מה יקרה אם נזין את רשת החשמל במתח DC (זרם ישיר)?

המלחמה של זרמי DC  נגד  AC נגמרה וטסלה ניצח.

רשתות DC משמשות רק אפשהו את הרכבת וגם  זה בצורה של קווי מתח גבוה במיוחד

הרוב המכריע של הרשתות פועלות על זרם חילופין. אבל בואו נדמיין מה יקרה אם פתאום,

פרסום

במקום מתח חילופי עם הערך הנוכחי של 230 וולט, יכנס מתח 230 וולט אבל זרם ישיר

מפסקי זרם

החדשות הטובות: מפסק הזרם יעבוד כצפוי. במפסק אוטומטי ישנם שני מנגנונים: תרמית ואלקטרומגנטית.

תרמי משמש בכדי להגן מפני עומס ממושך. הזרם מחמם את צלחת בי-מטל היא מתכופפת ופותחת את המעגל.

אלמנט אלקטרומגנטי מופעל על ידי זרם קצר במהלך מיידי. זהו סולנואיד שמושך את הליבה, ושוב, מנתק את המעגל.

שני מערכות אלו יעבדו נהדר עם זרם ישיר.

הקשת DC קשה יותר לכיבוי, כך שאם מתרחש קצר, הזמן לפתוח את המעגל יגדל ויאיץ את הבלאי של המפסק .

יש מפסקי זרם מיוחדים שנועדו לעבוד עם זרם ישיר.

ממסר פחת

בנוסף למפסקים אוטומטיים, בלוח חשמל יש מפסק מגן. מטרתו לאתר דליפת זרם מהרשת לאדמה, למשל, כאשר אדם נוגע בחלקים חיים. הממסר פחת מודד את חוזק הזרם בשני מוליכים העוברים דרכו. אם אותו זרם זורם בשני מוליכים, הכול בסדר, אין זליגה.

אם הזרמים אינם שווים, הפחת מנתק את המעגל.

האלמנט הרגיש של הפחת הוא שנאי דיפרנציאלי. לשנאי כזה שני סלילים ראשוניים המחוברים בכיוונים מנוגדים. אם הזרמים שווים,

השדות המגנטיים שלהם מבטלים זה את זה. אם הזרמים אינם מקבלים פיצוי  מופיע מתח ביציאה של הסליל השלישי אליו מגיב מעגל פחת. השנאי לא יעבוד על זרם ישר, והפחת יהיה חסר תועלת.

מונה חשמל

לא משנה איזה סוג של מד חשמלי ישנו – מכני ישן או אלקטרוני חדש – הוא לא יעבוד. המונה המכני הוא מנוע חשמלי,

כאשר הדיסק המתכתי משמש כרוטור, והסטטור מכיל שני סלילים. סליל אחד מחובר בתור עם העומס ומודד את הזרם, השנייה מחוברת במקביל ומודדת את המתח. לפיכך, ככל שצריכת החשמל גדולה יותר, כך מסתובב הדיסק במהירות רבה יותר. פעולתו של מונה כזה מבוסס על תופעת אינדוקציה אלקטרומגנטית, ועם זרם קבוע בסלילים, הדיסק יישאר ללא זוזה

המונה האלקטרוני בנוי אחרת. הוא מודד ישירות  את המתח (באמצעות מחלק התנגדות) וזרם (באמצעות חיישן),

לאחר דיגיטציה הוא מעבד מחושב את הנתונים שהתקבלו לקילו ואט – שעה.

באופן עקרוני, שום דבר לא מונע ממעגל כזה לעבוד עם זרם ישיר, אך בכל המונים הביתיים, הרכיב הקבוע מסונן באופן תכנותי ואינו משפיע על הקריאות. מדי זרם ישיר קיימים בטבע, הם מותקנים, למשל, על קטרים חשמליים, אך לא תמצאו אחד כזה בלוח הדירה.

מחממים

הכול בסדר כאן. תנור חשמלי הוא עומס התנגדות בלבד, וההשפעה התרמית של הזרם אינה תלויה בצורתו ובכיוון זרם.

תנורים חשמליים, קומקומים, דודים, ומגהצים  יעבדו על זרם ישיר באותה צורה כמו על זרם חילופין. גם רגולטורים לטמפרטורה בי- מטלית (כמו למשל במגהץ) יתפקדו נכון

נורות ליבון

הנורה הישנה והטובה בזרם ישר תעבוד לא פחות טוב מבזרם חילופין.  אפילו יותר טוב: לא יהיו פעימות אור, המנורה לא תזמזם.

בזרם חילופין הנורה עשויה לזמזם בגלל העובדה שהספירלה (במיוחד אם היא נופלת קצת) עובדת כמו אלקטרומגנט, מתכווצת ונמתחת פעמיים במהלך תקופה. כאשר היא מופעלת על ידי זרם ישר, תופעה לא נעימה זו לא תהיה.

