DC vs AC:Συνεχές ρεύμα (DC) Vs Εναλλασσόμενο Ρεύμα (AC)

Το ρεύμα (ηλεκτρικό φορτίο) ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση σε περίπτωση DC (συνεχές ρεύμα) . Αλλά σε AC (Εναλλασσόμενο ρεύμα) Το ηλεκτρικό φορτίο αλλάζει κατεύθυνση περιοδικά. Όχι μόνο το ρεύμα αλλά και η τάση αντιστρέφεται λόγω της αλλαγής στη ροή του ρεύματος.

Η συζήτηση AC εναντίον DC προσωποποιεί τον Πόλεμο του Curre nts, ​​όπως λέγεται σήμερα, στο οποίο συμμετείχαν οι δύο γίγαντες της ηλεκτρικής ενέργειας στα τέλη της δεκαετίας του 1890. Ο Thomas Edison, ο ιδιοκτήτης του Direct Current, απειλήθηκε τόσο πολύ από την εφεύρεση του Tesla που κατέφυγε στην ψευδή παραπλάνηση των Αμερικανών για να δυσφημήσει το Εναλλασσόμενο Ρεύμα.

Αλλά αυτό δεν εμπόδισε την Tesla από το να πραγματοποιήσει το όνειρό της να προμηθεύσει τις Ηνωμένες Πολιτείες με φθηνή και εξαιρετικά αποδοτική ενέργεια. Μέχρι σήμερα, βλέπουμε μακριά και χοντρά καλώδια να τεντώνονται σφιχτά ανάμεσα σε πανύψηλους ηλεκτρικούς στύλους σαν τις χορδές μιας κιθάρας. Ο AC πήρε το θρόνο και κυβέρνησε για έναν αιώνα, κυριαρχώντας σε σπίτια, γραφεία και κτίρια μέχρι τώρα, όταν η DC φαίνεται να επιστρέφει σταδιακά. Γιατί το AC τα πήγε τόσο καλά; Και γιατί μπορεί η DC να επιστρέψει;

Ας επαναδιατυπώσουμε αυτές τις ερωτήσεις.

Γιατί το AC είναι καλύτερο από το DC;

Το AC είναι ένας τύπος ρεύματος στο οποίο τα ηλεκτρόνια αλλάζουν περιοδικά κατεύθυνση εμπρός και πίσω. Βασίζεται στις αρχές που εφηύρε ο Michael Faraday το 1832 όταν εικονογράφησε τη γεννήτρια δυναμό του.

Το DC, παρά τη φήμη του, είχε ένα σημαντικό πρόβλημα - η μετάδοσή του σε μεγάλες αποστάσεις ήταν σκληρή, τα καλώδια έχασαν την ισχύ και έπρεπε να εκλεπτυνθεί από πρόσθετα κυκλώματα. Επιπλέον, η αναβάθμιση ή η υποβάθμιση των τάσεων DC απαιτούσε επίσης πολύπλοκα κυκλώματα.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα όχι μόνο θα μπορούσε να μεταδοθεί εύκολα σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά θα μπορούσε επίσης να μετατραπεί εύκολα σε υψηλότερες ή χαμηλότερες τιμές χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές.

Ένας μετασχηματιστής είναι ουσιαστικά ένα κουλουριασμένο καλώδιο που «ανεβαίνει» ή «κατεβάζει» το μέγεθος της τάσης AC. Η δυνατότητα μετατροπής της τάσης με αυτόν τον τρόπο σήμαινε ότι ήταν δυνατή η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας πολύ πιο αποτελεσματικά, όχι μόνο στις πόλεις αλλά σε ολόκληρο το έθνος. Το όνειρο του Tesla γινόταν σταδιακά πραγματικότητα.

(Πίστωση εικόνας:Pixabay)

Η ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις ήταν το κύριο πλεονέκτημα του AC έναντι του συνεχούς ρεύματος, με τα σπίτια και τα κτίρια να διακόπτουν το συνεχές ρεύμα τον 19ο αιώνα. Το 1893, η General Electric επιλέχθηκε για την παροχή συνεχούς ρεύματος στην Παγκόσμια Έκθεση του Σικάγου, η οποία θα κόστιζε υπέρογκα 554.000 $.

