Постоянное и переменное напряжение в чем разница. Про переменный ток и напряжение

Электричество – это тип энергии, передаваемый движением электронов через проводящий материал. Например, металлы представляют собой материалы с высокой электропроводностью и позволяют легко перемещать электроны. Внутри проводящего материала электроны могут двигаться в одном или нескольких направлениях.

Понятие о постоянном и переменном токе

Что такое постоянный ток, определяется из характера движения электрозарядов. Аналогично можно установить, что такое переменный ток.

1. Когда поток электрозарядов задан в одном направлении, он считается постоянным током;
2. Когда электронный поток меняет направление и интенсивность во времени, он называется переменным током. Причем изменения идут циклически, по синусоидальному закону.

Большинство современных электросетей используют переменный электрический ток, производящийся на электростанциях соответствующими генераторами.

Постоянный ток (DC) генерируется батареями, топливными элементами и фотоэлектрическими модулями. Существуют и генераторы постоянного тока . Другое его получение – преобразование из однофазного и трехфазного переменного тока (АС) с помощью выпрямительных устройств.

В обратном случае АС может быть получен из DC, используя инверторы, хотя технология здесь несколько сложнее.

История

В природе электричество встречается относительно редко: оно генерируется только несколькими животными и существует в некоторых природных явлениях. В поисках искусственной генерации потока электронов ученые поняли, что можно заставить электроны проходить через металлическую проволоку или другой проводящий материал, но только в одном направлении, так как они отталкиваются от одного полюса и притягиваются к другому. Так родились батареи и генераторы постоянного тока. Изобретение приписывается, в основном, Томасу Эдисону.

В конце 19-го века другой известный ученый, Никола Тесла, разрабатывал способы получения переменного тока. Основными причинами работ в этой области явились обнаруженные недостатки постоянного тока при передаче электроэнергии на большие дистанции. Оказалось, что для переменного тока гораздо проще повысить напряжение передающих линий, тем самым уменьшив потери и получив возможность транспортировки больших объемов электрической энергии, а эффективно повысить напряжение на линиях с постоянным током в те времена было неосуществимо.

Для получения переменного тока Тесла использовал вращающееся магнитное поле. Если МП изменяет направленность, направление электронного потока также варьируется, и генерируется переменный ток.

Изменение направления в электронном потоке осуществляется очень быстро, много раз в секунду. Измерения частоты производятся в герцах (равных циклам в секунду). Таким образом, переменный ток частоты 50 Гц можно представить, как выполнение 50 циклов в секунду. В каждом цикле электроны изменяют направление и возвращаются к первоначальному, поэтому поток электронов изменяет направленность 100 раз в секунду.

Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов

Разница между двумя видами токов заключена в их природе и вытекающих из этого свойствах.

Отличие постоянного тока от переменного:

1. При переменном токе изменяется направленность и интенсивность электронного потока, при постоянном – она неизменна;
2. Частота постоянного тока не может существовать. Это понятие применимо только для переменного тока;
3. Полюсы (плюс и минус) всегда одинаковы в электроцепи постоянного тока. В электроцепи переменного тока положительные и отрицательные полюса меняются с периодическими интервалами;
4. При передаче переменного тока напряжение легко преобразуется и транспортируется с приемлемым уровнем потерь.

Изменение полярности подключения DC может привести к необратимому повреждению устройств. Чтобы этого избежать, на оборудовании обычно ставятся обозначения полюсов. Аналогично контакты отличаются традиционным использованием металлической пружины для отрицательного полюса и пластины – для положительного. В устройствах с перезаряжаемыми батареями трансформатор-выпрямитель имеет выход, так что соединение выполняется только одним способом, что предотвращает инверсию полярности.

В крупномасштабных установках, например, на телефонных станциях и другом телекоммуникационном оборудовании, где имеется централизованное распределение постоянного тока, используются специальные соединительные и защитные элементы,

Постоянный и переменный ток имеют свои достоинства и недостатки, отражающиеся на области их применения. По преимуществу широта использования переменного тока объясняется легкостью его преобразования.

Различия при транспортировке

Когда ток течет, часть энергии электронов преобразуется в тепло, благодаря активному сопротивлению проводов. Электрические нагреватели тоже основаны на этом эффекте. В конце линии меньше энергии передается потребителю. Рассеиваемые мощности называются потерями. Для уменьшения потерь применяется повышение напряжения при транспортировке.

Эти физические зависимости применимы и к постоянному, и к переменному току, однако при реализации схем передачи возникают различия.

Достоинства и недостатки переменного тока

При начале строительства передающих электросетей использование трансформаторов было единственной возможностью получать высокие напряжения и затем снижать их до нужного уровня при распределении к потребителям. Такая технология называлась трансформаторной, и до сих пор структура транспортировки электроэнергии не изменилась. Почти повсеместно используется переменный ток, который представляет собой трехфазные системы.

Позже стали конструироваться и линии постоянного тока, которые последние годы используются все шире. Возросший интерес к их применению объясняется существенными недостатками систем переменного тока: в длинных линиях потери электроэнергии значительны. Причинами их являются наличие емкостного и индуктивного сопротивлений.

1. При быстрой смене направления потока электронов наблюдается похожий на перезарядку конденсаторов эффект. Возникают дополнительные емкостные токи. Особенно это сказывается на наземных и подводных кабелях, изолирующий слой которых обладает высоким конденсаторным эффектом;
2. Индуктивное сопротивление линий появляется потому, что электрические токи генерируют магнитные поля, меняющиеся с частотой тока. Появляются индуктивные токи.

Важно! Оба вида реактивных сопротивлений возрастают с увеличением протяженности линий.

Достоинства переменного тока:

• легкая трансформация напряжения;
• возможность комбинирования различных систем передачи;
• возможность использования общесистемной частоты.

Недостатки переменного тока:

• необходимость компенсации реактивной мощности при транспортировке на значительные расстояния;
• сравнительно высокие потери.

Достоинства и недостатки постоянного тока

В первую очередь, чем отличается переменный ток от постоянного, – это присутствием источников потерь на реактивную энергию. Однако постоянный электрический ток предполагает потери на нагрев. Точное их определение зависит от технологии и уровня напряжения. Для высоких напряжений – около 3% на 1000 км.

Другим источником потерь в системах электропередачи на постоянном токе служат подстанции для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот. Суммарные потери намного ниже, чем для переменного тока, но существенными являются материальные затраты на строительство этих подстанций.

Важно! Для повышения рентабельности линий электропередачи на постоянном токе применяются ЛЭП большой длины.

Техническое развитие в последнее время получила передача электроэнергии на постоянном токе, благодаря разработке новых электронных компонентов для создания высоких уровней напряжения постоянного тока – высокопроизводительных тиристоров или биполярных транзисторов.

