Jak se označuje střídavý proud: určení, jaký je rozdíl mezi AC a konstantní hodnotou

Snadný způsob, jak vizualizovat rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem, je vykreslit jejich směr v závislosti na čase. První bude vypadat jako rovná čára a druhá bude vypadat jako vlnovka. Jeden cyklus této křivky je grafickým základem toho, jak je střídavý proud indikován na obvodech a piktogramy (~) a zkratka AC (Alternating Current) se staly dobře zavedeným pojmem v texty.

Označení DC a AC

Všechny vodiče mají volné elektrony, které se mohou pohybovat v přítomnosti rozdílu potenciálů. Tento tok nabitých částic v uzavřené smyčce se nazývá elektrický proud. Pokud se elektrický náboj pohybuje pouze jedním směrem, pak se tento jev nazývá konstantní elektrický proud, jeho označení "-» nebo DC (stejnosměrný proud).

Definici střídavého proudu lze odvodit z opaku: půjde o pohyb nábojů, které periodicky mění svůj směr. Vibrace reproduktoru mohou mít širokou škálu podob, například:

• pilový zub;
• náměstí;
• trojúhelníkový;
• sinusový.

Takovým typem energie je sinusový střídavý proud, který je přepravován prostřednictvím moderních energetických sítí. Jeho obrovskou výhodou pro energetické systémy je, že umožňuje snadnou změnu přenášeného napětí pomocí transformátorů a tento průběh lze snadno generovat. Tyto vlastnosti umožňují ušetřit obrovské množství peněz a materiálových zdrojů při výrobě a přenosu elektřiny na velké vzdálenosti.

Následující příklad může ilustrovat výhody používání AC elektrárenskými společnostmi. Předpokládejme, že jako výrobní kapacita existuje elektrárna, která je schopna vyrobit 1 milion wattů energie.

Pro přehlednost bude vhodné zvážit 2 způsoby přepravy:

1. Přeneste 1 milion ampérů s napětím 1 volt přes sítě.
2. Přenos proudu o síle 1 ampér a napětí 1 milion voltů.

Hlavní rozdíl je následující: ve druhém případě je k přenosu energie zapotřebí vodič malé tloušťky, zatímco v prvním případě se nelze obejít bez kabelu s velkým průřezem. Energetické společnosti proto přeměňují vyrobenou energii na střídavý proud o velmi vysokém napětí pro přepravu a poté sestupují v těsné blízkosti spotřebitelů.

Další výhodou AC pro veřejné služby je vynikající spolehlivost a jednoduchost alternátorů oproti dynamům. Kromě toho má AC následující výhody:

• umožňuje provoz relativně účinnějších, jednodušších a spolehlivějších elektrických strojů;
• neničí spínací zařízení.

Veškerá elektronika a digitální technologie spotřebovává stejnosměrný proud. Stejnosměrný proud se zpravidla vyrábí pomocí elektrochemických a galvanických článků. Jedná se o relativně drahé způsoby výroby elektřiny, proto existuje mnoho návrhů zařízení, převádějící střídavý proud na stejnosměrný, založený na zabránění toku proudu v opačném směru a usměrnění sinusoidy pomocí filtrů.

V kombinaci s transformátory umožňují usměrňovače získat požadované parametry a vysokou kvalitu ze stejnosměrné sítě.

Edisonovy nápady

Moderní život si nelze představit bez elektřiny. Aby mohl sloužit pro civilní a průmyslové účely, musí být nejen vyroben, ale také dodán spotřebiteli. První, kdo se rozhodl vyrábět elektřinu ve velkém a vozit ji do továren, kanceláří a domácností, byl americký podnikatel Thomas Edison – jeden z nejvlivnějších vynálezců svět.

Pro realizaci svého nápadu navrhl a otestoval stejnosměrné parogenerátory, elektroměry a prvky rozvodných sítí. První elektrifikace osvětlení tehdy nebyla jednoduchá. Majitelé plynárenských společností viděli Edisona jako nebezpečného konkurenta, který by mohl ohrozit jejich podnikání. Ale nic nemohlo vynálezce zastavit. Nezabránily mu v září 1882 ani kolosální náklady na pokládání kabelů na chodníky, ani nehody při testování. spustit první osvětlovací síť pěti tisíc lamp.

