Elektrischer Strom ist definiert als der Fluss geladener Teilchen, wie Elektronen oder Ionen, durch den Raum oder einen elektrischen Leiter, wie das Kupfer in Drähten. Die Art und Weise, wie sich die Teilchen durch den Leiter bewegen, bestimmt, ob der Strom alternierend istoder direkt.
Was ist Wechselstrom
Bei Wechselstrom AC ändern Spannung und Richtung des elektrischen Stroms periodisch die Richtung. Viele Stromquellen, wie zum Beispiel elektromechanische Generatoren, erzeugen Wechselstrom mit Spannungen, die ihre Polarität wechseln und im Laufe der Zeit zwischen positiv und negativ umkehren.
Zum Beispiel kann es bei Null beginnen, bis zu einem Maximum wachsen, dann wieder auf Null sinken, umkehren, ein Maximum in die entgegengesetzte Richtung erreichen, dann wieder zum ursprünglichen Wert zurückkehren und diesen Zyklus auf unbestimmte Zeit wiederholen.
Wenn die Spannung in einem Wechselstromkreis über die Zeit aufgetragen wird, sehen Sie wahrscheinlich mehrere verschiedene Wellenformen wie eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle wenn sie einige Sekunden in der Spitze bleibt, bevor sie auf Null zurückgeht, Dreieckwellebei konstanter Anstiegsgeschwindigkeit, Sägezahnwelle asymmetrische Dreieckswellen usw. Sinus ist jedoch die häufigste Wellenform und der Wechselstrom in den meisten netzverkabelten Gebäuden hat eine oszillierende Spannung in der Sinuswellenform.
Das Zeitintervall zwischen dem gleichen Wert in zwei aufeinanderfolgenden Zyklen wird als bezeichnet.Zeitraum, die in Sekunden gemessen wird. Die Anzahl der Zyklen oder Perioden pro Sekunde wird als bezeichnet.Frequenz, und es wird in Hertz gemessen. Der maximale Wert in beide Richtungen ist der Amplitude des Wechselstroms und ist gemessen in Ampere oder Volt.
Geschichte des Wechselstroms
Die Entdeckung des Wechselstroms kann nicht einer einzelnen Person zugeschrieben werden. Es gibt viele Menschen, die zur Entdeckung und Entwicklung der Wechselstromelektrizität beigetragen haben.
englischer WissenschaftlerMichael Faraday1791–1867 schlug das Prinzip der elektromagnetischen Induktion vor, das später vom französischen Instrumentenbauer Hippolyte Pixii 1808-1835 zur Entwicklung verwendet wurdeder erste praktische Dynamo-Wechselstromgenerator im Jahr 1832. Pixiis Lichtmaschine verwendete einen Magneten, der von einer Handkurbel gedreht wurde, um Wechselstrom zu erzeugen.
Danach arbeiteten mehr Leute an der Entwicklung von Wechselstromgeneratoren. In
1878, die Firma Ganz begann in Budapest, Österreich-Ungarn, mit einphasigen Wechselstromsystemen zu arbeiten. Im folgenden Jahr entwickelte Walter Bailey in London einen Prototyp für einen schwachen Wechselstrommotor, indem er eine Kupferscheibe mit Wechselstrom rotieren ließ.
Es folgte 1882 die Arbeit von Sabastian Ferranti und Lord Kelvin William Thompson in London, um eine frühe Wechselstromtechnologie zu entwickeln, einschließlich eines frühen Transformators. Zwei Jahre später entwickelte Lucien Gaulard Transformatoren und konstruierte ein Stromübertragungssystem von Lanzonach Turino in Italien. Die Demonstration der Wechselstromversorgung umfasste einen 40 km langen Wagen mit Abwärtstransformatoren, mit denen der Weg mit energiesparenden Edison-Glühlampen und Bogenlampen beleuchtet werden konnte.
Andere AC-Technologie umfasste die Entwicklung von Motoren und Kraftübertragungssystemen durch Leute wie Galileo Ferraris, William Stanley und Nikola Tesla, wer waren die Protagonisten der Krieg der Strömungen in den späten 1880er Jahren. In dieser Zeit der aufstrebenden elektrischen Einrichtungen gab es einen kommerziellen Wettbewerb von Wechselstrom gegen Gleichstrom. Oder besser gesagt, zwischen George Westinghouse und Nikola Tesla der die Verwendung von Wechselstrom unterstützte und Thomas Alva Edison der die Verwendung von Gleichstrom unterstützte.
Was ist Gleichstrom
Bei Gleichstrom DC bewegen sich die Elektronen nur in eine Richtung ohne zeitliche Schwankungen. Die Spannung ist konstant, ebenso die Polarität. Wenn der Gleichstrom fließt, fließen die Elektronen vom Punkt mit niedrigem Potenzial zum Punktvon hohem Potenzial, vom Minuspol zum Pluspol, und der resultierende Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung von Plus nach Minus.
