В большинстве промышленно развитых стран электроэнергетика основана на переменном токе. Используется трехфазная система с частотой тока 50Гц (СНГ, зап. Европа) или 60Гц (США).
Род тока был выбран не случайно, потому что переменный ток имеет множество преимуществ для электрификации страны по сравнению с постоянным:
1) возможность преобразования напряжения таким простым, надежным и эффективным устройством, как трансформатор. В энергосистеме возникает объективная необходимость использовать различные уровни напряжений. Например, для передачи энергии на большие расстояния, с целью уменьшения потерь, предпочтительно высокое напряжение порядка 100кВ, в то время как у бытовых потребителей напряжение 220В, у троллейбусов, метро и трамваев - 600В, железной дороги - 3-25кВ, у генераторов на электростанциях - порядка 6кВ.
2) Использование трансформаторов в электроприборах служит также цели защиты от поражения электротоком - гальваническая развязка с сетью.
3) напрямую к трехфазной системе можно подключать асинхронные двигатели переменного тока, которые характеризуются простотой конструкции, отсутствием щеток и высоким кпд.
4) "длинные" люминесцентные лампы могут работать только от переменного тока, и 220В/50Гц им очень хорошо подходит.
Наряду с этим переменный ток имеет и недостатки, которые, однако, не могли до недавних пор превысить его преимущества, а именно:
1) переменный ток более опасен для жизни. Так, для частот 50 и 60Гц опасным для жизни считается напряжение 40В, тогда как для постоянного тока опасное для жизни напряжение составляет 100В.
2) необходимость синхронизации всех генераторов в энергосистеме. Иначе они будут генерировать напряжение в противофазе и взаимно подавлять друг друга. Эта проблема была успешно решена в масштабах даже крупнее стран. Cинхронизированы все электростанции, входящие в Единую Энергосистему России, а также стран СНГ, в том числе Прибалтики. Существует также единая энергосистема западной Европы. Вероятно, существуют аналогичные крупные системы в Америке и других континентах. Чем крупнее энергосистема - тем более эффективно она функционирует, позволяя динамически перераспределять нагрузки между генераторами и потребителями.
3) несмотря на решение проблемы 2), передача электроэнергии между энергосистемами крайне затруднена из-за того, что они не синхронизированы друг с другом. Между ЕЭС России и Европы существуют связки по постоянному току, но их мощность очень мала. Был период времени, когда в Литве, благодаря ИАЭС, был переизбыток электроэнергии. Так вот, Литва не могла продавать эту энергию в западную Европу из-за несвязанности энергосистем.
4) потери энергии из-за реактивных нагрузок в сети. Проблемы эти решаются путем усложнения оборудования. Например, на промышленных предприятиях устанавливаются крупногабаритные батареи конденсаторов, для компенсации фазовых сдвигов, вносимых электродвигателями, работающими не в полную нагрузку. Бытовые потребители обычно не имеют средств компенсации реактивных нагрузок и потому способствуют излишним потерям энергии в системе.
5) потери энергии из-за индукции паразитных токов, посредством магнитного поля. Грубо говоря, пространственные конфигурации проводов и других объектов создают нежелательные трансформаторы, которые высасывают энергию из сети и рассеивают ее в тепло или хуже того, приводят к порче имущества из-за протекания паразитных токов.
6) потери энергии при работе простых выпрямителей. Выпрямители, которые используются в большинстве современного электронного оборудования, расходуют электричество короткими импульсами, а не равномерно, как, например, лампы. Потребление тока короткими импульсами, по сравнению с непрерывным потреблением, приводит к большему разогреву проводов и тепловым потерям в сети. В некоторых приборах эта проблема решается путем усложнения схемы и ценой ее удорожания.
7) создание помехи частотой 50 или 60Гц при работе чувствительных приборов и схем.
Короче говоря, недостатков много, но все они перевешиваются даже не всеми, а всего лишь одним преимуществом переменного тока: существованием трансформаторов. Для сравнения, преобразователь постоянного тока, используемый в советских электричках серий ЭР1, ЭР2 представляет собой электродвигатель, соединенный с генератором! Именно таким сложным и неэффективным (потери на трение, шум, вибрация, износ) образом до недавних пор можно было преобразовывать постоянный ток.
Отдельно можно говорить о выбранной частоте (50/60Гц). Она не является идеальной для всех случаев, а является компромиссом, при котором может работать большинство потребителей и генераторов электроэнергии. Так, например, в Германии на железной дороге используется пониженная частота тока (12,5Гц или 16Гц - точно не помню). Из-за этого железная дорога вынуждена иметь свою, отделенную от общегосударственной, энергосистему, включающую электростанции, подстанции и т.д.
Конец эры переменного тока был ознаменован тем, что зарядки для мобильников неожиданно стали гораздо
Читать далее...