste snizili ovu razinu, potrebno je ili povećati napon, a to će dovesti do smanjenja snage same struje, ili zadebljati žicu (odnosno, smanjiti otpor vodiča). U to vrijeme nije bilo načina za učinkovito povećanje istosmjernog napona, pa su Edisonove elektrane držale napon blizu dvjesto volti. Nažalost, ovako preneseni tokovi energije nisu mogli zadovoljiti potrebe industrijskih poduzeća. Istosmjerna struja nije mogla jamčiti proizvodnju električne energije snažnim potrošačima koji su bili na znatnoj udaljenosti od elektrane. I bilo je preskupo povećati debljinu žica ili izgraditi više stanica.
AC vs DC
Zahvaljujući transformatoru koji je 1876. razvio inženjer Pavel Yablochkov, bilo je vrlo lako promijeniti napon izmjenične struje, što je omogućilo nevjerojatan prijenos na stotine i tisuće kilometara. Međutim, u to vrijeme nije bilo motora koji bi radili na izmjeničnu struju. Sukladno tome, nije bilo proizvodnih stanica i mreža za prijenos.
Izumi Nikole Tesle
Nedvojbena prednost trajnog nije dugo trajala. Nikola Tesla, radeći kao inženjer u tvrtki Edison, shvatio je da istosmjerna struja ne može osigurati struju čovječanstvu. Tesla je već 1887. godine dobio nekoliko patenata za uređaje izmjenične struje odjednom. Počela je cijela borba za učinkovitije sustave. Teslini su glavni konkurenti bili Thomson i Stanley. A 1888. srpski inženjer je odnio čistu pobjedu osiguravši sustav sposoban za prijenos električne energije na udaljenosti od stotina milja. Mladog izumitelja brzo je primio Westinghouse. Međutim, odmah je počeo sukob između tvrtki Edisona i Westinghousea. Tesla je već 1891. razvio trofazni sustav izmjenične struje, koji je omogućio pobjedu na natječaju za izgradnju ogromne elektrane. Od tada je izmjenična struja zauzela nedvosmislenu poziciju lidera. Onaj stojeći je gubio tlo pod nogama na svim frontama. Pogotovo kada su se pojavili ispravljači koji su mogli pretvoriti izmjeničnu struju u istosmjernu, što je postalo prikladno za sve prijemnike.
Definicija izmjenične struje
Primjer jednostavnog generatora
Kao najjednostavniji izvor koristi se pravokutni okvir od bakra, koji je pričvršćen na os i rotira u magnetskom polju pomoću remenskog pogona. Krajevi ovog okvira su zalemljeni na bakrene klizne prstenove koji klize preko četkica. Magnet stvara magnetsko polje ravnomjerno raspoređeno u prostoru. Gustoća magnetskih linija sile ovdje je ista u bilo kojem dijelu. Rotirajući okvir siječe te linije i na njegovim se stranama inducira izmjenična elektromotorna sila (emf). Svakim okretanjem smjer ukupnog EMF-a je obrnut, budući da radne strane okvira prolaze kroz različite polove magneta po zavoju. Budući da se mijenja brzina prelaska linija sile, mijenja se i veličina elektromotorne sile. Stoga, ako se okvir zakreće jednoliko, tada će se inducirana elektromotorna sila povremeno mijenjati i u smjeru i po veličini, može se mjeriti pomoću vanjskih instrumenata i, kao rezultat, koristiti za stvaranje izmjenične struje u vanjskim krugovima.
sinusoidnost
Što je? Izmjenična struja grafički je okarakterizirana valovitom krivuljom – sinusoidom. Prema tome, EMF, struja i napon, koji se mijenjaju prema ovom zakonu, nazivaju se sinusoidnim parametrima. Krivulja je tako nazvana jer je slika trigonometrijske varijable – sinusa. Sinusoidna priroda izmjenične struje je najčešća u cijeloj elektrotehnici.
