Gleichstrom

Gleichstrom (DC) (rote Linie). Die vertikale Achse zeigt Strom oder Spannung und die horizontale 't' -Achse misst die Zeit und den Nullwert.

Gleichstrom (DC) ist eindirektional fließen von elektrische Ladung. Ein Elektrochemische Zelle ist ein Paradebeispiel für DC -Leistung. Gleichstrom kann durch a fließen Dirigent wie ein Draht, kann aber auch durchfließen Halbleiter, Isolatoren, oder sogar durch a Vakuum wie in Elektronen- oder Ionenstrahlen. Der elektrische Strom fließt in konstanter Richtung und unterscheidet ihn von Wechselstrom (AC). EIN Begriff früher verwendet für diese Art von Strom war galvanischer Strom.[1]

Die Abkürzungen AC und DC werden oft verwendet, um einfach einfach zu bedeuten abwechselnd und Direkte, wie wann sie sich ändern aktuell oder Stromspannung.[2][3]

Gleichstrom kann durch Verwendung von a aus einer wechselnden Stromversorgung konvertiert werden Gleichrichter, was beinhaltet elektronisch Elemente (normalerweise) oder elektromechanische Elemente (historisch), die den Strom nur in eine Richtung fließen lassen. Gleichstrom kann über einen in abwechselnden Strom konvertiert werden Wandler.

Gleichstrom verwendet viele Verwendungszwecke, von der Aufladung von Batterien bis hin zu großen Stromversorgungen für elektronische Systeme, Motoren und mehr. Sehr große Mengen an elektrischen Energie, die über Direktstrom bereitgestellt werden, werden beim Schmelzen von verwendet Aluminium und andere elektrochemisch Prozesse. Es wird auch für einige verwendet Eisenbahnen, besonders in Stadtgebieten. Hochspannungs-Gleichstrom wird verwendet, um große Strommengen von Fernerzeugungsstellen zu übertragen oder abwechselnde Stromnetze miteinander zu verbinden.

Geschichte

Das zentrale Kraftwerk der Pinsel Electric Company mit Dynamos erzeugt direkte Strömung, um ARC -Lampen für öffentliche Beleuchtung in New York zu versorgen. Beginnend im Dezember 1880 in der 133 West Twenty Fiffst Street ermöglichten die Hochspannungen, die sie betrieben hatten, eine 2,2 km lange Schaltkreis von 2 Meilen.[4]

Direktstrom wurde 1800 vom italienischen Physiker produziert Alessandro VoltaBatterie, seine Voltaic Stapel.[5] Die Art des Stromverbrauchs wurde noch nicht verstanden. Französischer Physiker André-Marie Ampère Vermutete, dass der Strom von positiv bis negativ in eine Richtung fuhr.[6] Wenn der französische Instrumentenhersteller Hippolyt Pixii baute den ersten Dynamo Electric Generator Im Jahr 1832 stellte er fest, dass der verwendete Magnet die Drahtschleifen in jeder Hälfte drehte, der Strom der Elektrizität umkehrte, was eine erzeugte, was eine erzeugte Wechselstrom.[7] Bei Ampères Vorschlag fügte Pixii später a hinzu Kommutator, eine Art "Schalter", bei dem Kontakte an der Welle mit "Bürsten" -Kontakten arbeiten, um Gleichstrom zu erzeugen.

In den späten 1870er und frühen 1880er Jahren begann der Strom zu erzeugen bei Kraftwerke. Diese wurden anfangs mit Strom versorgt Lichtbogenbeleuchtung (Eine beliebte Art der Straßenbeleuchtung) Direktstrom oder Wechselstrom mit sehr hoher Spannung (normalerweise höher als 3000 Volt).[8] Es folgte die weit verbreitete Verwendung von niedrigem Spannungs -Gleichstrom für elektrische Beleuchtung in Wirtschaft und Häusern nach Erfinder Thomas Edison startete seine Eleiligkeitsbasis -Elektrobasis. "Dienstprogramm"im Jahr 1882. Aufgrund der wesentlichen Vorteile des Wechselstroms gegenüber dem Gleichstrom bei der Verwendung Transformer Um Spannungen zu erhöhen, um viel längere Übertragungsabstände zu ermöglichen, wurde der Gleichstrom in den nächsten Jahrzehnten durch Wechselstrom in der Stromversorgung ersetzt. Mitte der 1950er Jahre, Hochspannungs-Gleichstrom Die Übertragung wurde entwickelt und ist jetzt eine Option anstelle von Fernspannungs-Wechselstromsystemen mit großer Distanz. Für Fernuntersee -Kabel (z. B. zwischen Ländern, wie z. Nörnlich) Diese DC -Option ist die einzige technisch machbare Option. Für Anwendungen, die direkten Strom erfordern, z. dritte Schiene Stromsysteme, wechselnder Strom wird auf einen Umspannwerk verteilt, der a verwendet Gleichrichter Um die Stromversorgung in direkten Strom umzuwandeln.