Интересно. Сегодня возможны системы передачи постоянного тока с напряжением до 800 кВ и пропускной способностью до 8000 мВт на расстояние более 2000 км.

Преимущества высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

• возможность передачи мощности по подводным, наземным и подземным кабельным линиям на большие расстояния;
• нет потерь из-за реактивной мощности;
• лучшее использование изоляции кабелей.

Недостатки высоковольтных ЛЭП постоянного тока:

• недостаточно быстрая коммутация существующих каналов постоянного тока;
• мало стандартизированной электротехники;
• не развиты распределительные сети передачи электроэнергии, транспортировка ведется от пункта до пункта.

Другие варианты применения постоянного и переменного тока

1. DC идеально подходит для зарядки аккумуляторов и батарей элементов. Им нужно такое питание, потому что зарядная мощность всегда должна идти в одном направлении. Соответственно, устройства, работающие от аккумуляторов, также нуждаются в DC, например, фонарик или ноутбук;
2. Телевидение, радио, компьютерная техника используют DC;
3. Используемые в промышленности и в быту электродвигатели работают как на АС, так и на DC. То же относится к плитам, утюгам, чайникам и лампам накаливания;
4. DC нужен для установок электролиза, где важно наличие неизменных полюсов. Только иногда полярность соблюдать не обязательно, в частности при электролизе газов. Тогда может применяться переменный электроток;
5. Около половины мировых контактных сетей железнодорожного транспорта используют DC. В начале развития электрифицированных железных дорог были попытки применения трехфазных двигателей, но создание контактной сети для них столкнулось с проблемами. На DC работает городской электротранспорт: трамваи, троллейбусы, метро. Другой способ устройства железнодорожных контактных сетей – применение одной фазы переменного тока;

Содержание:

Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет большую угрозу, другие искренне убеждены, что синусоида переменного тока, совпав по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его. Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, т.к. не у каждого имеется электротехническое образование. При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока.

С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему.

Большинству известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, а переменный поступает в квартиры и помещения посредством электросети и благодаря ему работают бытовые электроприборы и освещение. Но мало кто задумывался, почему одно напряжение позволяет получить другое и для чего это нужно.

Имеет смысл ответить на все возникшие вопросы.

Что такое электрический ток?

Электрическим током называют постоянную или переменную величину, которая возникает на основе направленного или упорядоченного движения, создаваемого заряженными частицами — в металлах это электроны, в электролите — ионы, а в газе — и те, и другие. Иными словами, говорят, что электрический ток «течет» по проводам.

Некоторые ошибочно полагают, что каждый заряженный электрон двигается по проводнику от источника до потребителя. Это не так. Он лишь передает заряд на соседние электроны, сам оставаясь на месте. Т.е. его движение хаотично, но микроскопично. Ну а уже сам заряд, двигаясь по проводнику, достигает потребителя.

Электрический ток имеет такие параметры измерения, как: напряжение, т.е. его величина, измеряющаяся в вольтах (В) и сила тока, которая измеряется в амперах (А). Что очень важно, при трансформации, т.е. уменьшении или увеличении при помощи специальных устройств, одна величина воздействует на другую обратно пропорционально. Это значит, что уменьшив напряжение посредством обычного трансформатора, добиваются увеличения силы тока и наоборот.

Ток постоянный и переменный

Первое, что следует понять — это разницу между постоянным и переменным током. Дело в том, что переменный ток не только проще получить, хотя это тоже немаловажно. Его характеристики позволяют передачу на любые расстояния по проводникам с наименьшими потерями, особенно при более высоком напряжении и меньшей его силе. Именно поэтому линии электропередач между городами являются высоковольтными. А уже в населенных пунктах ток трансформируется в более низкое напряжение.

А вот постоянный ток очень просто получить из переменного, для чего используют разнонаправленные диоды (т.н. диодный мост). Дело в том, что переменный ток (АС), вернее частота его колебаний, представляет собой синусоиду, которая, проходя через выпрямитель, теряет часть колебаний. Тем самым на выходе получается постоянное напряжение (АС), не имеющее частоты.

Имеет смысл конкретизировать, чем же, все-таки, они отличаются.

Различия токов

Конечно же, главным различием переменного и постоянного тока является возможность переправки DC на большое расстояние. При этом, если таким же путем переправить постоянный ток, его просто не останется. По причине разности потенциалов он израсходуется. Так же стоит отметить то, что преобразовать в переменный очень сложно, в то время как в обратном порядке подобное действие вполне легко выполнимо.

Намного экономичнее преобразование электричества в механическую энергию именно при помощи двигателей, работающих от АС, хотя и имеются области, в которых возможно применение механизмов только прямого тока.

Ну и последнее по очереди, но не по смыслу — все-таки переменный ток безопаснее для людей. Именно по этой причине все приборы, используемые в быту и работающие от DC, являются слаботочными. А вот совсем отказаться от применения более опасного в пользу другого никак не получится именно по указанным выше причинам.

Все изложенное приводит к обобщенному ответу на вопрос, чем отличается переменный ток от постоянного — это характеристики, которые и влияют на выбор того или иного источника питания в определенной сфере.

Передача тока на большие расстояния

У некоторых людей возникает вопрос, на который выше был дан поверхностный ответ: почему по линиям электропередач (ЛЭП) приходит очень высокое напряжение? Если не знать всех тонкостей электротехники, то можно согласиться с этим вопросом. Действительно, ведь если бы по ЛЭП приходило напряжение в 380 В, то не пришлось бы устанавливать дорогостоящие трансформаторные подстанции. Да и на их обслуживание тратиться не пришлось бы, разве не так? Оказывается, что нет.

Дело в том, что сечение проводника, по которому протекает электричество, зависит только от силы тока и от его потребляемой мощности и совершенно в стороне от этого остается напряжение. А это значит, что при силе тока в 2 А и напряжении в 25 000 В можно использовать тот же провод, как и для 220 В с теми же 2 А. Так что же из этого следует?

Здесь необходимо вернуться к закону обратной пропорциональности — при трансформации тока, т.е. увеличении напряжения, уменьшается сила тока и наоборот. Таким образом, высоковольтный ток отправляется к трансформаторной подстанции по более тонким проводам, что обеспечивает и меньшие потери при передаче.

Особенности передачи

Как раз в потерях и состоит ответ на вопрос, почему невозможно передать постоянный ток на большие расстояния. Если рассмотреть DC под этим углом, то именно по этой причине через небольшой отрезок расстояния электроэнергии в проводнике не останется. Но главное здесь не энергопотери, а их непосредственная причина, которая заключается, опять же, в одной из характеристик AC и DC.

