engineering_ru | Мечтания о сетях постоянного тока

Entry tags:

Мечтания о сетях постоянного тока

Весь мир гудит на частоте 50 Герц (или около того). В огромных городах и на далеких островах слышен этот всеобщий тон. Так «поют» трансформаторы, преобразующие напряжение переменного тока, например, от линии 10 000 вольт до 380/220 вольт, подводимых к дачным домикам.

Для электроприборов переменный ток частоты 50 Гц обычно не нужен. Лампы накаливания и утюги одинаково работают от постоянного и от переменного тока. Частоту 50-60 Гц как раз и выбрали, чтобы лампочка не мигала, чтобы глазу были незаметны изменения яркости. Для других приборов нужен постоянный ток или переменный ток другой частоты, например, 400 Гц, поэтому электрическую энергию, полученную «из розетки 220 вольт 50 Гц» приходится преобразовывать применительно к электроприбору, чаще всего, превращать в энергию постоянного тока, т.е. «выпрямлять».

Когда-то переменный ток частоты 50 Гц придумали как раз потому, что его удобно преобразовывать, им можно управлять. И привыкли к тем неудобствам, которые приносят ненужные потребителю 50 Гц.

Но сети постоянного тока существуют, например, для обслуживания электротранспорта. И работы по управлению сетями постоянного тока ведутся. Вот изобрели новое устройство: гибридное реле - решена задача, 100 лет мучившая инженеров.

Может быть, найдут способ управлять постоянным током также эффективно как переменным, и частота 50 Герц уйдет в прошлое, как ушли ламповые радиоприемники, черные грампластинки, пяти- и трехдюймовые дискеты.

Flat | Top-Level Comments Only

зачем нужен постоянный ток? головняка с ним больше, потом, главный потребитель промышленность, а там ток как раз переменный нужен. И еще - как вырабатывать постоянный ток?

Объясните, пожалуйста, чайнику в электричестве. Про войну токов все знают. В свой время одним из доводов Эдисона против переменного тока была его опасность для жизни. А что, переменным током убить нельзя?

Переменным убить можно.
Попробуйте сунуть пальцы в розетку :)
Я уже смутно помню, там есть некоторые различия в механизме поражения организма, между переменным и постоянным током. Но результат одинаковый :)

Прошу прощения, думаю об одном, пишу о другом. Я имел в виду - постоянным током можно убить?

Можно.
Мне ссылка не очень понравилась, но в первом приближении всё объясняют http://electricalschool.info/main/electrobezopasnost/44-dejjstvie-jelektricheskogo-toka-na.html

В общем, Эдисон хитрил или не знал - говорил о напряжении до 400...600 вольт, а выше-то постоянный ток ещё опасней переменного. Спасибо.

Самый опасный момент для жизни — это коммутация постоянного тока на разрыв.

Коммутация постоянного тока на разрыв - это что? (когда все получали зачёт по электротехнике, я рисовал плакаты)

при разрыве токоведущих частей с постоянным током возникает более устойчивая дуга, т.к. переменный ток периодически меняет фазу с переходом через ноль, когда дуга может погаснуть.

Примерно понятно, спасибо.

