Постійний струм

Постійний струм було отримано 1800 року за допомогою батареї італійського фізика Алессандро Вольта, його вольтової купи. Природа протікання струму ще не була зрозуміла. Французький фізик Андре-Марі Ампер припустив, що струм рухається в одному напрямку від позитивного до негативного електроду. Коли французький приладобудівник Hippolyte Pixii 1832 року побудував перший динамо-електричний генератор, він виявив, що коли застосовуваний магніт проходив петлі дроту кожні півоберта, це призводило до зворотного потоку електрики, генеруючи змінний струм. За пропозицією Ампера, Pixii пізніше додав комутатор — тип «перемикача», в якому контакти на валу діють зі «щітковими» контактами для отримання постійного струму.

Центральна електростанція компанії Brush Electric з динамо-генераторами, які виробляли постійний струм на дугові лампи для громадського освітлення Нью-Йорку. З початком роботи в грудні 1880 року, висока напруга, яку вона виробляла, дозволяла їй живити передавальну лінію довжиною 2 милі (3,2 км).

Наприкінці 1870-х і початку 1880-х років, на електростанціях почали виробляти електрику. Спочатку вони були налаштовані на живлення джерел світла від електричної дуги (поширений вид вуличного освітлення), що працювали на дуже високій напрузі (зазвичай понад 3000 вольт) постійного або змінного струму. Згодом відбулося поширення низьковольтного постійного струму для внутрішнього освітлення на підприємствах і будинках після того, як винахідник Томас Едісон в 1882 році запустив у виробництво свою електричну «утиліту» (лампу) розжарення. Через значні переваги змінного струму перед постійним струмом завдяки використанню трансформаторів для підвищення і зниження напруги, щоби забезпечити набагато більші відстані передавання, постійний струм для подачі енергії був замінений протягом наступних кількох десятиліть змінним струмом.

У середині 1950-х років було розроблено високовольтну систему передавання постійного струму, і тепер (у 2000-х роках) вона є альтернативою  системам передачі змінного струму високої напруги на великі відстані. Для довгих підводних кабелів (наприклад, між країнами, як-от NorNed) цей варіант постійного струму є єдиним технічно здійсненним способом. Для застосувань, що вимагають постійного струму, як-от енергосистеми контактної рейки, змінний струм подається на підстанції, де використовуються випрямлячі для перетворення енергії на постійний струм.

Різновиди постійного струму (згори донизу): струм від акумулятора, струм від півперіодного випрямляча, струм від двопівперіодного випрямляча.

Термін постійний струм використовується для позначення енергосистем, де застосовують лише одну полярність напруги чи струму, і для позначення сигналу постійної, нульової частоти або повільно змінюваного локального середнього значення напруги чи струму. Наприклад, напруга в джерелі постійного струму постійна, як і струм крізь джерело постійного струму. Можна показати, що будь-яка незмінна напруга або струмова хвиля можуть бути розкладені на суму складової постійного струму і нульової середньої, змінної за часом складової; складова постійного струму визначається як очікуване значення, або середнє значення напруги чи струму за весь час.

Хоча DC означає «постійний струм», DC часто стосується «незмінної полярності».

Схема постійного струму — це електричне коло, яке складається з будь-якого поєднання джерел постійної напруги, джерел постійного струму та резисторів. У цьому випадку, напруги та струми кола, не залежать від часу. Конкретна напруга або струм у колі, не залежать від минулого значення напруги або струму в ньому. Це означає, що система рівнянь, які представляють коло постійного струму, не передбачає інтегралів чи похідних за часом.

Якщо до контуру постійного струму додається конденсатор або індуктор, то отримана схема не є, строго кажучи, колом постійного струму. Однак у більшості таких схем, є рішення постійного струму. Це рішення дає напруги та струми кола, коли схема знаходиться в стійкому стані постійного струму. Така схема представлена системою диференційних рівнянь. Рішення цих рівнянь, зазвичай містить частину, що змінюється за часом, чи перехідну частину, а також постійну або сталу частину. Саме ця частина стійкого стану, є рішенням постійного струму. Є деякі кола, котрі не мають рішення постійного струму. Два простих приклади — джерело постійного струму, приєднане до конденсатора, і джерело постійної напруги, приєднане до індуктора.

В електроніці схему, що живиться від джерела постійного струму, наприклад акумулятора, заведено називати колом постійного струму, навіть якщо розуміється, що воно просто працює від постійного струму.

Простим джерелом постійного струму є хімічне джерело (гальванічний елемент або акумулятор), оскільки полярність такого джерела не може мимовільно змінитися. Для отримання постійного струму використовують також електричні машини — генератори постійного струму. В електронній апаратурі, що живиться від мережі змінного струму, для отримання пульсового постійного струму використовують випрямляч. Далі для зменшення пульсацій може бути використаний згладжувальний фільтр і, за потреби, стабілізатор напруги.

Постійний струм має багато застосувань — від заряджання акумуляторів, до великих джерел живлення для електронних систем, електродвигунів тощо.

Постійний струм широко використовується в техніці: живлення переважної більшості електронних схем, в автомобілях, тролейбусах, електровозах, в деяких типах підіймальних кранів, у ручному переносному інструменті на акумуляторах і подібне.

Постійний струм низької напруги використовується в електрометалургії для розплаву й електролізу руд, насамперед алюмінієвих.

Високовольтний постійний струм використовується для передавання великої кількості електроенергії від віддалених об'єктів генерації або для з'єднання електричних мереж змінного струму.

Постійний струм, за потреби, може бути перетворений на змінний, за допомогою електронних пристроїв — інверторів, для яких джерелом постійної напруги, є акумулятори на 12 вольт. Це насамперед, застосовується в аварійних джерелах живлення (перетворювачах), які призначені для забезпечення безперервної роботи газових котлів, медичних приладів та іншого важливого обладнання, під час зникнення основної мережної напруги — 230 вольт. Характерною ознакою сучасних інверторів, є дуже низький коефіцієнт корисної дії, особливо тих, які на виході мають синусоїдальну напругу завдяки додатковим фільтрам.

• Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик П. П. Електрика і магнетизм // Загальний курс фізики. — К. : Техніка, 2006. — Т. 2. — 456 с.
• Будіщев М. С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка : підручник. — Львів : Афіша, 2001. — 424 с.
• Руденко В. С., Ромашко В. Я., Морозов В. Г. Перетворювальна техніка. Частина 1 : підручник. — К. : ІСДО, 1996. — 262 с.
• ДСТУ 2843-94. Електротехніка. Основні поняття. Терміни та визначення. Чинний від 1995-01-01. — Київ : Держспоживстандарт України, 1995. — 65 с.

• Змінний струм
• Електрична напруга
• Передавання електроенергії
• Електромагнетизм
• Теорія електричних кіл
• Війна струмів