Дело в том, что частота переменного тока в электрических сетях общего пользования в России — 50 Гц (герц). Это означает амплитуду колебания заряда между положительным и отрицательным, равную 50 изменений в секунду. Говоря простым языком, каждую 1/50 с. заряд меняет свою полярность, в этом и заключается отличие постоянного тока — в нем колебания практически либо совершенно отсутствуют. Именно по этой причине DC расходуется сам по себе, протекая через длинный проводник. Кстати, частота колебаний, к примеру, в США отличается от российской и составляет 60 Гц.

Генерирование

Очень интересен вопрос и о том, как же генерируется постоянный и переменный ток. Конечно, вырабатывать можно как один, так и другой, но здесь встает проблема размеров и затрат. Дело в том, что если для примера взять обычный автомобиль, ведь куда проще было бы поставить на него генератор постоянного тока, исключив из схемы диодный мост. Но тут появляется загвоздка.

Если убрать из автомобильного генератора выпрямитель, вроде бы должен уменьшиться и объем, но этого не произойдет. А причина тому — габариты генератора постоянного тока. К тому же и стоимость при этом существенно увеличится, потому и применяются переменные генераторы.

Вот и получается, что генерировать DC намного менее выгодно, чем АС, и тому есть конкретное доказательство.

Два великих изобретателя в свое время начали так называемую «войну токов», которая закончилась только лишь в 2007 году. А противниками в ней были Никола Тесла совместно с Джорджем Вестингауз ом, ярые сторонники переменного напряжения, и Томас Эдисон, который стоял за применение повсеместно постоянного тока. Так вот, в 2007 году город Нью-Йорк полностью перешел на сторону Теслы, ознаменовав тем самым его победу. На этом стоит немного подробнее остановиться.

История

Компания Томаса Эдисона, которая называлась «Эдисон Электрик Лайт», была основана в конце 70-х годов XIX века. Тогда, во времена свечей, керосиновых ламп и газового освещения лампы накаливания, выпускаемые Эдисоном, могли работать непрерывно 12 часов. И хотя сейчас этого может показаться до смешного мало — это был настоящий прорыв. Но уже в 1880-е годы компания смогла не только запатентовать производство и передачу постоянного тока по трехпроводной системе (это были «ноль», «+110 В» и «-110 В»), но и представить лампу накаливания с ресурсом в 1200 часов.

Именно тогда и родилась фраза Томаса Эдисона, которая впоследствии стала известна всему миру, — «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи».

Ну а уже к 1887-му в Соединенных Штатах успешно функционирует больше 100 электростанций, которые вырабатывают постоянный ток и где используется для передачи именно трехпроводная система, которая применяется в целях хотя бы небольшого снижения потерь электроэнергии.

А вот ученый в области физики и математики Джордж Вестингауз после ознакомления с патентом Эдисона нашел одну очень неприятную деталь — это была огромная потеря энергии при передаче. В то время уже существовали генераторы переменного тока, которые не пользовались популярностью по причине оборудования, которое бы на подобной энергии работало. В то время талантливый инженер Никола Тесла еще работал у Эдисона в компании, но однажды, когда ему было в очередной раз отказано в повышении зарплаты, Тесла не выдерживал и ушел работать к конкуренту, которым являлся Вестингауз. На новом месте Никола (в 1988 году) создает первый прибор учета электроэнергии.

Именно с этого момента и начинается та самая «война токов».

Выводы

Попробуем обобщить изложенную информацию. На сегодняшний день невозможно представить пользование (как в быту, так и на производствах) каким-то одним из видов электричества — практически везде присутствует и постоянный, и переменный ток. Ведь где-то необходим постоянный, но его передача на дальние расстояния невозможна, а где-то переменный.

Конечно, доказано, что АС намного безопаснее, но как быть с приборами, помогающими экономить электроэнергию во много раз, в то время как они могут работать только на DC?

Именно по этим причинам сейчас токи «мирно сосуществуют» в нашей жизни, закончив «войну», которая продлилась более 100 лет. Единственное, что не стоит забывать — насколько бы одно ни было безопаснее другого (постоянное, переменное напряжение — не важно), оно может нанести огромный вред организму, вплоть до летального исхода.

И именно поэтому при работе с напряжением необходимо тщательно соблюдать все нормы и правила безопасности и не забывать про внимательность и аккуратность. Ведь, как говорил Никола Тесла, электричества не стоит бояться, его стоит уважать.

Переменным называется ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени Т.

В области производства, передачи и распределения электрической энергии переменный ток имеет по сравнению с постоянным, два основных преимущества:

1) возможность (при помощи трансформаторов) просто и экономично повышать и понижать напряжение, это имеет решающее значение для передачи энергии на большие расстояния.

2) большую простоту устройств электродвигателей, а следовательно, и их меньшую стоимость.

Значение переменной величины (тока, напряжения, ЭДС) в любой момент времени t называется мгновенным значением и обозначается строчными буквами (ток i, напряжение u, ЭДС – е).

Наибольшее из мгновенных значений периодически изменяющихся токов, напряжений или ЭДС, называются максимальными или амплитудными значениями и обозначаются прописными буквами с индексом «м» (I м, U м).

Наименьший промежуток времени, по прошествии которого мгновенные значения переменной величины (ток, напряжение, ЭДС) повторяется в той же последовательности, называется периодом Т, а совокупность изменений, происходящих в течение периода, — циклом.

Величина обратная периоду называется частотой и обозначается буквой f.

Т.е. частота – число периодов за 1 секунду.

Единица частоты 1/сек – называется герц (Гц). Более крупные единицы частоты – килогерц (кГц) и мегагерц (МГц).

Получение переменного синусоидального тока.

Переменные токи и напряжения в технике стремятся получить по простейшему периодическому закону – синусоидальному. Т. к. синусоида – единственная периодическая функция, имеющая подобную себе производную, в результате чего во всех звеньях электрической цепи форма кривых напряжений и токов получается одинаковой, чем значительно упрощаются расчеты.

Для получения токов промышленной частоты служат генераторы переменного тока в основе работы которых лежит закон электромагнитной индукции, согласно которому при движении замкнутого контура в магнитном поле в нем возникает ток.

Схема простейшего генератора переменного тока

Генераторы переменного тока большой мощности, рассчитанные на напряжения 3 – 15 кв, выполняются с неподвижной обмоткой на статоре машины и вращающимся электромагнитом-ротором. При такой конструкции легче надежно изолировать провода неподвижной обмотки и проще отвести ток во внешнюю цепь.

Одному обороту ротора двухполюсного генератора соответствует один период переменной ЭДС, наведенной на его обмотке.

Если ротор делает n оборотов в минуту, то частота индуктированной ЭДС

.

Т.к. при этом угловая скорость генератора
, то между ней и частотой, наведенной ЭДС существует соотношение
.

Фаза. Сдвиг фаз.