С переменным а лучше 3х фазным есть полезный плюс - дуговая защита. Это один важный и жирный момент.
График постоянного I не зря обозначается как ------- , линия, обычное напряжение подразумевает SIN, или меандр (квазисинусоида), то есть переход через ноль, что при COS Ф = 1 позволит быстрее и качественнее разомкнуть цепь, воспользовавшись моментом что при переходе напряжения через ноль не происходит подпитка электронами и атомно - молекулярным мусором горящую дугу, что при использовании дугогогасительных камер, направленных на деионизацию среды, погасить ее сможет без проблем, в случае с постоянным током больших значений при одинаковой толщине контакта приходиться снижать коммутирующие значения так как эффективность гашения дуги падает и соответственно для коммутации одинаковой мощности требуется больше меди, что нерационально. В случае с высоковольтными устройствами, там есть понятие "разъединитель", который из за отсутствия системы дугогашения запрещено трогать под напряжением (тупо - два куска шины, входящие друг в друга, как бытовой выключатель, только большой) и выключатели (ну да, весом в 200 кг и размером с 2 хорошие тумбочки как минимум, это выключатель), оснащенные системами сред на основе масла, вакуума и инертных газов, это обусловлено большими коммутируемыми токами и напряжениями, воздуха для предотвращения и гашения уже не достаточно, аналогичные среды применяются и при низком напряжении (<1kV), но опять же большими токами. А если его отбросить? Легко, вот только медь и особый жаропрочный металл испаряется в пар и намертво сваривается с керамикой опорных изоляторов, которые от полученной энергии раскалываются, температура под ~3000 С). Так вот, обычные распред устройства в подвале девятиэтажного дома как имеют в качестве диэлектрика воздух, а вот коммутации постоянного тока про воздух придется скорее всего забыть, что чревато удорожанием и так не дешевых коммутационных устройств.
Почему вся микроэлектроника питается в основном не больше 12В постоянного тока? Все просто - дуга образуется после 12В и достаточного большого тока, поэтому негативных моментов с толщиной меди нет, да и зачем больше?
Второй момент - сами генераторы постоянного тока очень сложны в производстве, имеют сложную магнитную систему, поэтому в автотранспорте пошли по на первый момент нелогичному пути сначала получить ~14V и из них, пропустить через диодный мост и стабилизатор получить 12 VDC. А ведь один небольшой склад на работу офиса и свет и так, по мелочи тратит 2 МВТ энергии, это 2 000 000 ватт. Вот и выпрямить это как то надо, передать, и во сколько оно станет?
Дальше. Первичные цепи, вроде понятно, есть еще вторичные Это то что управляет большим и сильным железом, оно без него кусок стали и пластика. Эта сложная, изощренная механика, электроника, электротехника, настроена или на переменку или на постояннку. Выкинуть и забыть? Хорошо, только оплатите модернизацию. Стоимость одного мозга, управляющего ячейкой на 6000 В и порядка 10 МВт (мегаватт) не надежные русские по ценам 2008 года - порядка 1000 - 1500 долларов США, Немецко - французкий Шнайдер Электрик - Мерлин Джерин - 2000 - 2500 долларов США. То есть самое простое. Среднее количество ячеек небольшого предприятия в районе 30, а в горсетях измеряться может и сотнями. А еще работа асов монтажников - релейщиков. А еще простой на модернизацию. Лучше плюнуть и забыть, что и сделали в Японии, разделив страну на 50 и 60 Гц - последнее лучше, поэтому у нас и 50 Гц - проще и выгоднее работать с тем что есть.

Поэтому наиболее перспективно заведение трехфазных сетей, объедение их в однофазные перед частью потребителей, что позволит и избежать перекоса фаз и как следствие скачков и просадки напряжения, выдача части потребителей 3х фазного напряжения - это полезно для моторов, например, и части потребителей - уже постояннку, поскольку диодные мосты и системы фильтрации для токов до 25А и до 1КВ стоят действительно копейки.
Информация вроде известна любому электрику, проработавшему в отрасли года 2...

Я конечно, не великий специалист, но вроде как тут какой-то бред написан

Вы правы, причем бред полный

>> Может быть, найдут способ управлять постоянным током также эффективно как переменным, и частота 50 Герц уйдет в прошлое, как ушли ламповые радиоприемники, черные грампластинки, пяти- и трехдюймовые дискеты.

Постоянным (и переменным) током уже давно научились управлять достаточно эффективно.
У переменного тока преимуществ всё же больше чем у постоянного. Поэтому никогда никуда 50Гц не уйдут.

А что делать с падением напряжения?

Т.е. постоянное напряжение не падает ))) ?

Я то как раз знаю о падении напряжения, потому и спрашиваю у автора, что с ним делать.