Verschiedene Definitionen

Arten von Gleichstrom

Der Begriff DC wird verwendet, um auf Stromversorgungssysteme zu verweisen, die nur eine Polarität von Spannung oder Strom verwenden, und sich auf die Konstante, Nullfrequenz oder langsam variierende lokale Mittelwert einer Spannung oder eines Stroms zu beziehen.[9] Zum Beispiel die Spannung über einen DC Spannungsquelle ist konstant wie der Strom durch einen Gleichstrom Aktuelle Quelle. Die Gleichstromlösung von a Elektrischer Kreislauf ist die Lösung, bei der alle Spannungen und Ströme konstant sind. Es kann gezeigt werden, dass jeder stationär Spannung oder Stromwellenform kann in eine Summe einer DC-Komponente und eine zeitvariabende Komponente mit Null-Mittelwert zerlegt werden. Die DC -Komponente ist als der erwartete Wert oder der Durchschnittswert der Spannung oder des Stroms über alle Zeiten definiert.

Obwohl DC für "Gleichstrom" steht, bezieht sich DC häufig auf "konstante Polarität". Nach dieser Definition können DC -Spannungen zeitlich variieren, wie in der Rohausgabe eines Gleichrichters oder des schwankenden Sprachsignals auf einer Telefonleitung zu sehen ist.

Einige Formen von DC (wie die von a produziert Spannungsregler) haben fast keine Unterschiede in Stromspannung, aber möglicherweise noch Abweichungen in der Ausgabe haben Energie und Strom.

Schaltungen

Ein Gleichstromkreis ist eine Stromkreis Das besteht aus einer beliebigen Kombination von Konstante Stromspannung Quellen, konstant aktuell Quellen und Widerstände. In diesem Fall sind die Schaltungsspannungen und Ströme unabhängig von der Zeit. Eine bestimmte Schaltungsspannung oder ein bestimmter Strom hängt nicht vom vergangenen Wert einer Schaltungsspannung oder eines Stroms ab. Dies impliziert, dass das Gleichungssystem, das eine DC -Schaltung darstellt, keine Integrale oder Derivate in Bezug auf die Zeit umfasst.

Wenn ein Kondensator oder Induktor wird zu einer DC -Schaltung hinzugefügt, die resultierende Schaltung ist nicht genau genommen eine DC -Schaltung. Die meisten dieser Schaltungen haben jedoch eine DC -Lösung. Diese Lösung gibt die Schaltungsspannungen und Ströme, wenn sich die Schaltung befindet DC Steady State. Eine solche Schaltung wird durch ein System von dargestellt Differentialgleichung. Die Lösung für diese Gleichungen enthält normalerweise eine Zeit, die variiert oder vorübergehend Teil sowie ständiger oder stabiler Zustand. Es ist dieser stationäre Teil der DC -Lösung. Es gibt einige Schaltungen, die keine DC -Lösung haben. Zwei einfache Beispiele sind eine mit einem Kondensator angeschlossene konstante Stromquelle und eine mit einem Induktor angeschlossene konstante Spannungsquelle.

In der Elektronik ist es üblich, sich auf eine Schaltung zu beziehen, die von einer Gleichspannungsquelle wie einer Batterie oder der Ausgabe einer Gleichstromversorgung als Gleichstromkreis angetrieben wird, obwohl die Schaltung der Schaltung mit DC betrieben wird.

Anwendungen

Inlands- und Gewerbegebäude

Dieses Symbol, das dargestellt werden kann Unicode Charakter U+2393 (⎓ ⎓ ⎓) wird auf vielen elektronischen Geräten gefunden, die direkten Strom benötigen oder erzeugen.

DC ist in vielen häufig vorkommt Extra-niedrige Spannung Anwendungen und einige Niederspannung Anwendungen, insbesondere dort, wo diese von Strom versorgt werden von Batterien oder Solarenergie Systeme (da beide nur DC produzieren können).

Die meisten elektronisch Schaltungen erfordern einen Gleichstrom Energieversorgung.

Inländische DC -Installationen haben normalerweise unterschiedliche Arten von Steckdosen, Anschlüsse, Schalter, und Armaturen von denen, die zum Wechselstrom geeignet sind. Dies ist hauptsächlich auf die verwendeten niedrigeren Spannungen zurückzuführen, was zu höheren Strömen führt, um den gleichen Betrag zu erzeugen Energie.

Es ist in der Regel wichtig, dass ein Gleichstromgerät die Polarität beobachtet, es sei denn, das Gerät hat a Diodenbrücke dafür zu korrigieren.

Emerge Alliance ist die Open Industry Association, die Standards der DC -Stromverteilung in Hybridhäusern entwickelt und Gewerbebauten.