Предположим, что генератор имеет на якоре два одинаковых витка, сдвинутых в пространстве. При вращении якоря в витках наводятся ЭДС одинаковой частоты и с одинаковыми амплитудами, т.к. витки вращаются с одинаковой скоростью в одном и том же магнитном поле. Но вследствие сдвига витков в пространстве ЭДС достигают амплитудных знамений неодновременно.

Если в момент начала отсчета времени (t=0) виток 1 расположен относительно нейтральной плоскости под углом
, а виток 2 под углом
. То наведенная в первом витке ЭДС:,

а во втором:

В момент отсчета времени:

Электрические углы иопределяющие значения ЭДС в начальный момент времени, называетсяначальными фазами.

Разность начальных фаз двух синусоидальных величин одной частоты называется углом сдвига фаз .

Та величина, у которой нулевые значения (после которых она принимает положительные значения), или положительные амплитудные значения достигаются раньше, чем у другой, считается опережающей по фазе, а та у которой те же значения достигаются позже – отстающей по фазе.

Если две синусоидальные величины одновременно достигают своих амплитудных и нулевых значений, то говорят, что величины совпадают по фазе . Если угол сдвига фаз синусоидальных величин равен 180 0
, то говорят, что они изменяются впротивофазе.

Переменный ток – род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Постоянный способен изменяться по амплитуде, направление прежнее. В противном случае получаем переменный ток. Трактовка радиотехников противоположна школьной. Ученикам говорят — постоянный ток одной амплитуды.

Как образуется переменный ток

Начало переменному току положил Майкл Фарадей, читатели подробнее узнают ниже по тексту. Показано: электрическое и магнитное поля связаны. Ток становится следствием взаимодействия. Современные генераторы работают за счет изменения величины магнитного потока через площадь, охватываемую контуром медной проволоки. Проводник может быть любым. Медь выбрана из критериев максимальной пригодности при минимальной стоимости.

Статический заряд преимущественно образуется трением (не единственный путь), переменный ток возникает в результате незаметных глазу процессов. Величина пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, охваченную контуром.

История открытия переменного тока

Впервые переменным токам стали уделять внимание ввиду коммерческой ценности после появления на свет изобретений, созданных Николой Тесла. Материальный конфликт с Эдисоном отметил сильным отпечатком судьбы обоих. Когда американский предприниматель забрал назад обещания перед Николой Тесла, потерял немалую выгоду. Выдающемуся ученому не понравилось вольное обращение, серб выдумал двигатель переменного тока промышленного типа (изобретение сделал намного раньше). Предприятия пользовались исключительно постоянным. Эдисон продвигал указанный вид.

Тесла впервые показал: переменным напряжением можно достичь гораздо больших результатов. В особенности, когда энергию приходится передавать на большие расстояния. Использование трансформаторов без труда позволяет повысить напряжение, резко снижая потери на активном сопротивлении. Приемная сторона параметры вновь возвращает к исходным. Неплохо сэкономите на толщине проводов.

Сегодня показано: передача постоянного тока экономически выгоднее. Тесла изменил ход истории. Придумай ученый преобразователи постоянного тока, мир выглядел бы иначе.

Начало активному использованию переменного тока положил Никола Тесла, создав двухфазный двигатель. Опыты передачи энергии на значительные расстояния расставили факты по своим местам: неудобно переносить производство в район Ниагарского водопада, гораздо проще проложить линию до места назначения.

Школьный вариант трактовки переменного и постоянного тока

Переменный ток демонстрирует ряд свойств, отличающих явление от постоянного. Вначале обратимся к истории открытия явления. Родоначальником переменного тока в обиходе человечества считают Отто фон Герике. Первым заметил: заряды природныедвух знаков. Ток способен протекать в разном направлении. Касательно Тесла, инженер больше интересовался практической частью, авторские лекции упоминают двух экспериментаторов британского происхождения:

1. Вильям Споттисвуд лишен странички русскоязычной Википедии, национальная часть — замалчивает работы с переменным током. Подобно Георгу Ому, ученый — талантливый математик, остается сожалеть, что с трудом можно узнать, чем именно занимался муж науки.
2. Джеймс Эдвард Генри Гордон намного ближе практической части вопроса применения электричества. Много экспериментировал с генераторами, разработал прибор собственной конструкции мощностью 350 кВт. Много внимания уделял освещению, снабжению энергией заводов, фабрик.

Считается, первые генераторы переменного тока созданы в 30-е годы XIX века. Майкл Фарадей экспериментально исследовал магнитные поля. Опыты вызывали ревность сэра Хемфри Дэви, критиковавшего ученика за плагиат. Сложно потомкам выяснить правоту, факт остается фактом: переменный ток полвека просуществовал невостребованным. В первой половине XIX-го века выдуман электрический двигатель (авторство Майкла Фарадея). Работал, питаемый постоянным током.

Никола Тесла впервые догадался реализовать теорию Араго о вращающемся магнитном поле. Понадобились две фазы переменного тока (сдвиг 90 градусов). Попутно Тесла отметил: возможны более сложные конфигурации (текст патента). Позднее изобретатель трехфазного двигателя, Доливо-Добровольский, тщетно силился запатентовать детище плодотворного ума.

Продолжительное время переменный ток оставался невостребованным. Эдисон противился внедрению явления в обиход. Промышленник боялся крупных финансовых потерь.

Никола Тесла изучал электрические машины

Почему переменный ток используется чаще постоянного

Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Никола Тесла перевернул ход развития истории, правда восторжествовала.

Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности

Никола Тесла посетил конкурирующую с эдисоновской компанию, продвигая новое явление. Увлекся, часто ставил эксперименты на себе. В противовес сэру Хемфри Дэви, который укоротил жизнь, вдыхая различные газы, Тесла добился немалого успеха: покорил рубеж 86 лет. Ученый обнаружил: изменение направления течения тока со скоростью выше 700 раз в секунду делает процесс безопасным для человека.

Во время лекций Тесла брал руками лампочку с платиновой нитью накала, демонстрировал свечение прибора, пропуская через собственное тело токи высокой частоты. Утверждал: явление безвредно, даже приносит пользу здоровью. Ток, протекая по поверхности кожи, одновременно очищает. Тесла говорил, экспериментаторы прежних дней (смотрите выше) пропускали удивительные явления по указанным причинам:

• Несовершенные генераторы механического типа. Вращающееся поле использовалось в прямом смысле: при помощи двигателя раскручивался ротор. Подобный принцип бессилен выдать токи высокой частоты. Сегодня проблематично, невзирая на нынешний уровень развития технологии.
• В простейшем случае применялись ручные размыкатели. Вовсе нечего говорить о высоких частотах.