И трансформаторы как раз преобразуют ток только переменный и это УДОБНО, представьте резистивный делитель - это печка, а автотрансформатор?
Генераторы (большинство) - вращающиеся машины, вырабатывают переменный ток - УДОБНО.
400 Гц - бортовая сеть - меньшие габариты на этой частоте.
Новые троллейбусы имеют асинхронный двигатель переменного тока - УДОБНО - нет трущихся частей. Там постоянный ток преобразуется в переменный.
На большие расстояния передавать электроэнергию надо на высоком напряжении (330, 750 кВ), чтобы уменьшить ток, меньше потери. Но не заведешь ведь такое напряжение домой. Есть импульсные преобразователи с КПД под 100%, но как они загадят эфир на мощностях средней подстанции (50 - 200 МВА).
Трансформатор гудит с частотой 100 Гц у нас, причиной тому магнитострикция - четная функция поля. Не важна полярность - деформация стали сердечника будет в одну и ту же сторону. За один период колебания поля сталь изменяет форму дважды за счет сил вызывающих упругие деформации. На самом деле, есть и магнитоупругий эффект (нечетная функция поля), но слабо выражен, магнитострикция сильнее - описывается параболой, магнитоупругий эффект - прямая
Не по сути статьи... но все же....
P.S. И все же на 50 Гц он тоже гудит еле-еле

Edited 2012-11-19 09:35 (UTC)

Отличный коммент, гораздо интереснее поста, спасибо)

Даешь беспроводную электрификацию страны!

Будет и такое, когда космические электростанции будут посылать, энергию на землю
на частоте 12 Ггц, как в TV. Лови и питай электромобили и холодильники.Только "тарелок"
понадобиться много, а то большая часть пропадет.

Только голову фольгой придётся оборачивать

Да, это правда, понадобятся зонтики из стеклопроволочной ткани. Но ведь коллега хотел без проводов.

Сети постоянного тока уже есть (http://en.wikipedia.org/wiki/High-voltage_direct_current). Но переменный ток никуда не денется из-за одной лишь вездесущей инфраструктуры для него. Но в каждой современной осветительной лампе стоит электронный преобразователь с небольшим КПД, в каждом компьютере и телевизоре стоит преобразователь в DC. Это огромное количество нагрузок и потому очень много денег. Кроме того, например, один мощный преобразователь 380AC->42DC в доме потеряет в сумме гораздо меньше энергии, чем десятки маленьких малогабаритных преобразователей в маломощных конечных нагрузках, а может и сам он будет дешевле, надёжнее и долговечнее -- раз в три года его менять вместе с бытовой техникой было бы не нужно. Для современных промышленных нагрузок DC тоже может быть интереснее AC -- моторы с цифровым управлением, эффективное освещение, прочее сложное оборудование не работают напрямую от 50Гц, там везде преобразование и сопутствующие ему потери энергии и затраты на преобразователи. Главный мотиватор -- экономика, и если DC будет выгоднее, AC неизбежно будет вытесняться по мере замены техники. Главный тормоз -- инерция ума и failure of imagination.

Хи хи в бороду. Посмотрите принцип работы импульсного источника питания - из синусоиды сделать постоянный ток и его уже нарезать с помощью ключа и PWM в меандр с частотой 1 Мгц, после чего его преобразовать снова в DC и сгладить. Не слишком ли сложно?
Вы про люминесцентные? Ставьте LED
Светодиодное освещение - там посложнее, уже и схем больше, но есть которые прекрасно работают почти без россыпухи на 220 VAC.
Опять же что такое 80% промышленных электродвигателей в нашей стране? Правильно - обмотка на 1 или 3 фазы и "беличье" колесо из алюминия залитое в шинопровод - асинхронный электродвигатель. Скорость до 2 000 оборотов, неплохой момент, идеально подходит для насосов а в остальных случаях - коробки передач и редуктора.
А что такое постоянный электродвигатель? Это коллекторная машина, тут из за высокой скорости на валу и низкого момента обязательно нужен передаточный орган, плюс обслуживание сложнее и дороже; в любом случае когда нужно будет этим управлять непосредственно на моторе потребуются мощные IGBT транзисторы или тиристоры или симисторы, только асинхронной машиной можно не искать мощного выпрямителя, а работать с тем что пришло из РУ. Проще же?