Ωστόσο, ο George Westinghouse παρενέβη και υποσχέθηκε να τροφοδοτήσει την έκθεση για μόνο 399.000 $ με το AC της Tesla. Τρία χρόνια αργότερα, η Niagara Falls Power Company, παρασυρμένη από τις ανέσεις του AC, απένειμε στον Westinghouse το δικαίωμα να παράγει ενέργεια από τους καταρράκτες του Νιαγάρα και να φωτίζει όλο το Μπάφαλο της Νέας Υόρκης. Το AC εξαφάνισε το DC μια για πάντα. Στη συνέχεια, μερικές δεκαετίες αργότερα, τοτρανζίστορ γεννήθηκε.

Γιατί το DC είναι καλύτερο από το AC;

Σε αντίθεση με το εναλλασσόμενο ρεύμα, το συνεχές ρεύμα δεν υπόκειται σε μεταγωγή. Δεν υπάρχουν περίοδοι και το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση με σταθερή τάση. Όπως αναφέρθηκε ήδη, το DC τείνει να χάνει ηλεκτρισμό ως θερμότητα – μια ιδιότητα που εκμεταλλεύτηκε ο Έντισον για να ανάψει τον πρώτο λαμπτήρα.

Παρά τα μειονεκτήματά του, η εποχή των ημιαγωγών ανάγκασε την επιστροφή συνεχούς ρεύματος. Το DC χρησιμοποιείται κυρίως για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών, δηλαδή μικρότερων συσκευών που μπορούν να λειτουργήσουν μόνο σε δύο καταστάσεις:ενεργοποίηση και απενεργοποίηση. Αυτά περιλαμβάνουν μπαταρίες, LED, τρανζίστορ, νευρώνες τεχνολογίας υπολογιστών και οποιαδήποτε άλλη συσκευή ημιαγωγών.

Η τροφοδοσία DC έχει επανέλθει επειδή η κοινωνία μας βασίζεται σε υπολογιστές, tablet και φορητές συσκευές που συνδέονται συνεχώς με «σύννεφα». Τα σύννεφα είναι βασικά υπολογιστές, επίσημα γνωστοί ως διακομιστές, που αποθηκεύονται σε απομακρυσμένα κτίρια για την αποθήκευση των πολύτιμων δεδομένων σας.

Σήμερα, εταιρείες όπως το Facebook και η Google αδειάζουν ολόκληρα κτίρια για να στεγάσουν διακομιστές που αποθηκεύουν δεδομένα για τον συνεχώς αυξανόμενο αριθμό των χρηστών τους. Ο χειρισμός εναλλασσόμενου ρεύματος όπως το συνεχές ρεύμα σε τέτοιες συσκευές είναι αρκετά περίπλοκος, καθώς απαιτεί περίπλοκα κυκλώματα. Ωστόσο, το πιο σημαντικό, το AC χάνει την ενέργειά του, έστω και για ένα απειροελάχιστο χρονικό διάστημα, το οποίο οι διακομιστές που χρειάζονται συνεχώς ενέργεια δεν μπορούν να αντέξουν.

Οι αίθουσες διακομιστών είναι συνήθως κλιματιζόμενες και είναι αφιερωμένες στη συνεχή λειτουργία διακομιστών υπολογιστών. (Πηγή εικόνας:Flickr)

Επιπλέον, κάθε ηλεκτρολόγος μηχανικός γνωρίζει ότι οι απώλειες που συσσωρεύονται από τη μετάδοση εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να υπερβαίνουν τις απώλειες που προκαλούνται από το DC λόγω Skin Effect και χωρητικής σύζευξης, φαινόμενα όπου, επειδή η ενέργεια ρέει στην επιφάνεια του σύρματος, απορροφάται από αντικείμενα κάτω από αυτό.