Сам Тесла использовал явление заряда и разряда конденсатора. Подразумеваем RC-цепочку. Будучи заряжен до определённого уровня, конденсатор начинает разряжаться через сопротивление. Параметров элементов определяют скорость процесса, протекающего согласно экспоненциальному закону. Тесла лишен возможности использовать методы управления контуров полупроводниковыми ключами. Термионные диоды были известны. Рискнем предположить, Тесла мог использовать изделия, имитируя стабилитроны, оперируя с обратимым пробоем.

Однако вопросы безопасности лишены почетного первого места. Частоту 60 Гц (общепринятая США) предложил Никола Тесла, как оптимальную для функционирования двигателей собственной конструкции. Сильно отличается от безопасного диапазона. Проще сконструировать генератор. Переменный ток в обоих смыслах выигрывает у постоянного.

Через эфир

Поныне безуспешно ведутся споры, касаемо первооткрывателя радио. Прохождение волны через эфир обнаружил Герц, описав законы движения, показав, сродство оптическим. Сегодня известно: переменное поле бороздит пространстве. Явление Попов (1895 год) использовал, передавая первое Земное сообщение «Генрих Герц».

Видим, ученые мужи дружны между собой. Сколько уважения демонстрирует первое сообщение. Дата остается спорной, каждое государство первенство хочет присвоить безраздельно. Переменный ток создает поле, распространяющееся через эфир.

Сегодня общеизвестны диапазоны вещания, окна, стены атмосферы, различных сред (вода, газы). Важное место отводится частоте. Установлено, каждый сигнал можно представить суммой элементарных колебаний-синусоид (согласно теоремам Фурье). Спектральный анализ оперирует простейшими гармониками. Суммарный эффект рассматривается, как равнодействующая элементарных составляющих. Произвольный сигнал раскладывается преобразованием Фурье.

Окна атмосферы определяются аналогичным образом. Увидим частоты, проходящие сквозь толщу хорошо и плохо. Не всегда последнее оказывается негативным эффектом. Микроволновые печи используют частоты 2,4 ГГц, ударно поглощаемые парами воды. Для связи волны бесполезны, зато хороши кулинарными способностями!

Новичков тревожит вопрос распространения волны через эфир. Обсудим подробнее неразрешенную поныне учеными загадку.

Вибратор Герца, эфир, электромагнитная волна

Взаимосвязь электрического, магнитного полей впервые продемонстрировал в 1821 году Майкл Фарадей. Чуть позднее показали: конденсатор пригоден для создания колебаний. Нельзя сказать, чтобы связь двух событий немедленно осознали. Феликс Савари разряжал лейденскую банку через дроссель, сердечником которому служила стальная игла.

Неизвестно доподлинно, чего добивался астроном, результат оказался любопытным. Иногда игла оказывалась намагниченной в одном направлении, иногда — противоположном. Ток генератора одного знака. Ученый правильно сделал вывод: затухающий колебательный процесс. Толком не зная индуктивных, емкостных реактивных сопротивлений.

Теорию процесс подвели позже. Опыты повторены Джозефом Генри, Вильямом Томпсоном, определившим резонансную частоту: где процесс продолжался максимальный период времени. Явление позволило количественно описать зависимости характеристик цепи от элементов составляющих (индуктивность и емкость). В 1861 году Максвелл вывел знаменитые уравнения, одно следствие особенно важно: «Переменное электрическое поле порождает магнитное и наоборот».

Возникает волна, векторы индукции взаимно перпендикулярны. Пространственно повторяют форму породившего процесса. Волна бороздит эфир. Явление использовал Генрих Герц, развернув обкладки конденсатора в пространстве, плоскости стали излучателями. Попов догадался закладывать информацию в электромагнитную волну (модулировать), что используется сегодня повсеместно. Причем в эфире и внутри полупроводниковой техники.

Где используется переменный ток

Переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, читатели сделают выводы:

1. Постоянный ток применяется в аккумуляторах. Переменный порождает движение – не может храниться современными устройствами. Потом в приборе электричество преобразуется в нужную форму.
2. КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине выгодно применять указанные разновидности.
3. При помощи постоянного тока действуют магниты. К примеру, домофонов.
4. Постоянное напряжение применяется электроникой. Потребляемый ток варьируется в некоторых пределах. В промышленности носит название постоянного.
5. Постоянное напряжение применяется кинескопами для создания потенциала, увеличения эмиссии катода. Случаи назовем аналогами блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие значительно.

В остальных случаях переменный ток выказывает весомое преимущество. Трансформаторы — неотъемлемая составляющая техники. Даже в сварке далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики.

Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Вспомним шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский.

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток — это движение электронов в проводнике, напряжение — это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, «течет» в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но — как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках — это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

• при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
• при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и — в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля . Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку «вверх ногами» и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше — до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц — 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них — сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это — удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции «заберет» 500 000 вольт при токе в 10 ампер и «отдаст» в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но — в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи , понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри .

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим «места обитания» постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

1. обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
2. различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
3. генераторы постоянного тока
4. другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
5. аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше — 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

1. генераторы
2. различные преобразователи (трансформаторы)
3. бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот , а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками:) А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше — больше! Сам родник «упаковали» в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали — святое место, значится!

И последний штрих — поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем «булькает», а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда — «проистекает» 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т. д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата — ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему:) Директор был «на коне»! Отпустил несколько «контрольных» фраз по поводу всех этих п…х технологий, таких же п…х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, «поднять» навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек — это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу:)

Так что помните: главное — качественное электропитание. Хороший (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное — приложится:)

На сегодня у нас — все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже — небольшое видео по теме статьи.

Какое напряжение в автомобиле постоянное или переменное?

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что питает все системы вашего автомобиля? За счет чего заводится мотор, горят лампочки на приборной панели, движутся стрелки и работают бортовые компьютеры?

Содержание

Первая часть. Почему автомобиль использует постоянный ток

На этот вопрос относительно легко ответить:

1. Аккумулятор машины вырабатывает постоянный ток.
2. Генератор вырабатывает переменный ток (поточу что так мы получим самый высокий КПД, переводя механическую энергию вращения двигателя в электрическую), а благодаря выпрямительному мосту (диодный мост) — ток становиться постоянным.

Электрический ток

Современный автомобиль не может работать без электричества. При помощи электрического тока происходит зажигание рабочей
смеси в бензиновых двигателях, пуск двигателя стартером, приводятся в действие световая и звуковая сигнализация, контрольно-измерительные
приборы, освещение и дополнительное оборудование. Кроме того, тенденции мирового автомобилестроения в последнее время направлены на все более
широкое применение электрической тяги в автомобилях (гибридные силовые установки, топливные элементы и электромобили).

Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливают источники электрического тока- генератор и аккумуляторную батарею.
Аккумулятор используется для пуска двигателя и для питания электроприборов при неработающем двигателе. Генератор питает электрооборудование автомобиля при работающем двигателе, и, кроме того, подзаряжает аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию от вращения коленвала в электрическую, а аккумулятор- химическую энергию в электрическую.