Автор написал весьма спорный пост, видимо, у него возникли вопросы и он хочет получить ответы на них. А может быть, он знает вопрос достаточно хорошо и просто провоцирует. Его право.
Но..., очень жаль, что ПОЧТИ ушли в прошлое черные грампластинки, очень даль. А еще жаль, что ПОЧТИ ушла в прошлое магнитная лента для звукозаписи....
З.Ы. Посмотрите на любую лампу дневного света, которая установлена в простой светильник, без умножителя напряжения. И вы увидите, как она бьет по глазам именно с частотой 50 Гц!
400 Гц, а лучше 800 и вашим глазам ничего не будет угрожать.

Это действительно больше смахивает на провокацию!
И вот почему: не нужно быть большим спецом в электричестве, достаточно курса школьной физики, чтобы узнать такую ну очень страшную тайну о том, что постоянный ток очень неохотно поддается изменениям. А вот ток переменный как раз и удобен тем, что его достаточно удобно преобразовать в любую сторону - будь то понижение или повышение.
Мало того. Любой генератор производит именно и только переменный ток - ну так ему положено законами физики и есть ли смысл терять лишние мегаватты энергии на его преобразование в постоянный?
Тут троллейбус упоминали...
Так вот - бред это!
Почему?
Разница в ТТХ двигателей переменного тока и тока постоянного.
И, в первую очередь это касается регулировки частоты оборотов.
Говоря проще, у каждого из этих типов двигателей своя область применения и конфликтовать им не приходиться.
Почему же двигатели постоянного тока, то бишь коллекторные машины не получили такого распространения?
А куда деть пару коллектор-щетки?
И главным минусом становится сложность обслуживания и недолговечность таких двигателей, так как коллектор неизбежно стирается.
Так мало того!
В якоре машины постоянного тока работает как раз ток переменный! И течет он там с частотой в 50 Гц!
Еще одно замечание меня очень удивило - это про 400 Гц.
Это какие-такие электроприборы у нас рассчитаны на такую частоту?
Нет, я знаю один сектор их применения - на такую частоту, но напряжение в 36 или 42 вольта делались дрели, болгарки и прочий электроинструмент для строителей, когда им приходилось работать в зонах повышенной влажности, где применение электрооборудования, которое рассчитано на 220 вольт, запрещалось нормами техники безопасности. Все же остальное как было оно рассчитано на 50 Гц, так оно рассчитывается и дальше.
И, что самое-то интересное!
Частота 50 Гц не есть истина в последней инстанции!
Это всего лишь один из стандартов.
А есть еще стандарт и в 60 Гц!
Он используется в Японии и в Южной Корее. И это чисто их стандарт, так как то, что идет на экспорт, обычно делается под 50 Гц.
Так что провокация все это! Провокация!

Да, у джапов частота 60 Гц и промышленное напряжение 440В/60Гц, а не как у нас 380/50.

С современной электроникой постоянный ток легко поддается изменениям. Большинство БП в электронной технике сейчас импульсные. Знаете как они работают? Первым делом выпрямляют переменный ток без трансформации в постоянный, потом преобразуют постоянный вновь в высокочастотный (килогерцы) переменный с широтно-импульсной модуляцией и конвертируют его в любое нужное напряжение. Компактней трансформторов и КПД гораздо выше. В принципе, любой компьютер, телевизор или зарядник для телефона сейчас будет работать от постоянного тока без модификаций, причем в широком диапазоне входных напряжений, вроде 90-260 В. Мало того, переменный ток создает изрядные проблемы для работы импульсных БП, т.к. они потребляют ток узкими пиками, а неравномерно по синусоиде, в результате требуются схемы компенсации коэффициента мощности.

Что касается двигателей. Асинхронные двигатели переменного тока простые и мощные, это да. Но чтобы ими управлять часто применяют преобразователи частоты (хотя это далеко не единственный вариант). Знаете как он работает? Выпрямляет переменный ток и инвертором формирует переменный нужной частоты. Тем временем существуют весьма эффективные бесколлекторные (brushless) двигатели постоянного тока.