Die Wellenform von Gleichstrom kann eine reine Sinuswelle sein, die entweder positiv oder negativ ist. Sie wird auch mit einer geraden Linie in den Koordinatenachsen dargestellt, wenn sie konstant ist, aber wenn sie eine variable Spannung hat, heißt sie pulsierender Gleichstrom und es wird mit quadratischen oder rechteckigen Wellen dargestellt. Pulsierender Gleichstrom PDC wird oft durch Hinzufügen von Gleichrichtern zum Wechselstrom erhalten.
Während der Wechselstrom den Krieg der Ströme gewann und bis heute die am häufigsten verwendete Stromart in der Energieverteilung ist,DC wird noch in vielen anderen Anwendungen verwendet heute. Aber um sie zu verstehen, müssen wir einen Blick zurück in die Geschichte des Gleichstroms werfen.
Geschichte des Gleichstroms
Die Geschichte des Gleichstroms hängt mit der Geschichte des Wechselstroms zusammen. Beide Stromarten wurden fast gleichzeitig in der Elektrizitätslehre selbst untersucht. Technisch stand die Aufklärung des Gleichstroms an erster Stelle mit dem Erfindung der Voltaischen Säule, eine elektrische Batterie, die 1880 vom italienischen Physiker Alessandro Volta entwickelt wurde. Diese Verwendung von Gleichstrom kam vor der Entwicklung der ersten elektrischen Generatoren, die Wechselstrom erzeugten.
Während der Entdeckung von Gleichstromkann Volta zugeschrieben werden, es war der französische Physiker André-Marie Ampère, der Gleichstrom in seinen grundlegendsten Formen beschrieb, während er versuchte herauszufinden, wie elektrische Ströme funktionieren.
In den späten 1870er und frühen 1880er Jahren wurden Kraftwerke entwickelt, um sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom zu erzeugen, um die Straßen mit Bogenlampen zu beleuchten. Amerikanischer Erfinder Thomas Alva Edison, der Gründer des Elektrizitätsunternehmens Edison Illuminating Company, verteidigte entschieden die Verwendung von Gleichstrom für Beleuchtungszwecke, aber es war viel einfacher, die Spannung von Wechselstrom zu kontrollierenmit Transformatoren. Höhere Spannungen ermöglichten die Übertragung des Stroms über größere Entfernungen, weshalb Wechselstrom weltweit von Energieversorgungsunternehmen bevorzugt wurde und wird.
Für den allgemeinen elektrischen Gebrauch wurde Gleichstrom erst Mitte der 1950er Jahre effektiv verwendet, als das Hochspannungs-Gleichstrom-HGÜ-Stromübertragungssystem für die Massenübertragung elektrischer Energie entwickelt wurde.
Wo werden Wechsel- und Gleichstrom verwendet?
Wechselstrom-Anwendungsbeispiele
Aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit verwenden die meisten Hochspannungsübertragungen Wechselstrom. Dies bedeutet, dass alle Lichter und Haushaltsgeräte, die wir in unseren Wohnungen haben, mit Wechselstrom betrieben werden.
Jedes Land der Welt hat eine Wohnspannung und -frequenz von AC im Bereich von 110 V bis 240 V und 50 Hz bis 60 Hz festgelegt.
Wechselstrom kann auch in Wechselstrommotoren gefunden werden, einer Art Elektromotor, der auf Wechselstrom angewiesen ist, um die Bewegung von Elektronen in mechanische Energie umzuwandeln. Die häufigsten Anwendungen von Wechselstrommotoren sind in Hydraulikpumpen, Lüftern, Klimaanlagen undFörderanlagen.
Gleichstrom-Anwendungsbeispiele
Gleichstrom kann auch zum Antrieb von Elektromotoren verwendet werden. Gleichstrommotoren werden häufig in Aufzügen, Staubsaugern, Nähmaschinen, Werkzeugen, Elektrofahrzeugen, Taschenlampen und Kleingeräten verwendet. Wenn das Gerät Dauerstrom benötigt, ist Gleichstrom die beste Option.
Wie oben erwähnt, begann Gleichstrom mit der ersten elektrischen Batterie im Jahr 1880 und wird immer noch zu diesem Zweck verwendet. Heute Bedeutung von Gleichstrom liegt größtenteils in der Leistung, die es modernen elektronischen Geräten zur Verfügung stellt, die Batterien verwenden, wie Mobiltelefonen und Laptops, deren Ladegeräte so konzipiert sind, dass sie den Wechselstrom aus der Steckdose in Gleichstrom umwandeln, um die Batterien aufzuladen.DC wird auch in LEDs und Solarzellen verwendet.
