В мире электричества все еще задают вопрос: в чем разница между переменным током (AC) и постоянным током (DC)? Здесь Герейнт Томас обращается к истории.
Давайте начнем отвечать на этот вопрос с небольшой истории о том, как было открыто электричество. Как мы нашли эту невидимую форму энергии? Возможно, самое значительное открытие было сделано в 1600-х годах человеком по имени Уильям Гилберт, который служил врачом Елизаветы первой в Англии. Уильям обнаружил в ходе экспериментов по трению янтаря и гагата (черного янтаря) друг о друга, что это притягивает частицы, прилипающие к ним, и таким образом был обнаружен магнетизм.
Хотя это очень простая форма электричества, она послужила началом для других изобретателей и врачей, чтобы расширить теорию. С помощью немецкого изобретателя Отто фон Герике, который обнаружил, что вакуум может образовываться, Гилберт смог создать машину, которая создавала статическую энергию; первый в истории электрический генератор. Итак, именно здесь был обнаружен первый источник постоянного тока.
В 1799 году Джозеф Генри родился в Олбани, штат Нью-Йорк. На протяжении всей своей карьеры он работал помощником инженера изыскательской группы, позже перейдя с этой работы на изучение гражданского строительства и машиностроения. С переменой в учебе Генри начал работать с магнитами. Он обнаружил, что когда провод наматывался в катушки и возбуждался магнитами и батарейками, электрические свойства изменялись.
В результате этих исследований Генри в партнерстве с Майклом Фарадеем открыл принципы, лежащие в основе динамо-машины, и был разработан электрический генератор, позволивший впоследствии разработать электродвигатель.
Однако именно Томас Эдисон вывел эти теории на новый уровень, создав в 1881 году самую большую в истории динамо-машину, известную как динамо-машина Эдисона. Вслед за Эдисоном Европа и Америка построили первые электростанции для распределения электроэнергии, чтобы поддерживать использование электроэнергии для питания освещения. Однако, поскольку динамо-машина все еще вырабатывала электричество постоянного тока, возникла необходимость в дальнейшем распространении электроэнергии по всему миру. Возникла острая необходимость найти способ сделать это без потерь мощности, связанных с перемещением постоянного тока на большие расстояния. Таким образом, из всей работы, проделанной Джозефом Генри и Майклом Фарадеем, был создан переменный трансформатор.
В конце 19 века Томас Эдисон, Никола Тесла и Джордж Вестингауз спорили о том, какая система электроснабжения, постоянного или переменного тока, станет стандартной. Это было названо “войной токов”; Эдисон настаивал на системе постоянного тока, в которой электрический ток непрерывно течет в одном направлении, в то время как Тесла и Вестингауз хотели, чтобы переменный ток был основным источником энергии в мире.
Так появилось электричество переменного тока, позволившее электричеству преодолевать большие расстояния, чтобы питать растущий мир, который мы видим сегодня.
Теперь мы знаем, как были открыты эти две формы электричества, это позволит нам ответить на вопрос о том, в чем разница между электричеством переменного и постоянного тока?
Основные различия заключаются в названиях «переменный» ток и «постоянный’ ток. Электричество постоянного тока — это электричество, текущее в постоянном направлении с напряжением постоянной полярности (термин, используемый для описания протекания тока в электрической цепи). Электричество переменного тока — это напряжения, чередующиеся по полярности естественным образом, меняющие свою положительную и отрицательную стороны с течением времени.
Способ производства электроэнергии также имеет ключевые отличия из-за способа производства электроэнергии генераторами. Электричество переменного тока может вырабатываться относительно легко по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока состоят из магнитного поля, вращающегося вокруг неподвижных катушек; при его вращении будет создаваться переменное напряжение, когда магнит проходит через проволочные катушки.
Хотя генераторы постоянного тока также работают по принципу электромагнитной индукции, способ их соединения сильно отличается от генерации переменного тока. В генераторах постоянного тока проволочная катушка является частью вала, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой осуществляются через неподвижные угольные “щетки”, контактирующие с медными полосками на вращающемся валу. Все это необходимо для переключения изменяющейся выходной полярности катушки, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность.
На практике переменный ток намного проще производить, и сегодня он стал более распространенным способом производства электроэнергии. Это также связано с тем, что мы узнали об истории электричества: постоянный ток не обладает такой же способностью, как переменный ток, преодолевать расстояния из-за потери мощности. Вот почему мы используем переменный ток в наших домах и на заводах.
Постоянный ток можно транспортировать на большие расстояния, но стоимость инфраструктуры и размер кабеля делают его слишком дорогостоящим для использования в качестве обычного способа подачи энергии тем, кто в ней нуждается. Но даже сегодня есть много отраслей промышленности, которые все еще используют постоянный ток, таких как сталелитейные заводы. Это связано с типом применения и непомерно высокой стоимостью замены всего оборудования на переменный ток.
Еще одно ключевое различие между переменным и постоянным током заключается в том, что постоянный ток используется в приложениях с низким напряжением, например, для зарядки аккумуляторов. Для этого нельзя использовать источник переменного тока, поскольку переменный ток меняет полярность до 50 или 60 раз в секунду (частота переменного тока составляет 50 или 60 Гц). Кроме того, источник переменного тока имеет положительный полупериод синусоидальной волны и отрицательный полупериод. Это означает, что положительный цикл будет компенсирован отрицательным циклом, так что напряжение и токи в цикле будут в среднем равны нулю, не позволяя накапливать какой-либо заряд.
Изучив два различных типа электроснабжения, вы можете увидеть, что оба они имеют свои преимущества и недостатки в современном мире.