Кстати, 60 Гц в сети помимо мелкой Японии еще и в США используется.

60 Гц:

Американское Самоа
Ангилья
Антигуа
Аруба
Багамские острова
Белиз
Бермудские острова
Бразилия
Венесуэла
Виргинские острова
Гаити
Гайана
Гватемала
Гондурас
Гуам
Доминиканская Республика
Каймановы острова
Канада
Колумбия
Коста Рика
Куба
Мексика
Микронезия
Монтсеррат
Никарагуа
Окинава
Панама
Перу
Пуэрто-Рико
Сальвадор
Саудовская Аравия
Сент-Китс и Невис
Суринам
Таити
Тайвань
Тринидад и Тобаго
Филиппины
Эквадор
Южная Корея
Япония

Похоже это с Америки и пошло! Недаром ведь частоту 50 гц называют европейским стандартом!

Но тут еще вот что важно! Остается нерешенным вопрос - что же делать с выработкой и транспортировкой энергии? Тут без переменного тока никак!
Про то как изменяется частота вращения асинхронного двигателя я знаю. Как и то, что она признана достаточно неэффективной. по иному и быть не может, так как конструкция стандартного асинхронника рассчитана на 50 гц и изменение частоты ведет к излишнему нагреву обмоток.
Поэтому-то двигатели постоянного тока и нашли свою экологическую нишу и преспокойно там живут!
Тут еще вопрос в том, что реальные схемы преобразования напряжения постоянного тока появились только в последнее время.
Раньше ведь как в трамвае получали нужные для управления 28 Вольт?
Устанавливался отдельный двигатель постоянного тока напряжением в 550 Вольт, который крутил генератор, вырабатывающий ПЕРЕМЕННЫЙ! ток, который потом снова выпрямлялся, а уж потом шел в бортовую сеть.
Вот такая совершенно неудобная система! А уж про потери энергии я и не говорю!
Сейчас, с развитием электроники, ту же задачу, что решало пара сотен килограмм железа и меди, решает пара выкрашенных в серое ящиков.
И потери стали меньше, и система надежнее!
НО!!!
Переменный ток используется как стандарт слишком уж давно.
А теперь попробуйте посчитать затраты на замену всего и вся!
Если учесть, что вся бытовая техника в которой стоят двигатели, рассчитана именно на 220 Вольт переменного тока. Причем это только малая часть проблемы.
Переменные 220 Вольт - это просто выработанный стандарт, не более того!
Ну, переменили стандарт, сделали ток постоянным - и что?
Вы от блоков питания все равно не избавитесь - если уж в этом закавыка - ведь стандарт будет один, а напряжений нужно очень много.
От 1,5 вольт на блоки питания мобильников, до...
То есть преобразователи напряжения все равно будут и никуда вы от них не уйдете!
А вот энергия явно подорожает!
Хотя бы за счет затрат на установку выпрямителей и неизбежных потерь при выпрямлении тока.
Ведь от главного вы все равно не уйдете - генераторы вырабатывают переменный ток!

Да, все правильно, менять стандарты трудно, а в данном случае наверное и не нужно, явного профита в этом не видно. Генераторы бывают и постоянного тока, кстати. А вообще на эту тему есть статья в Википедии: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B9%D0%BD%D0%B0_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%B2 (Блин, тут еще и ссылки нельзя вставлять. Гипертекст без ссылок, гениально.)

В генераторах постоянного тока стоят диодные мосты.

Нет. Т.е. такой вариант тоже применяется, но вообще в генераторе постоянного тока выпрямление происходит за счет переключения множества обмоток на коллекторе. Таким образом можно существенно уменьшить частоту пульсаций, а диоды становятся не нужны.

Угу! Я таки до Вики добрался и статью прочитал.
Тут, видимо, вопрос технологический, ведь даже в трамваях и троллейбусах очень долго стояли генераторы переменного тока с выпрямителями, хотя уж там переменка не нужна была вовсе.