Za 5 let bylo v provozu více než 50 Edisonových elektráren. Přes velký úspěch se vynálezci nepodařilo rozšířit geografii svých elektrických sítí do celého světa. Obyvatelé oblastí, ve kterých se elektrárny nacházely, si stěžovali na kouř a saze a vynutili si uzavření Edisonových zařízení. První generace uhelných elektráren tak nakonec ukončila provoz a ustoupila tisícům nových, generujících střídavý proud.

Vítězství Tesly

Většina dřívější distribuované elektřiny byla stejnosměrná a neexistovaly žádné normy pro spotřebitele. Například obloukové lampy potřebovaly několik tisíc voltů, zatímco žárovky Edison vyžadovaly 110 voltů. Tramvaje Siemens fungovaly od 500 V a průmyslové motory v továrnách se mohly mnohokrát lišit stres.

Elektrické společnosti byly nuceny vytvořit a udržovat několik výrobních linek současně pro různé třídy zátěže. Můžeme říci, že existovaly dvě hlavní překážky pro rozšířené používání DC sítí:

• blízkost generátorů k zátěži;
• potíže s poskytováním různých napětí.

Chorvatský vědec Tesla, který spolupracoval s Edisonem, věřil, že použití střídavého proudu v elektrických sítích může tyto problémy vyřešit. Jejich neshoda ohledně vyhlídek na střídavé napětí skončila tím, že výzkumník AS pokračoval ve své práci s Edisonovým konkurentem Georgem Westinghousem. Tesla neobjevil střídavý proud, ale byl vynálezcem synchronního generátoru a asynchronního motoru a také autorem patentů týkajících se provozu vícefázových zařízení.

Výhody střídavého proudu pro výrobu a přepravu byly zřejmé, ale Edison, místo aby to přiznal, zůstal pevný v propagaci DC a pokusil se zdiskreditovat své konkurenty. Začal popularizovat myšlenku, že AC je smrtící pro zvířata a lidi. Edison se například stal dokonce vynálezcem elektrického křesla AC s cílem získat základy pro propagandistickou kampaň o nebezpečích AC.

Přestože antireklamní kampaň byla úspěšná a přinesla hmatatelné výsledky, Edisonova radost z vítězství neměla dlouhého trvání. V roce 1892 Německý fyzik Pollack vynalezl mechanický usměrňovač, kterým bylo možné nabíjet elektrické baterie, a existence stejnosměrného transportu ztratila své poslední opodstatnění. Již v roce 1893 byla z AC sítě osvětlena světová výstava v Chicagu, což byl počátek triumfu střídavého proudu ve 20. století a soutěžní dění mezi vynálezci vešlo do dějin jako „válka proudů“.

Renesance elektrického boje

Nárůst využívání obnovitelných zdrojů energie ve 21. století vedl ke vzniku malých decentralizovaných energetických sítí se spotřebou elektřiny téměř v místě výroby. U takových napájecích systémů nezáleží na výhodách střídavého proudu, proto je použití stejnosměrného proudu v nich oprávněné.

Moderní vysoce výkonná elektronika pokročila v přeměně energie a dokáže transformovat stejnosměrný proud v rozsahu napětí až 800 kV. voltů s větší účinností než elektromobily na střídavý proud. Tyto inovace se staly základem pro výstavbu vysokonapěťových stejnosměrných (HVDC) vedení pro přenos přebytečné solární nebo větrné energie z jednoho regionu do druhého. Výstavba HVDC stojí zhruba dvakrát tolik než tradiční, ale vzhledem k nízkým ztrátám a šetrnosti celého systému k životnímu prostředí je taková investice oprávněná.

Stále více elektrických spotřebičů vyžaduje stejnosměrný proud. Počítače, LED osvětlení a další elektronická zařízení potřebují přeměnit a usměrnit elektřinu ze sítě. Očekává se, že počet elektromobilů v příštích letech poroste. Moderní stejnosměrné rozvody jsou schopny v průběhu času eliminovat měniče v domácnosti napětí a lze snadno integrovat fotovoltaické články do domácích i průmyslových sítí a akumulační baterie.

Vysokonapěťový stejnosměrný přenos je nyní osvědčenou a osvědčenou technologií v zemích, jako je Německo a Čína. Pro praktickou rozšířenou implementaci však stále existuje mnoho nevyřešených problémů. Jak budou obě technologie koexistovat? Jaká budou účinná bezpečnostní opatření? Jaké technické a právní kroky budou nutné k přechodu na DC? Přínosy a rozsah takových změn jsou tak významné, že zjevně hovoříme o změně paradigmatu.