Parametri i karakteristike
Izmjenična struja je pojava koju karakteriziraju određeni parametri. To uključuje amplitudu, frekvenciju i period. Potonji (označen slovom T) je vremenski period tijekom kojeg napon, struja ili EMF završavaju ciklus potpune promjene. Što je brža rotacija rotora generatora, to je kraći period. Frekvencija (f) se odnosi na broj kompletnih ciklusa struje, napona ili EMF-a. Mjeri se u Hz (hercima) i označava broj perioda u jednoj sekundi. Sukladno tome, što je razdoblje duže, to je niža učestalost. Amplituda takvog fenomena kao što je izmjenična struja naziva se njegovom najvećom vrijednošću. Amplituda napona, struje ili elektromotorne sile bilježi se slovima s indeksom "t" - U t I t, E t, respektivno. Često se efektivna vrijednost odnosi na parametre i karakteristike izmjenične struje. Napon, struja ili EMF, koji djeluje u krugu u svakom trenutku vremena - trenutna vrijednost (označena malim slovima - i, u, e). Međutim, teško je procijeniti izmjeničnu struju, rad koji ona obavlja, toplinu stvorenu trenutnom vrijednošću, budući da se ona stalno mijenja. Stoga se koristi struja koja karakterizira jakost istosmjerne struje koja tijekom prolaska kroz vodič oslobađa isto toliko topline koliko i izmjenična struja.
Davno, znanstvenici su izumili električnu struju. Prvi izum bio je trajni. Ali kasnije, dok je provodio eksperimente u svom laboratoriju, Nikola Tesla je izumio izmjeničnu struju. Među njima je bilo i ima mnogo razlika, prema kojima se jedan od njih koristi u niskostrujnoj opremi, a drugi ima sposobnost prevladavanja različitih udaljenosti s malim gubicima. Ali mnogo ovisi o veličini struja.
Izmjenična i istosmjerna struja: razlika i značajke
Na temelju definicija može se razumjeti razlika između izmjenične i istosmjerne struje. Da biste bolje razumjeli princip rada i značajke, morate znati sljedeće čimbenike.
Glavne razlike:
- Kretanje nabijenih čestica;
- Način proizvodnje.
Izmjeničnom strujom nazivamo takvu struju u kojoj nabijene čestice mogu promijeniti smjer kretanja i veličinu u određenom trenutku. Glavni parametri izmjenične struje uključuju njezin napon i frekvenciju.
Trenutno javne električne mreže i razni objekti koriste izmjeničnu struju, s određenim naponom i frekvencijom. Ovi parametri su određeni opremom i uređajima.
Bilješka! U kućanskim električnim mrežama koristi se struja od 220 volti i frekvencija sata od 50 Hz.
Smjer gibanja i frekvencija nabijenih čestica u istosmjernoj struji ostaju nepromijenjeni. Ova struja se koristi za napajanje raznih kućanskih uređaja, poput televizora i računala.
Zbog činjenice da je izmjenična struja jednostavnija i ekonomičnija u smislu proizvodnje i prijenosa na različite udaljenosti, postala je temelj za elektrifikaciju objekata. Izmjenična struja se proizvodi u raznim elektranama iz kojih se putem vodiča napaja potrošaču.
Istosmjerna struja se dobiva pretvaranjem izmjenične struje ili kemijskim reakcijama (na primjer, alkalna baterija). Za pretvorbu se koriste strujni transformatori.
Koja je razina napona prihvatljiva za osobu: značajke
Kako bi se znalo koje su vrijednosti električne struje dopuštene za osobu, sastavljene su odgovarajuće tablice koje pokazuju vrijednosti izmjeničnih i istosmjernih struja i vremena.
Parametri izloženosti električnoj struji:
- Vlast;
- Frekvencija;
- Vrijeme;
- relativna vlažnost.
Dopušteni kontaktni napon i struja koji prolaze kroz ljudsko tijelo u različitim načinima električnih instalacija ne prelaze sljedeće vrijednosti.
