У чому різниця між змінним та постійним струмом? Думки інженерів-електриків

Peter Withers

Змінний струм поширюється дротом, використовуючи «скін-ефект». По суті, електрика поширюється поверхнею провідника, а не проникає у провід. Постійний струм використовує весь провід.

Люди скажуть вам, що змінний струм поширюватиметься дротом далі, ніж постійний. Ну... все не так просто. Те, наскільки далеко електрика може поширюватися дротом, визначається його напругою. Чим вище напруга, тим далі вона може поширюватися. Коли Тесла, Едісон, Вестінгауз, Шалленбергер і всі герої ранньої електрики ще були у справі, єдиною технологією, яка могла підвищувати та знижувати напругу, був трансформатор, який може перетворювати лише змінний струм. Трансформатори настільки хороші в блокуванні постійної напруги, що одне з їх найбільших застосувань полягає саме в цьому - наприклад, в ламповому підсилювачі динамік підключений до кінцевого каскаду посилення за допомогою трансформатора, щоб утримувати постійний струм подалі від звукової котушки динаміка. У сучасну епоху у нас є обладнання, яке може підвищувати або знижувати дуже високу напругу постійного струму, тому багато потужних ліній електропередач передають постійний струм напругою 600 000 вольт. Є кілька переваг перетворення вашої трифазної лінії електропередачі змінного струму в постійний струм - кожен провід переносить більше електрики через те, що постійний струм проникає по всьому дроту, в системі менше втрат, і передача змінного струму розглядає три дроти як один провідний шлях, але при передачі постійного струму ці три дроти. Недоліком є те, що обладнання, необхідне на кожному кінці лінії для підвищення та зниження напруги постійного струму, набагато дорожче за трансформатор.

Steve Jones

«Змінний струм переміщається дротом, використовуючи «скін-ефект». По суті, електрика переміщається поверхнею провідника, а не проникає у провід. Постійний струм використовує весь провід».

Це помилка. Справді, «скін-ефект» існує, але глибина цього скіна залежить як від частоти, і від характеристик провідника. У разі частоти мережі змінного струму глибина скіна досить велика. Для міді при 60 Гц вона становить близько 8,5 мм (10,6 мм в алюмінії), що означає, що мідний провід має бути близько 17 мм у діаметрі (близько двох третин дюйма), перш ніж опір значно збільшиться. Це також не жорстке обмеження. Звичайне побутове проведення ніколи не наближається до цієї площі поперечного перерізу.

Мідний кабель діаметром 17 мм може передавати близько 5000 амперів без перегріву при 60 Гц. Звичайно, постійний струм у цьому відношенні кращий і має менше втрат в інших областях за рівних струмів. Однак якщо ми почнемо мати справу з частотами в діапазоні ГГц, це буде інша справа. У міді 1 ГГц змінний струм має глибину скін-шару лише близько 2 мікрон. Тоді опір стає дуже високим, тому для потужної потужності ГГц використовують хвилеводи, а не кабелі.

Herman Vanmunster

Основна причина, по якій постійний струм може передаватися на великі відстані більш ефективно, ніж змінний струм (при тому ж рівні середньоквадратичного напруги і тієї ж активної потужності, що передається), полягає у відсутності втрат реактивної потужності в постійному струмі. Для дуже довгих ліній електропередач реактивний опір лінії може призвести до того, що потужність буде перескакувати між джерелом і навантаженням без фактичної (активної) передачі потужності до джерела. Цей ефект набагато важливіший за скін-ефект для передачі електроенергії на дуже великі відстані. Цей ефект ще важливіший у кабелях. Ємнісний опір кабелю набагато вищий за індуктивний опір повітряної лінії. Причиною цього є коротка відстань між кабелями.

Peter Withers

По суті, постійний струм просто тече в одному напрямку, змінний струм змінює полярність 50 або 60 разів на секунду і керуватиме трансформаторами та асинхронними двигунами, побутові мережі змінного струму. У Великобританії використовують лише одну фазу із трифазної системи із загальною нейтраллю, тому ми отримуємо не справжній змінний струм, а пульсуючий постійний струм, тому що він не змінює полярність. Дуже заплутана тема.