Постоянный ток

     Пульсирующий ток, форма импульсов близка к пилообразной      Постоянный ток      Произвольно изменяющийся ток      Переменный синусоидальный ток

Электродинамика. Постоянный ток [52:07]

Постоянный ток — электрический ток, направление протекания которого не меняется со временем.

Иначе прямой (постоянный, неизменный) ток — это направленный в одну сторону поток электрических зарядов. Постоянный ток может течь через проводник, например провод, но также может протекать сквозь полупроводники, изоляторы или даже сквозь вакуум, как в электронных или ионных пучках (термоэлектронный ток). Этот электрический ток течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока. Аккумулятор — яркий пример источника постоянного тока. Термин, который ранее использовался для этого вида тока — гальванический ток.

Сокращения AC и DC часто используются для обозначения соответственно переменного и постоянного тока или напряжения.

История

Постоянный ток был получен в 1800 году с помощью батареи итальянским физиком Алессандро Вольтой. Природа протекания тока еще не была ясна. Французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что ток движется в одном направлении от положительного к отрицательному электроду. Когда французский приборостроитель Ипполит Пикси в 1832 году построил первый динамо-электрический генератор, он обнаружил, что когда применяемый магнит проходил петли проволоки каждые пол-оборота, это приводило к обратному потоку электричества, генерируя переменный ток. По предложению Ампера, Пикси позже добавил коммутатор типа «переключатель», в котором контакты на валу действуют со «щеточными» контактами для получения постоянного тока.

В конце 1870-х и начале 1880-х годов, на электростанциях начали производить электричество. Сначала они были настроены на питание источников света от электрической дуги (распространенный вид уличного освещения), которые работали на очень высоком напряжении (обычно свыше 3000 вольт) постоянного или переменного тока. Впоследствии произошло распространение низковольтного постоянного тока для внутреннего освещения на предприятиях и домах после того, как изобретатель Томас Эдисон в 1882 году запустил в производство свою электрическую «утилиту» (лампу) накала. Из-за значительных преимуществ переменного тока перед постоянным током благодаря использованию трансформаторов для повышения и понижения напряжения, чтобы обеспечить гораздо большие расстояния передачи постоянного тока для подачи энергии был заменен в течение следующих нескольких десятилетий переменным током.

В середине 1950-х годов была разработана высоковольтная систему передачи постоянного тока, и теперь (в 2020-х годах) она является альтернативой системам передачи переменного тока высокого напряжения на большие расстояния. Для длинных подводных кабелей (например, между странами, например NorNed) этот вариант постоянного тока является единственным технически осуществимым способом. Для приложений, требующих постоянного тока, например энергосистемы контактного рельса, переменный ток подается на подстанции, где используются выпрямители для преобразования энергии на постоянный ток.

Разные обозначения

Разновидности постоянного тока (сверху вниз): ток от аккумулятора, ток от полупериодного выпрямителя, ток от двухполупериодного выпрямителя.

Термин постоянный ток используется для обозначения энергосистем, где применяют только одну полярность напряжения или тока, и для обозначения сигнала постоянной, нулевой частоты или медленно меняющегося локального среднего значения напряжения или тока. Например, напряжение в источнике постоянного тока постоянно, как и ток через источник постоянного тока. Можно показать, что любое неизменное напряжение или токовая волна могут быть разложены на сумму составляющей постоянного тока и нулевой средней, переменной по времени составляющей; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение, или среднее значение напряжения или тока за все время.

Хотя DC означает «постоянный ток», DC часто касается «неизменной полярности».

Схемы

Схема постоянного тока — это электрическая цепь, состоящая из любого сочетания источников постоянного напряжения, источников постоянного тока и резисторов. В этом случае, напряжения и токи цепи не зависят от времени. Конкретное напряжение или ток в цепи не зависят от прошлого значения напряжения или тока в нем. Это означает, что система уравнений, представляющих цепь постоянного тока, не предусматривает интегралов или производных по времени.

Если к контуру постоянного тока добавляется конденсатор или индуктор, то полученная схема не является, строго говоря, цепью постоянного тока. Однако в большинстве таких схем, есть решение постоянного тока. Это решение дает напряжения и токи цепи, когда схема находится в устойчивом состоянии постоянного тока. Такая схема представлена ​​системой дифференциальных уравнений. Решение этих уравнений, обычно содержит часть, меняется по времени, или переходную часть, а также постоянную или постоянную часть. Именно эта часть устойчивого состояния, является решением постоянного тока. Есть некоторые цепи, которые не имеют решения постоянного тока. Два простых примера источник постоянного тока, присоединенное к конденсатора, и источник постоянного напряжения, присоединенное к индуктора.

В электронике схему, питающуюся от источника постоянного тока, например аккумулятора, принято называть цепью постоянного тока, даже если подразумевается, что она просто работает от постоянного тока.

Источники постоянного тока

Простым источником постоянного тока является химический источник (гальванический элемент или аккумулятор), поскольку полярность такого источника не может самопроизвольно измениться. Для получения постоянного тока используют также электрические машины генераторы постоянного тока. В электронной аппаратуре, питаемой от сети переменного тока, для получения пульсового постоянного тока используют выпрямитель. Далее для уменьшения пульсаций может быть использован сглаживающий фильтр и при необходимости стабилизатор напряжения.

Применение

Постоянный ток имеет много применений — от подзарядки аккумуляторов до крупных источников питания для электронных систем, электродвигателей и тому подобное.

Постоянный ток широко используется в технике: питание подавляющего большинства электронных схем, в автомобилях, троллейбусах, электровозах, в некоторых типах подъемных кранов, в ручном переносном инструменте на аккумуляторах и т. д.

Постоянный ток низкого напряжения используется в электрометаллургии для расплава и электролиза руд, в первую очередь алюминиевых.

Высоковольтный постоянный ток используется для передачи большого количества электроэнергии от удаленных объектов генерации или для соединения электрических сетей переменного тока.

Литература

• В. Е. Китаев, Л. С. Шляпинтох Электротехника с основами промышленной электроники. — 3-е, переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1973. — 358 с. — 200 000 экз.