Генератор и аккумулятор относятся к источникам электрического тока, все остальные электроприборы автомобиля являются его потребителями. Источники и потребители электрического тока соединяются между собой с помощью проводников, в качестве которых, как правило, служит медный провод. Провод обязательно должен находиться в изоляции во избежание замыкания с другими проводниками и, как следствие, перегорания электроприборов.

Все материалы по электропроводности делятся на проводники и непроводники (изоляторы). Не вдаваясь в дебри физики, просто отметим, что в проводниках
находится большое количество свободных электронов, которые хаотично движутся. При приложении электрического напряжения к проводнику свободные электроны начинают двигаться в одном направлении, создавая электрический ток. В изоляторах же свободных электронов практически нет, поэтому и ток создавать нечем. К проводникам относится большинство металлов, уголь, водные растворы щелочей и кислот. К изоляторам- резина, пластмассы, стекло и т.п.

Замкнутая и разомкнутая цепь

Если источник тока, провода и потребители соединить между собой в замкнутый контур, то мы получим электрическую цепь, по которой потечет электрический ток. Характерной особенностью электрической цепи на автомобиле является то, что одним из проводов служит масса (металлические части кузова автомобиля), а другим проводом служат изолированные провода. Поэтому такая электрическая цепь называется однопроводной.

Между полюсами (выводами) любого источника тока существует электрическое напряжение (обозначается U), измеряемое в вольтах. Сила электрического тока (обозначается I) измеряется в амперах. Всякий проводник и потребитель создает сопротивление электрическому току (обозначается R), которое измеряется в омах. Между этими тремя величинами существует зависимость, которую выражает знаменитый закон Ома: I = U / R. Работа электрического тока, выполненная за 1 секунду, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах и обозначается P. Мощность можно рассчитать по формуле P = U * I. Электрический ток, проходящий через проводник, нагревает его. Количество выделяемого при этом тепла зависит от силы тока, сопротивления и времени прохождения тока.

Однопроводная электрическая цепь автомобиля

На автомобилях приборы электрооборудования питаются постоянным током. Постоянным называется ток, который движется в проводнике только
в одном направлении, в отличие от переменного тока, который движется в проводнике попеременно то в одном, то в другом направлении.
В каждом источнике постоянного тока различают два полюса: положительный (+) и отрицательный (-). Условно считают, что постоянный ток в цепи движется
от положительного полюса к отрицательному. На автомобилях отрицательный полюс источника тока соединяют с массой (если, конечно, кузов металлический).

Потребители или источники тока могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. При последовательном соединении отрицательный полюс одного источника тока соединяют с положительным полюсом другого. В результате такого соединения общее напряжение будет равно сумме напряжений всех источников тока. При параллельном соединении источников тока соединяют между собой одноименные полюса- положительные с положительными, отрицательные с отрицательными. При таком соединении общее напряжение будет таким же, как у одного источника тока, а сила тока увеличится во столько раз, сколько источников тока соединены между собой.

При последовательном соединении потребителей весь ток проходит через каждый потребитель. Если выйдет из строя один из потребителей, обесточивается вся цепь. При параллельном соединении ток, разветвляясь, поступает к каждому потребителю отдельно. В этом случае выход из строя любого потребителя не влияет на работоспособность остальных.

Последовательное соединение источниковПараллельное соединение источников

Как работает автомобильный аккумулятор?

Вот как работает традиционный автомобильный аккумулятор, говоря простым языком: два кабеля (отрицательный и положительный) подключают аккумулятор к автомобилю. Отрицательный кабель подключается к общему заземлению, а положительный кабель соединяет аккумулятор со стартером и другими необходимыми точками на автомобиле. Похожий принцип работы имеет аккумулятор Варта и многие другие подобные аккумуляторы.

Автомобильный аккумулятор на 12В состоит из шести последовательно соединенных ячеек. Перегородки отделяют элементы друг от друга, а раствор серной кислоты в воде (электролит) заполняет аккумулятор.

Каждая ячейка содержит отрицательные (свинцовые) пластины и положительные (диоксид свинца) пластины с изолирующими разделителями.

Химическая реакция между пластинами и кислотным раствором заставляет электроны течь от отрицательной пластины к положительной, создавая электрическую энергию.

Каждая ячейка производит около 2,1 вольт в результате упомянутой выше химической реакции. Поскольку элементы соединены последовательно, батарея выдает примерно 12,6 вольт.

Это напряжение покидает аккумулятор через клеммы аккумулятора. Клеммы аккумулятора подключаются к кабелям аккумулятора, которые, в свою очередь, подключаются к автомобилю.

При подаче электроэнергии на автомобиль аккумулятор начинает разряжаться. Это означает, что серная кислота начинает переходить от электролита к пластинам.

В процессе разряда электролит начинает терять серную кислоту, поэтому выходное напряжение аккумулятора снижается. По этой причине генератор переменного тока используется для подзарядки аккумулятора во время движения автомобиля.

Перезарядка аккумулятора удаляет серную кислоту с пластин, восстанавливая электролит до раствора нормальной крепости.

Свинцово-кислотные батареи иногда называют «аккумуляторными батареями», потому что они постоянно разряжаются и должны заряжаться генератором переменного тока. Теперь вы знаете, по какому принципу работают все автомобильные аккумуляторы, включая аккумуляторы Старт Стоп, которые можно приобрести, перейдя по ссылке.

Напряжение

Напряжение выражается в вольтах, пишется [В]. Представьте себе двух враждующих собак, которых владельцы держат на поводках. Эти собаки представляют собой группы электрических зарядов и сила, которую они тянут — это напряжение. Чем больше сила взаимодействия между ними, тем больше напряжение. Поэтому нет смысла говорить о напряженности только в одной точке — она всегда определяется между двумя точками.

Точно так же высота холмов дана над уровнем моря (то есть мера простирается между поверхностью морской воды и вершиной горы) или относительно другой точки, например города, расположенного у его подножия. В обоих случаях это одинаковые высокие части, но измеренные по-разному.

То же самое с напряжением: измеренное относительно одной точки в схеме будет иметь одно значение, а относительно другой — другое значение. Поэтому электроника приняла существование так называемой массы, то есть точки, от которой измеряем все напряжения. Мы измеряем их с помощью вольтметра, подключенного параллельно цепи к источнику напряжения.

Напряжение может существовать и «само по себе». Например покупаем батарейку 1,5 В и она имеет напряжение, близкое к номинальному напряжению между клеммами. Если оставим её лежать в шкафу, напряжение на контактах батареи будет оставаться таким-же через несколько дней, месяцев или даже лет. Со временем конечно напряжение будет уменьшаться в результате химических процессов, происходящих внутри ячейки.