Izmjenična struja 50 Hz, ne smije biti veća od 2,0 V i struja od 0,3 mA. Struja s frekvencijom od 400 Hz, naponom od 3,0 Volta i jakosti struje od 0,4 mA. DC napon 8 i struja 1 mA. Sigurno izlaganje struji s takvim pokazateljima, do 10 minuta.
Bilješka! Ako se električni radovi izvode na povišenim temperaturama i visokoj relativnoj vlažnosti, te se vrijednosti smanjuju za faktor tri.
U električnim instalacijama napona do 100 volti, koje su gluho uzemljene, ili je nul izoliran, sigurne struje dodira su sljedeće.
Izmjenična struja 50 Hz s rasponom napona od 550 do 20 volti i jakosti struje od 650 do 6 mA, izmjenična struja 400 Hz s naponom od 650 do 36 volti i istosmjerna struja od 650 do 40 volti, ne bi smjele utjecati na ljudsko tijelo unutar granice od 0,01 do 1 sekunde.
Opasna izmjenična struja za ljude
Vjeruje se da je za ljudski život najopasnija izmjenična električna struja. Ali to je pod uvjetom, ako ne ulazite u detalje. Mnogo ovisi o različitim količinama i čimbenicima.
Čimbenici koji utječu na opasan utjecaj:
- trajanje kontakta;
- Put električne struje;
- Struja i napon;
- Koliki je otpor tijela.
Prema pravilima PUE-a, najopasnija struja za osobu je izmjenična struja s frekvencijom koja varira od 50 do 500 Hz.
Vrijedi napomenuti da, pod uvjetom da jačina struje ne prelazi 9 mA, tada se svatko može osloboditi strujnog dijela električne instalacije.
Ako je ta vrijednost prekoračena, tada je osoba potrebna vanjska pomoć kako bi se riješila učinaka električne struje. To je zbog činjenice da je izmjenična struja mnogo sposobnija pobuđivati živčane završetke i uzrokovati nevoljne grčeve mišića.
Primjerice, pri dodirivanju dijela uređaja pod naponom unutarnjom stranom ruke, grč mišića će s vremenom sve jače stegnuti šaku.
Zašto je izmjenična struja opasnija? S istim vrijednostima jačine struje, izmjenična utječe na tijelo nekoliko puta jače.
Budući da izmjenična struja utječe na živčane završetke i mišiće, vrijedno je razumjeti da ovaj volumen također utječe na rad srčanog mišića. Iz čega proizlazi da se u kontaktu s izmjeničnom strujom povećava rizik od smrti.
Važan pokazatelj je otpor ljudskog tijela. Ali kada ga udari izmjenična struja visokih frekvencija, otpor tijela se značajno smanjuje.
Koliko je istosmjerna struja opasna za osobu
Opasno za ljude, može biti istosmjerna struja. Naravno promjenjivo, deset puta opasnije. Ali ako uzmemo u obzir struje u različitim količinama, onda izravna može biti puno opasnija od izmjenične.
Utjecaj istosmjerne struje na osobu podijeljen je:
- 1 prag;
- 2 prag;
- 3 prag.
Kada su izloženi istosmjernoj struji prvog praga (struja je primjetna), ruke počinju malo drhtati, a pojavljuju se lagani trnci.
Drugi prag (struja se ne oslobađa), u rasponu od 5 do 7 mA, najmanja je vrijednost pri kojoj se osoba ne može sama osloboditi vodiča.
Ova struja se smatra neopasnom, jer je otpor ljudskog tijela veći od njegovih vrijednosti.
Treći prag (fibrilacija), pri vrijednostima od 100 mA i više, struja snažno utječe na tijelo i unutarnje organe. U tom slučaju struja na ovim vrijednostima može uzrokovati kaotičnu kontrakciju srčanog mišića i dovesti do njegovog zaustavljanja.
Na jačinu udara utječu i drugi čimbenici. Na primjer, suha ljudska koža ima otpor od 10 do 100 kOhm. Ali ako se dodir dogodio s mokrom površinom kože, tada je otpor značajno smanjen.