Дык переменный ток распространен не потому что он удобен, например для преобразования в трансформаторах, но прежде всего потому что генераторы - от гидро до атомных вырабатывают изначально именно переменный ток. Что такое синусоида - это движение по окружности с постоянной угловой скоростью. Генератор - это постоянный магнит вращающийся с постоянной угловой скоростью внутри статора - обмотки. Изначально на выходе именно переменный ток с частотой вращения ротора. Для получения постоянного требуются выпрямители - с потерями, например на нагрев.

Вот и получается, что генераторы = переменный ток. Генераторы (ГЭС, например) - это древний способ создания электроэнергии. В те времена не было никаких других возможностей генерировать, передавать и преобразовывать, кроме переменного тока. Оттуда пошла и идет наша энергетика...

Генератор может вырабатывать постоянный ток и такие генераторы существуют с конца 19 века. В те времена не было возможности повысить напряжение постоянного тока, поэтому его было сложно передавать на дальние расстояния. Это приводило к тому, что не было смысла строить мощные электростанции постоянного тока. Сейчас это возможно, но смысла уже нет, постоянный ток уже проиграл войну, а менять стандарты дорого.

А, спасибо за информацию, но все равно изначально на выходе генератора присутствуют колебания. А что за способ повышать напряжение постоянного тока при условии высокой мощности нагрузки? По любому через генерирование колебаний и индуктивное преобразование, что еще может быть?

Да, никаких чудес, чтобы изменить напряжение постоянного тока, его инвертором превращают в переменный, трансформируют и выпрямляют вновь. Казалось бы, нафига так делать, когда переменный ток сам по себе просто трансформируется, однако плюсы есть. С помощью инвертора не обязательно получать частоту 50 Гц, на более высоких частотах можно добиться более высокой эффективности при меньших размерах трансформаторов. Постоянный ток оказывается удобен для передачи очень больших мощностей на большие расстояния. На длинных линиях при передаче переменного тока возникают проблемы из-за большой емкости линии, кроме того может происходить рассинхронизация фаз.

неверно,передавать электроэнергию на большие расстояния как раз таки выгоднее постоянкой...так что про проигрыш громко сказано

все двигателя работают на переменном. Вся промышленность. А уж транспортировка постоянного - лютый здец. Чтобы 40 троллебанов запитать целый дом строится и ещё хренова туча инфраструктуры. Имеет смысл ставить выпрямитель на один объект/квартиру и делать там уже разводку 12 В - вот это толково.

>>> ля других приборов нужен постоянный ток или переменный ток другой частоты, например, 400 Гц, поэтому электрическую энергию, полученную «из розетки 220 вольт 50 Гц» приходится преобразовывать применительно к электроприбору, чаще всего, превращать в энергию постоянного тока, т.е. «выпрямлять».

Вот это, интересно, вообще откуда автор взял? Я бытовых приборов на 400 герц не видел (в смысле, имеющих в своем составе узлов на 400 герц)

Давно есть магистральные ЛЭП на постоянном токе. Но в быту удобнее все же 50 герц, хоть и понятно, что с развитием техники лучше будет лет через 50 перейти на постоянку.

Edited 2012-12-04 20:35 (UTC)

Да, чайник подключать шлангом 2 по 20 квадратов меди - это толково.
----
Это к каменту про 12 вольт дома, почему-то вниз слетает ответ

Edited 2012-12-04 20:38 (UTC)

во во)) не, 12В - только на свет/розетки под аппаратуру. На кухню нынче две фазы надо вести даже если газ есть! Это я как мебельщик говорю ))

Это, значит, чтоб мне чайник на 1200 Вт запитать, проводка на 100 А, т.е. в 10 раз толще нужна? Не-е, спасибо, не надо.

Получить быстрый займ прямо на банковскую карту в городе Рассказово и во всех других населенных пунктах через интернет теперь доступно для всех.
Одобряют и выдают деньги за пару минут.
Подробнее: http://ezaem.blogspot.ru/

Flat | Top-Level Comments Only

Мечтания о сетях постоянного тока

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

Как гудит трансформатор

Re: Как гудит трансформатор

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

no subject

Заем сразу на карточку за десять минут через интернет