עם זאת, אם התקנת דימרים, הם יפסיקו לעבוד. אלמנט החשוב של הדימר הוא טיריסטור – .כאשר הטיריסטור מסופק עם זרם חילופין,

הוא ייסגר בכל מעבר של הזרם דרך אפס.

כאשר מופעל על ידי זרם ישר, הטיריסטור לא יוכל לסגור, והמנורה תמיד יהיה בעוצמה של 100%. ואולי מעגל הבקרה לא יצליח "לתפוס" את המעבר של מתח החשמל דרך אפס ולא ייתן פקודה לטיריסטור להתפתח. ואז המנורה לא תידלק כלל. בכל מקרה הדימר יהיה חסר תועלת

מנורות פלורסנט

לא ניתן לחבר מנורת פלורסנט ישירות לרשת: לצורך פעולה רגילה היא זקוקה למשנק. במקרה הפשוט ביותר, הוא מורכב משלושה חלקים: סטרטר, משנק וקבל. האחרון נדרש לא למנורה עצמה, אלא לצרכנים אחרים ברשת, מכיוון שהוא משפר את גורם ההספק ומסנן את הרעש שיצרה המנורה. סטרטר הוא נורת ניאון שאחת האלקטרודות מתכופפת כשהיא מחוממת ונוגעת באלקטרודה השנייה. משנק – סליל גדול המחובר בתור עם המנורה:

בדרך כלל כל זה עובד כדלקמן: כאשר מופעל, הצתה של הסטרטר, המגעים שלו מתחממים ונסגרים זה לזה. זרם זורם בחוטים של המנורה, מה שגורם להם להתחמם ולהתחיל לפלוט אלקטרונים.

בשלב זה הסטרטר מתקרר ופותח את המגע. הזרם יורד בצורה חדה, ועקב אינדוקציה עצמית מופיע מתח גבוה על המשנק.

אימפולס הזה מצית פריקה במנורה, ואז היא דולקת לבד. המשנק מגביל כעת את זרם הפריקה, ופועל כהתנגדות נוספת

מה יהיה בזרם ישיר? הסטרטר יעבוד, המנורה תידלק כצפוי, אבל אז הכול ישתבש. במעגל המשנק לא תהיה התנגדות אינדוקטיבית

(רק ההתנגדות של החוטים, אך הוא קטן), שאומר שהוא כבר לא יוכל להגביל את הזרם. ככל שזרם הפריקה גבוה יותר,

כך הגז במנורה מיונן יותר, ההתנגדות צונחת והזרם מתחזק עוד יותר. התהליך יתפתח כמו מפולת ויגמר בפיצוץ מנורה.

מנורה פלואורסצנט עם משנק אלקטרוני

עם מנורה פלואורסצנט עם משנק אלקטרומגנטי זה  פשוט, אך לא ללא חסרונות. משנק אלקטרוני  טוב יותר .

איך הוא עובד? מתח החשמל מתיישר (המרה לקבוע) ואז הגנרטור המשתמש בטרנזיסטורים או במעגל מיקרו מייצר מתח לסירוגין בתדירות גבוהה (עשרות kHz)  ) שמפעיל את המנורה. בדומה בנויות נורות PL  או EL  "קומפקטי. מכיוון שיש מיישר בכניסה לנטל האלקטרוני, יכולים להפעיל את כל הגופים במתח קבוע.

נורות לד

הנורית דורשת מתח קבוע קטן (כ -3.5 וולט, בדרך כלל מחוברים מספר דיודות בתור) ומגביל זרם.

התוכניות של מנורות LED מגוונות מאוד, מפשוטות למורכבות מדי.

הדבר הפשוט ביותר הוא לשים נגן בתור עם דיודה ה- LED. מתח יתר ירד עליו, זה גם יגביל את הזרם. למעגל כזה יש יעילות נמוכה באופן מפלצתי, כך שבפועל משתמשים בקבל במקום נגד. יש לו גם התנגדות (לזרם חילופין), אך כוח תרמי אינו מתפזר עליו. על פי סכמה זאת, המנורות הזולות ביותר מורכבות. נורות לד כאן מהבהבות בתדר של 100 הרץ. מנורה כזו לא תעבוד על זרם ישר, כי עבור זרם ישר קבלים הם התנגדות אינסופית

מנורות יקרות יותר מורכבות יותר, דומות מאוד לצוקים אלקטרוניים למנורות פלורסנט, המעגל יפעל כרגיל אם יופעל עליו מתח ישיר

מנועים אוניברסליים

מנוע מורכב מסטטור קבוע ורוטור המסתובב פנימה. לסטטור יש סליל אחד אחד, והרוטור כמה סלילים. סלילי הרוטור מחוברים דרך אספן – גליל עם מגעים, שלאורכו מחליקים מברשות פחמן. האינטראקציה בין השדות המגנטיים של הסטטור והרוטור גורמת לסיבוב הרוטור.

