Nuolatinė srovė (DC): apibrėžimas, šaltiniai ir panaudojimas

Sužinokite, kas yra nuolatinė srovė (DC): apibrėžimas, pagrindiniai šaltiniai (akumuliatoriai, saulės baterijos, lygintuvai) ir praktiniai panaudojimo būdai.

Nuolatinė srovė (DC arba "nuolatinė srovė") - tai elektros srovė, tekanti viena kryptimi iš teigiamų į neigiamus gnybtus (potencialus, polius).

Nuolatinė srovė visada teka ta pačia kryptimi, tuo ji skiriasi nuo kintamosios srovės (AC). Nuolatinė srovė anksčiau buvo vadinama "galvanine srove".

Akumuliatoriai yra vieni iš pagrindinių nuolatinės srovės šaltinių, tačiau yra ir daug kitų šaltinių, pvz., tilteliniai lygintuvai maitinimo šaltiniuose, saulės baterijos ir kt.

Paprastai srovė teka per laidininką ir kitus daiktus, kuriais gali tekėti nuolatinė srovė. Nuolatinė srovė taip pat siunčiama per vakuumą, pavyzdžiui, elektronų ar jonų pluoštais.

Pirmąjį komercinį elektros energijos perdavimą, naudojant nuolatinę srovę, XIX a. pabaigoje sukūrė Thomas Edisonas. Šiandien beveik visas elektros energijos skirstymas vyksta kintamąja srove dėl transformatorių ir perdavimo privalumų. Aukštos įtampos nuolatinė srovė dažnai naudojama elektros energijai į toli esančias vietas transportuoti.

Kai reikia nuolatinės srovės, kintamoji srovė paprastai paskirstoma į pastotę ir tada konvertuojama į nuolatinę srovę.

Praėjus nemažai laiko po to, kai buvo įtvirtinta nuolatinės srovės sąvoka, fizikai suprato, kad srovę sudaro neigiami elektros krūviai, elektronai, ir kad iš tikrųjų srovė teka iš neigiamo į teigiamą polių (o vadinamosios "skylės" teka priešinga kryptimi), tačiau pagal susitarimą sąvokos vartojimas niekada nebuvo pakeistas.

Techninės savybės ir dydžiai

Nuolatinė srovė matuojama amperais (A), o jai jautrios įtampos reikšmės matuojamos voltais (V). Kiti svarbūs parametrai:

• Varža (Ω): elementų ir grandinių pasipriešinimas; taikoma Omo dėsnis V = I·R.
• Galia (W): P = V·I – naudojama galios skaičiavimams.
• Impulsinė arba pastovi DC: grynoji pastovi DC neturi laiko kintamumo, bet praktiškose grandinėse DC dažnai turi „ripple“ (svyravimus), kuriuos mažina kondensatoriai ir filtrai.

Nuolatinės srovės šaltiniai

• Cheminiai elementai ir akumuliatoriai: keliamosios įtampos ir mobilieji įrenginiai – telefonai, automobiliai, UPS.
• Saulės elementai: fotovoltinės plokštės tiekia DC tiesiai į įkrovimo grandines ar kaupikliams.
• Generatoriai ir lygintuvai: kintamąją srovę galima paversti DC naudojant tiltelinius lygintuvus maitinimo šaltiniuose, diodus ir kontrolinius komponentus.
• Degimo elementai ir kuro elementai: cheminiai procesai generuoja tiesioginę įtampą.
• Laboratoriniai maitinimo šaltiniai: reguliuojamos DC tiekimo priemonės elektronikos kūrimui ir testavimui.

Panaudojimas

• Elektronikos prietaisai ir grandinės – dauguma elektronikos komponentų veikia su DC.
• Transportas – elektriniai automobiliai naudoja baterijų DC, o varikliai dažnai valdomi per inverterius/konverterius.
• Telekomunikacijos ir duomenų centrai – dažnai naudoja centralizuotus DC šaltinius bei akumuliatorius atsarginėms maitinimo sistemoms.
• Apšvietimas – LED apšvietimas veikia su DC arba per LED vairuotojus, kurie konvertuoja AC į stabilų DC.
• Didelio atstumo perdavimas – aukštos įtampos nuolatinė srovė (HVDC) naudojama ilgo nuotolio ar po jūra tiesioginiam perteikimui, nes sumažina nuostolius ir leidžia sujungti asinkroninius tinklus.

Istorija ir koncepcijos

Istoriškai nuolatinės ir kintamosios srovės naudojimas buvo svarbus technologijų vystymosi momentas — XIX a. pabaigos „srovės karai“ tarp Thomas Edisono propaguojamos DC sistemos ir Nikola Teslos / George Westinghouse AC sistemų lėmė, kad plačiajai paskirstymo tinklų architektūrai dominavo AC. Tačiau šiuolaikinės technologijos (elektronika, puslaidininkiai, HVDC) sugrąžino DC į svarbių zonių vaidmenį.

Saugumas ir praktika

• Poliarumas: DC grandinėse svarbu teisingai prijungti teigiamą ir neigiamą polių; klaidingas poliarumas gali pažeisti įrenginius.
• Apsauga: saugiklių, srovės ribotuvų, apsaugos diodų ir DC grandinių jungiklių naudojimas apsaugo nuo trumpųjų jungimų ir per didelės srovės.
• Mėginių matavimas: DC srovę matuoja ampermetrai arba multimetrų srovės funkcija; signalų kokybė (pvz., „ripple“) vertinama osciloskopu.

Kai DC konvertuojama iš AC ir atvirkščiai

Praktikoje dažnai reikalinga konversija tarp AC ir DC:

• AC → DC: lygintuvai (diodiniai tilteliai), filtrai, reguliatoriai pašalina pulsacijas ir stabilizuoja DC.
• DC → AC: keitikliai (inverteriai) generuoja sinusoidinį arba kitokį AC signalą iš baterijų ar PV sistemų.

Santrauka

Nuolatinė srovė (DC) — tai elektrinė srovė, kuri teka viena kryptimi, naudojama nuo mažų elektronikos grandinių iki didelių energijos perdavimo sistemų (HVDC). Jos šaltiniai apima akumuliatorius, saulės baterijas, lygintuvus ir kuro elementus. Nors didžioji elektros energijos paskirstymo dalis vyksta AC tinklais, DC išlieka esminė moderniems įrenginiams, energijos kaupimui ir tam tikro tipo perdavimui. Tradicinė srovės krypties samprata (iš teigiamo į neigiamą) išliko dėl istorinės konvencijos, nors mikroskopo lygmenyje srovę dažnai sudaro elektronų judėjimas priešinga kryptimi.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra nuolatinė srovė?

K: Kokie yra nuolatinės srovės šaltiniai?

Klausimas: Kas sukūrė komercinį elektros energijos perdavimą naudojant nuolatinę srovę?

K: Kodėl šiandien daugumoje elektros energijos paskirstymo sistemų naudojama kintamoji srovė?

K: Kada naudojama aukštos įtampos nuolatinė srovė?

K: Kaip kintamoji srovė paverčiama nuolatine, kad būtų galima ją naudoti?

Paieška pagal raidę