Warum verwenden wir Wechselstrom statt Gleichstrom?
Wir verwenden Wechselstrom hauptsächlich wegen derGleichstromgrenzendie in den 1880er Jahren gefunden wurden. Zu dieser Zeit gab es keine Technologie, um die Spannung von Gleichstrom einfach und effizient zu manipulieren, während Transformatoren verwendet werden konnten, um die Spannungen von Wechselstrom zu erhöhen und zu verringern.
Transformatoren waren die bequemste Option, da sie es ermöglichten, hohe Spannungen durch die Stromnetze zu übertragen. Hohe Spannungen sind unerlässlich, um den Widerstand zu überwinden, der mit der Stromübertragung einhergeht. Auf diese Weise gingen auf halbem Weg weniger Energie verloren, was das System mehr machteeffizient und kostengünstig. Dies bedeutete, dass der Strom eine niedrigere, weniger gefährliche Spannung erreichte, wenn er Häuser und andere Gebäude erreichte.
Gleichstrom konnte damit nicht mithalten. Das Fehlen praktischer Methoden, um ihn in Hochspannung umzuwandeln, machte es notwendig, die Übertragungsreichweite der Energie zu reduzieren. Dies zwang die Unternehmen, die auf Gleichstrom setzten, lokale Kraftwerke zu bauen, nur um cahöchstens eine Meile 1,6 km vom Endverbraucher entfernt, was höhere Kosten bedeutete und ländliche Gebiete weggelassen wurden.
Vor diesem Hintergrund ist es nicht verwunderlich, dass wir in unseren Häusern und Büros Wechselstrom verwendet haben. Aber es ist wichtig zu wissen, dass sich die Technologie seit dieser Zeit sehr weiterentwickelt hat und wir seitdem neue Vorteile und Anwendungen für den Gleichstrom gefunden haben.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-basierten Stromübertragungssysteme HGÜ wurden mit der Entwicklung und Einsparung von Umwandlungstechnologien im Laufe des 20. Jahrhunderts möglich.
Quecksilberbogenventile, Thyristoren und andere Gleichrichter machten es möglich, Hochspannungs-Wechselstrom in Gleichstrom und dann im Abwärtsprozess wieder in Wechselstrom umzuwandeln. Dies ist eine effektivere Methode, um Strom ohne nennenswerte Verluste über größere Entfernungen zu transportieren.Dies macht HGÜ-Systeme effizienter und umweltfreundlicher.Sie ermöglichen auch die Verbindung von Stromnetzen, was die Netze verstärkt und stabilisiert,auch wenn sie mit unterschiedlichen Spannungen und Frequenzen betrieben werden.Darüber hinaus können die HGÜ-Systeme die Kapazität des Stroms erhöhen increaseGitter.
Dies sind die Hauptgründe, warum die Wechselstrom gegen GleichstromDer Kampf wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts etwas wiederbelebt, wobei die HGÜ-Systeme für internationale Verbindungen wie NorNed verwendet wurdenSeekabel die von Norwegen in die Niederlande führt und Morley Interconnector Nordirland-Schottland; oder einfach um mehr als 400 Meilen lange 640 km Distanzen zu verbinden, wie die Pacific DC Intertie, eine 846 Meilen lange 1360 km . HGÜ-Leitung, die vom pazifischen Nordwesten nach Südkalifornien in den USA führt.
Während sich viele Experten darin einig sind, dass das HGÜ-System bequemer ist als das HVAC-System, ist es in Bezug auf die Ausrüstung teurer, sodass es nur auf diese Anwendungen beschränkt ist.
Was ist der Unterschied zwischen Wechsel- und Gleichstrom?
Zusammenfassend können wir sagen, dass die Hauptunterschiede zwischen Wechselstrom und Gleichstrom sind:
- Die Elektronen fließen im Wechselstrom periodisch hin und her, während sie im Gleichstrom nur in eine Richtung fließen. Deshalb heißen sie Wechselstrom und Gleichstrom bzw.
- Wechselstrom hat eine variable Größe, während Gleichstrom eine konstante Größe hat.
- Da sich die Elektronen in eine Richtung bewegen, ist die Frequenz des Gleichstroms null, während der Wechselstrom in den meisten Ländern zwischen 50 und 60 Hz variiert.
- Gleichstrom wird in Zellen oder Batterien gespeichert, aber Wechselstrom kann nicht gespeichert werden.
- Wechselstrom ist relativ billiger herzustellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es unmöglich ist, eine bestimmte Antwort zu bestimmen, welche Stromart besser ist, da es immer davon abhängt, wofür Sie diesen Strom benötigen.