Automobil

Die meisten Automobilanwendungen verwenden DC. Ein Automobilbatterie Bietet unter anderem eine Leistung für Motorstart, Beleuchtung, das Zündsystem, die Klimakontrollen und das Infotainment -System. Das Generator ist ein Wechselstromgerät, das a verwendet Gleichrichter DC für Batterieladungen herstellen. Die meisten Autobahnfahrzeuge verwenden nominell 12V Systeme. Viele schwere Lastwagen, landwirtschaftliche Geräte oder Erdbewegungsausrüstung mit Dieselmotoren Verwenden Sie 24 Volt -Systeme. In einigen älteren Fahrzeugen wurde 6 V verwendet, wie im Original Klassischer Volkswagen Käfer. An einem Punkt a 42 V elektrisches System wurde für Automobile in Betracht gezogen, aber dies fand wenig Gebrauch. Um Gewicht und Draht zu sparen, wird häufig der Metallrahmen des Fahrzeugs an einen Pol der Batterie angeschlossen und als Rückgabeleiter in einer Schaltung verwendet. Oft ist die negative Pole die "Boden" -Bechanlage, aber in einigen Räder- oder Meeresfahrzeugen kann positiver Boden verwendet werden. In einem Batterie -ElektrofahrzeugEs gibt normalerweise zwei separate DC -Systeme. Das DC -System "niedriger Spannung" arbeitet typischerweise bei 12 V und dient dem gleichen Zweck wie in einem Verbrennungsmotorfahrzeug. Das "Hochspannungs" -System arbeitet bei 300-400 V (je nach Fahrzeug) und liefert die Leistung für die Traktionsmotoren.[10] Das Erhöhen der Spannung für die Traktionsmotoren verringert den Strom, der durch sie fließt und die Effizienz erhöht.

Telekommunikation

Telefonaustausch Kommunikationsgeräte verwendet Standard -48 -V -DC -Stromversorgung. Die negative Polarität wird durch erreicht Erdung das positive Terminal des Stromversorgungssystems und die Batterie Bank. Dies geschieht, um zu verhindern Elektrolyse Ablagerungen. Telefoninstallationen verfügen über ein Batteriesystem, um sicherzustellen, dass die Stromversorgung bei Abonnenten bei Stromversorgungsunterbrechungen die Leistung gewartet hat.

Andere Geräte können vom Telekommunikations -DC -System mit a betrieben werden DC / DC-Wandler um eine bequeme Spannung bereitzustellen.

Viele Telefone Verbindung zu a verdrehtes Paar von Drähten und verwenden a Voreingenommenheit Tee Um die Wechselstromkomponente der Spannung zwischen den beiden Drähten (das Audiosignal) von der Gleichspannungskomponente der Spannung zwischen den beiden Drähten (zum Strom mit dem Telefon) zu trennen.

Hochspannungsstromübertragung

Elektrische Stromübertragungssysteme mit Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC) verwenden DC für die Massenübertragung von elektrischer Leistung im Gegensatz zu den häufigeren alternierenden Stromsystemen. Für die Fernübertragung können HVDC-Systeme günstiger sein und niedrigere elektrische Verluste erleiden.

Sonstiges

Anwendungen verwenden Brennstoffzellen (Mischen von Wasserstoff und Sauerstoff zusammen mit einem Katalysator zur Erzeugung von Strom und Wasser als Nebenprodukte) erzeugt ebenfalls nur Gleichstrom.

Elektrische Systeme für leichte Flugzeuge sind typischerweise 12 V oder 24 V DC ähnlich wie Automobile.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Andrew J. Robinson, Lynn Snyder-Mackler (2007). Klinische Elektrophysiologie: Elektroprotherapie und elektrophysiologische Tests (3. Aufl.). Lippincott Williams & Wilkins. p. 10. ISBN 978-0-7817-4484-3.
  2. ^ N. N. Bhargava und D. C. Kulshrishtha (1984). Grundlegende Elektronik- und lineare Schaltungen. Tata McGraw-Hill Education. p. 90. ISBN 978-0-07-451965-3.
  3. ^ National Electric Light Association (1915). Handbuch des elektrischen Messgeräts. Kugelpresse. p. 81.
  4. ^ Mel Gorman. "Charles F. Pinsel und das erste öffentliche elektrische Straßenbeleuchtungssystem in Amerika". Ohio History. Kent State University Press. Ohio Historical Society. 70: 142.[Permanent Dead Link]
  5. ^ "Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta - Grants.hhp.coe.uh.edu". Archiviert von das Original Am 2017-08-28. Abgerufen 2017-05-29.
  6. ^ Jim Breithaus, Physik, Palgrave Macmillan - 2010, p. 175
  7. ^ "Pixii -Maschine erfunden von Hippolyt Pixii, National High Magnet Field Laboratory". Archiviert von das Original am 2008-09-07. Abgerufen 2008-06-12.
  8. ^ "Die erste Form der elektrischen Lichtgeschichte der Kohlenstoffbogenlampe (1800–1980er Jahre)".
  9. ^ Roger S. Amos, Geoffrey William Arnold Dummer (1999). Newnes Dictionary of Electronic (4. Aufl.). Newnes. p. 83. ISBN 0-7506-4331-5.
  10. ^ Arcus, Christopher (8. Juli 2018). "Tesla Modell 3 & Chevy Bolt Battery Packs untersucht". CleanTechnica. Abgerufen 6. Juni 2022.

Externe Links