Срок годности

Никакая мощность батарейки не способна сохраниться навечно.

К тому же, заряд энергии элемента питания теряется даже тогда, когда он бездействует, хранится в шкафу или ящике стола.

Именно поэтому срок службы батарейки важен при покупке нового элемента питания.

Подобрав нужную мощность батарейки и НЕ взглянув на срок годности, можно поплатиться за свою халатность.

Возвращать просроченную батарейку, которая стоит копейки, — бессмысленно и глупо, а одеться и сходить в магазин за новой батарейкой — это придется.

Отсюда вывод:

Рейтинг автомобильных аккумуляторов

Автомобильные аккумуляторы имеют несколько номиналов, и все они относятся к емкости батареи – количеству электроэнергии, которую батарея может обеспечить при определенных условиях.

Емкость в первую очередь зависит от количества пластин, используемых внутри ячеек батареи. Различные номиналы автомобильных аккумуляторов включают:

• Амперы холодного пуска (CCA). Оценка CCA – это наиболее распространенный метод оценки батареи. Он указывает количество ампер, которое 12-вольтовая батарея может выдавать в течение 30 секунд при -17 градусах Цельсия, не падая ниже 7,2 вольт.
• Пусковой ток (CA) Рейтинг CA указывает количество ампер, которое 12-вольтовая батарея может выдавать в течение 30 секунд при 0 градусах Цельсия, не падая ниже 7,2 вольт. Рейтинг CA по сути то же самое, что и другой тип рейтинга, называемый судовым током запуска. Рейтинг в ампер-часах (более старый метод измерения) показывает, сколько ампер батарея может выдать за определенный период времени.
• Резервная емкость – это промежуток времени (измеряется в минутах), в течение которого 12-вольтовая батарея может подавать 25 ампер, прежде чем упадет ниже 10,5 вольт.

Еще один важный фактор – это размер группы батарей. Правильный размер группы гарантирует, что аккумулятор физически поместится в конкретном автомобиле. (К слову аккумулятор 40 ач обладает довольно неплохими показателями).

Зарядка аккумулятора постоянным сопротивлением

Возможна ли зарядка АКБ с постоянным сопротивлением? Из формулы I =U*R, понятно, если установить сопротивление величиной постоянной, то переменными станут ток или напряжение. Но внутри аккумулятора сопротивление – величина переменная, влияющая на поглощение энергии. Полное сопротивление складывается из сопротивления поляризации, которое меняется и омического, остающегося стабильным в одинаковых условиях и для конкретного аккумулятора.

На сопротивление влияют температура, степень разряженности, концентрация электролита, учтенные в характеристиках разрядных кривых АКБ. Но если в формуле сопротивление величина переменная во времени и состоянии автомобильного аккумулятора, то постоянным при зарядке может быть ток, напряжение или комбинирование тока и напряжения. Для сглаживания  величины тока зарядки используется резистор — балластное сопротивление.

Вторая часть. Почему номинальное напряжение аккумулятора составляет 12?

На этот вопрос ответить немного сложнее.
Номинальное значение 12? является результатом химических процессов, протекающих в аккумуляторе плюс мировые соглашения. Другой вопрос, почему мы не используем напряжения 24?, 48? или даже более?

Более высокие напряжения более эффективны. Отсюда и желание их использовать. Вот почему в 1950-х годах был сделан переход от батареи 6? к батарее 12? — требования к питанию стали слишком высокими для 6? батареи.

Преимущества высоковольтных аккумуляторов значительны. Вы можете сэкономить деньги на проводке, уменьшить падение напряжения, снизить нагрузку на аккумулятор (поскольку текущая потребность в электроэнергии уменьшается при той же величине потребляемой мощности), а компоненты, такие как реле и щетки двигателя, служат дольше. Можно долго рассуждать о батареях более высокого напряжения.

Однако слишком высокое напряжение может стать небезопасным для здоровья.
А сочетание относительно низких требований к мощности в автомобиле в сочетании с потенциальной угрозой безопасности при высоком напряжении означает, что любая батарея более 50? исключена для обычных транспортных средств.

Но это все еще не объясняет, почему мы не видим, скажем, 48? батарею.

Первая причина

Первая причина состоит в том, что привычки сложно менять.
12? — это стандарт на протяжении десятилетий. Для изменения потребовалась бы очень веская причина, которой просто нет. Инфраструктура, построенная в соответствии с соглашением о 12? от зарядных устройств до аксессуаров для любой части электромобиля, просто огромна.

Вторая причина

Вторая причина — это электрическая эрозия контактов постоянного тока. При более высоких напряжениях является довольно серьезной проблемой.

При постоянном токе перенос материала с одного контакта на другой проявляется более интенсивно, чем при переменном токе, так как направление тока в цепи не меняется.

При малых значениях токов эрозия контактов обусловлена разрушением контактного перешейка не в средине, а ближе к одному из электродов. Чаше разрыв контактного перешейка наблюдается у анода — положительного электрода.

Этот эффект, очевидно, гораздо более значим при более высоких напряжениях, и, вероятно, потребует дорогостоящей модернизации многих компонентов.
Само по себе это не является непреодолимой проблемой. Но в сочетании со старым соглашением и количеством изменений, которые потребуются внести в огромную инфраструктуру, построенную вокруг батареи 12?, это, вероятно, последний аргумент в пользу того, чтобы этого не делать.

Обозначения на электрических схемах

Обозначения на схемах электрооборудования автомобиля, как правило, интуитивно понятны. Но, для общего развития, не мешает знать и некоторые специфические условные обозначения.

Обозначения на электрических схемах

ИТАК, запомните:

• Постоянный ток условно течет от плюса к минусу.
• Нельзя соединять напрямую минусовой и плюсовой провода, минуя потребителей, иначе произойдет короткое замыкание.
• Минусовой провод присоединяется к “массе” автомобиля.
• В электротехнике существуют только две неисправности: нет контакта, там где он должен быть, и есть контакт, там, где его не должно быть.

Какие бывают типы автомобильных аккумуляторов?

До сих пор мы обсуждали традиционные свинцово-кислотные батареи. Но есть и другие типы автомобильных аккумуляторов на 12 В. Общие типы включают:

Свинцово-кислотный аккумулятор

Большинство 12-вольтовых автомобильных аккумуляторов являются свинцово-кислотными. Этот тип аккумулятора также известен как свинцово-кислотный аккумулятор (FLA), поскольку он содержит жидкий электролит.

Абсорбированный стеклянный мат (AGM)

Еще одна конструкция, которая становится все более распространенной, – это аккумулятор AGM. Вместо жидкого электролита кислота в аккумуляторе AGM абсорбируется в сепараторе.

Обычно этот тип батареи используется в приложениях с высокой зарядной емкостью.