Η μετάδοση επιβραδύνεται λόγω αυτών των αντιστάσεων, μειώνοντας κατά συνέπεια την απόδοσή της. Στην πραγματικότητα, οι απώλειες που διασκορπίζονται στη γειτονιά του διαμορφώνουν τον τρόπο δομής των μηχανισμών ασύρματης μεταφοράς ισχύος. Το AC εκπέμπει μέρος της ενέργειάς του, η οποία μπορεί εύκολα να συγκεντρωθεί σε μια περιοχή τυλίγοντας κατάλληλα το σύρμα.

Ένας άλλος λόγος για τον οποίο – και αυτό φαίνεται να είναι ο πιο σημαντικός – θα μπορούσε να επιστρέψει το DC είναι η συμβατότητά του με φιλικές προς το περιβάλλον ηλεκτρονικές συσκευές. Δεδομένου ότι όλα τα ηλιακά κύτταρα βασίζονται σε υποστρώματα ημιαγωγών, όλα παράγουν ή λειτουργούν με συνεχές ρεύμα. Η DC μπορεί να χρειαστεί να επιστρέψει για χάρη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Φυσικά, μπορούμε επίσης να στρατολογήσουμε εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά αυτό θα απαιτούσε κουραστικές μετατροπές από DC σε AC χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα και μετά σε DC ξανά, όπου το 5-20% της ενέργειας χάνεται ως θερμότητα. Στην πραγματικότητα, τα κέντρα δεδομένων που εκτείνονται σε ολόκληρα στρέμματα χρησιμοποιούν αυτούς τους μετατροπείς. Ωστόσο, καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας και το πρόσθετο κόστος των συστημάτων ψύξης για τη θερμότητα που παράγεται, γεγονός που επιδεινώνει την οικονομική τους κατάσταση.

Λοιπόν, ποιο είναι καλύτερο, AC ή DC;

Αν και τώρα έχουμε την τεχνολογία για τη μετάδοση συνεχούς ρεύματος σε μεγάλες αποστάσεις μέσω δικτύων, εξακολουθούμε να χρησιμοποιούμε εναλλασσόμενο ρεύμα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα ωθείται σε υψηλότερες τάσεις για να ξεπεραστεί η αντίσταση και όταν η τροφοδοσία φτάσει στον χρήστη, κατεβαίνει και διορθώνεται για να τροφοδοτήσει, για παράδειγμα, έναν υπολογιστή. Ωστόσο, αυτές οι τεχνολογίες, όπως και οι τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όχι μόνο κοστίζουν μια περιουσία, αλλά η αποτελεσματικότητά τους μπορεί επίσης να είναι αμφισβητήσιμη. Ναι, το DC παρέχει σταθερές εξόδους, αλλά υψηλότερη απόδοση επιτυγχάνεται μετά εξαλείφοντας τις απώλειες.

Παρόλο που οι απώλειες μπορεί να είναι μικρότερες από αυτές που σημειώθηκαν με το AC, ο παράγοντας step-up/down παίζει ρόλο. Η απλότητα με την οποία μπορούν να διαμορφωθούν και να μεταφερθούν οι τάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος εξακολουθεί να είναι απρόσιτη, επομένως η τάση AC θα μπορούσε ακόμα να προτιμάται.

Και οι δύο πηγές ενέργειας είναι εξαιρετικές με τον δικό τους τρόπο, επομένως η απόφαση για το ποιος θα θριαμβεύσει θα εξαρτηθεί από τα επίμαχα κριτήρια – τον ​​αγωνιστικό χώρο. Η κρίση εξαρτάται ουσιαστικά από την εφαρμογή της εξουσίας.

Σήμερα, και τα δύο λειτουργούν παράλληλα. Εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει από πάνω μας σε καλώδια. Το εναλλασσόμενο ρεύμα στη συνέχεια μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα χρησιμοποιώντας έναν ανορθωτή , όπως ο προσαρμογέας που περιέχει ο φορτιστής σας, για την τροφοδοσία οικιακών συσκευών όπως λαμπτήρες, λαμπτήρες και άλλες συσκευές.

The War of Currents μπορεί να μην είναι τόσο δραματικό όσο κάποτε, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει διακριτικά.