מנוע כזה יכול לפעול כאשר מופעל על ידי זרם חילופין וזרם ישר. למעשה, זו הסיבה שזה נקרא "אוניברסאלי". כאשר הקוטביות משתנה, כיוון השדה המגנטי בסטטור וברוטור משתנה בו זמנית, כתוצאה מכך המנוע ממשיך להסתובב באותו כיוון.

בזרם ישיר המומנט  אפילו יותר גדול מאשר בזרם משתנה בגלל היעדר ההתנגדות האינדוקטיבית של הסלילים. מנועי אספן אוניברסליים משמשים במקום שצריך להשיג יותר כוח בממדים קטנים. במכשירים ביתיים הם הותקנו כמכונות כביסה, שואבי אבק, מייבשי שיער, בלנדרים, מערבלים, מטחנות בשר, וגם בכלי חשמל. כל המכשירים הללו ימשיכו לעבוד אם המתח בשקע פתאום "יתיישר"

פרסום

מנועים סינכרוניים

למנוע סנכרוני בסטטור יש כמה סלילים היוצרים שדה מגנטי מסתובב. הרוטור מכיל מגנט קבוע או סליל המונע על ידי זרם ישר

. השדה המגנטי של הסטטור מחובר לשדה הרוטור ומסובב אותו מאחורי עצמו. מאפיין של מנוע כזה הוא שתדירות הסיבוב שלו תלויה רק בתדירות זרם האספקה. עם זרם ישר, ברור שמנוע כזה יסתובב בתדר אפס, כלומר הוא יפסק

בחיי היומיום משתמשים במנועים סינכרוניים בעלי עוצמה נמוכה במקום שיש צורך לשמור על מהירות קבועה לחלוטין. בעיקרון, מדובר בשעונים וטיימרים אלקטרומכניים. כמו כן סינכרוניים הם מנוע סיבוב הצלחת בתנור המיקרוגל ומנוע משאבת הניקוז במכונת הכביסה

מנועי אסינכרוני

מנוע אסינכרוני דומה במכשירו למנוע סינכרוני. בתוכו, סטטור יש גם כמה סלילים ויוצר שדה מסתובב. אך סליל הרוטור אינו מחובר לשום מקום והוא במעגל מקוצר. הזרם בו נוצר בגלל תופעת השראה אלקטרומגנטית בשדה לסירוגין של הסטטור.

זרם זה יוצר שדה מגנטי משלו, אינטראקציה עם השדה המסתובב של הסטטור וגורם לרוטור להסתובב

מנועי אסינכרונים הם בעלי רעש נמוך ומשאב גדול בגלל היעדר מברשות שפשוף. ניתן למצוא אותם במקררים, מזגנים ומאווררים. כאשר הוא מסופק עם זרם ישר, השדה המגנטי של הסטטור לא יסתובב. כמו כן, לא יהיה זרם ברוטור. המנוע יישאר נייח, והסליל פשוט יתחמם

ספקי כוח, שנאי

השנאי מורכב מכמה סלילים המחוברים באמצעות מעגל מגנטי משותף. זרם חילופין בסליל אחד (ראשוני) מייצר זרמי אינדוקציה בכל הסלילים האחרים (המשניים).

המאפיין היקר של השנאי, שעבורו הוא משמש בדרך כלל, הוא שהמתח על פני הסלילים זהה למספר הסיבובים בסלילים. אם תעטוף 1000 סיבובים בסליל הראשי, ו 100 בסבב המשני, שנאי כזה יפחית את המתח בעשר פעמים. אם תפעיל את זה להפך – יגדל פי 10.

פשוט מאוד ונוח.

השנאים מופעלים באמצעות אלקטרוניקה לבקרה במכונות כביסה, תנורים ומזגנים. ספקי שנאי כוח משמשים בציוד שמע ומטענים זולים.

מה יקרה לשנאי אם הוא מחובר לרשת  DC?

ראשית, מתח לא יופיע על הסליל המשני, כי אינדוקציה אלקטרומגנטית מתרחשת רק כאשר הזרם משתנה

שנית, לסליל לא תהיה התנגדות אינדוקטיבית, מה שאומר שזרם גדול בהרבה יזרום דרכו מכפי שחושב. השנאי יתחמם יתר ויישרף די מהר

מסקנה

אחרי שכיבינו כמה שריפות ואספנו את מכשירים פגומים, הגיע הזמן לסכם. המעבר לזרם ישיר ישרוד את הטכניקה הישנה והפשוטה (מנורות ליבון, תנורי חימום, מנועי אספן עם שליטה מכנית) או להפך, המודרנית ביותר (עם ספקי כוח מיתוג ומנועי מהפך).

למרבה המזל, סביר להניח כי התרחיש המתואר לא יושם, אלא אם כן נשקלת האפשרות לחבלה מאורגנת במיוחד.

בשום מקרה של תאונה אפשרית ברשת אספקת החשמל, המתח החילופי יהפוך לפתע ישיר.

MASTAQ