Усовершенствованная залитая батарея (EFB)

Аккумуляторы EFB используются в автомобилях с технологией запуска/остановки двигателя. По сути, EFB – это тип залитой батареи, который более прочен, чем традиционный свинцово-кислотный аккумулятор.

Коэффициент мощности

Активная мощность нагрузки с питанием от сети переменного тока может быть рассчитана с помощью простой формулы P = U × I × cos (φ), где φ – угол между напряжением и током, cos (φ) также называется коэффициентом мощности. Это то, чем отличаются постоянный и переменный ток: у первого cos (φ) всегда равен 1. Активная мощность необходима (и оплачивается) бытовыми и промышленными потребителями, но она не равна комплексной, проходящей через проводники (кабели) к нагрузке, которая может быть рассчитана по формуле S = U × I и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Разница между постоянным и переменным током в расчетах очевидна – они становятся более сложными. Даже для выполнения самых простых вычислений требуется, по крайней мере, посредственное знание векторной математики.

Обзор по источникам бесперебойного питания

Главная

Техническая поддержка

Источники бесперебойного питания

Описания и статьи

При построении систем гарантированного электропитания (комплексная система гарантированного электропитания – КСГЭП), кроме дизельных электростанций, в качестве источников электроэнергии (ЭЭ) в комплексе средств используются еще и источники бесперебойного питания (ИБП) переменного и постоянного тока.

ИБП предназначены для поддержания процесса подачи электропитания устройствам (нагрузке), для которых важна не только непрерывность подачи, но также высокое качество и так называемая «чистота» ЭЭ. Такая нагрузка (рабочие станции, ПК, серверы, телекоммуникационное оборудование и пр. сложное электронное оборудование) именуется критичной. Автономным источником ЭЭ постоянного тока в ИБП является аккумуляторная батарея (АБ).

Так как ИБП обычно корректируют ЭЭ невысокого качества, поступающую из внешней электросети, приводя ее к стандарту или иному требуемому виду, ИБП относят к вторичным источникам ЭЭ.

Характерными для ИБП являются следующие режимы работы:
— нормальный (подача ЭЭ на нагрузку идет из внешней электросети при одновременной подзарядке АБ;
— аварийный/автономный (питание нагрузки за счет запаса энергии АБ).

ИБП переменного тока.

Если для электропитания приборов (нагрузки) используется переменный ток, то им понадобятся ИБП того же типа. ИБП, производимые компанией Liebert (США), являются, на наш взгляд, наиболее предпочтительными для включения в КСГЭП. Liebert является признанным мировым лидером в области производства ИБП по прогрессивной технологии On-Line. ИБП такого типа позволяют идеально предохранить критичную нагрузку от любых неполадок во внешней электросети.

ИБП компании Liebert, работающие в режиме On-Line, имеют диапазон мощностей от 700 ВА до 800 кВА.

Технология (или схема построения) On-Line характеризуется наличием в ИБП двойного преобразования входного напряжения и непрерывно работающего инвертора. В нормальном режиме работы происходит выпрямление входного переменного напряжения внешней электросети (Uвх), которое с помощью инвертора вновь преобразуется в переменное (Uвых.) и подается на нагрузку.

При отсутствии входного напряжения (автономный режим) постоянно подключенный к АБ инвертор моментально переходит на питание от батареи, продолжая подавать переменный ток на нагрузку. При этом отсутствуют какие-либо переходные (коммутационные) последствия, выражающиеся разрывом синусоиды выходного напряжения или искажением ее формы.

Другими словами, в любом режиме работы (нормальном — при поступлении ЭЭ от внешней электросети, или аварийном, когда ЭЭ поступает за счет запаса емкости АБ) происходит питание нагрузки от ИБП идеально отфильтрованным, стабильным напряжением (по величине и частоте) синусоидальной формы.

От любых помех со стороны входа (питающей электросети) ИБП, а следовательно, и питаемую нагрузку, на выходе полностью защищает двойное преобразование входного напряжения по технологии On-Line.

Все On-Line-ИБП оснащаются устройством, блокирующим питание напрямую нагрузки от внешней сети (только через фильтр ИБП!) в обход схемы двойного преобразования напряжения, которое именуется байпасом (bypass). Режим байпас включается как автоматически, так и вручную. Так, автоматический переход на байпас происходит при наличии неисправности в узлах ИБП или при его перегрузке, а при техническом обслуживании устройства ИБП производится ручной переход в режим байпас.

Наличие режима байпас позволяет расширить функциональные возможности ИБП и увеличить надежность электропитания нагрузки.

Схема силовой электроцепи ИБП серии АР 4300 (мощностью 10 кВА) визуально отражает вышесказанное. Здесь трехфазное напряжение (380 В, 50 Гц) от внешней электросети поступает на низкочастотный (50 Гц) 3-фазный выпрямитель 1. Преобразование выпрямленного и сглаженного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы (частота 17 кГц) производится вспомогательным инвертором 2. Затем полученное переменное напряжение подается через трансформатор Тр на однофазный высокочастотный выпрямитель 3, имеющий на выходе 3-фазный инвертор 4, с помощью которого происходит преобразование строго постоянного напряжения на выходе выпрямителя 3 в 3-фазное переменное напряжение частотой 50 Гц, которое, в свою очередь, подается на критичную нагрузку. Хотя на рис.26 это не отражено, между всеми устройствами и на выходе ИБП наличествуют индуктивно-емкостные фильтры.

У обоих инверторов управление транзисторами осуществляется с помощью т.н. задающих генераторов. При этом управление транзисторами выходного трехфазного инвертора производится с использованием ШИМ (широтно-импульсного модулятора), позволяющего получить выходное напряжение практически чистой синусоидальной формы. Стабильность величины и частоты выходного напряжения обеспечивается за счет высокой стабильности частоты управляющих сигналов, подаваемых задающими генераторами.

На схеме также отмечено место подключения АБ к силовой, в то время как подзаряжающее АБ при беспроблемной работе электросети зарядное устройство не изображено.

Прочие типы ИБП переменного тока

ИБП небольшой мощности используются локально (отдельно) эксплуатируемых компьютеров и вспомогательных электронных устройств к ним. Такие ИБП могут быть изготовлены как по схеме On-Line, так и по более упрощенным схемам — Off-Line и Line-Interactive.

ИБП типа Off-Line также оснащены инвертором (рис. 27), который подключается к работе устройства только в случае исчезновения напряжения внешней электросети. В схеме ИБП типа Off-Line имеется автоматический переключатель (коммутатор) цепи питания нагрузки.

Простота и экономичность являются достоинствами такой схемы, в то время как отсутствие стабилизации входного напряжения при нормальном режиме работы и задержка (- 4 мс) процесса переключения в автономный режим работы (от АБ) – явные недостатки.

Схема ИБП типа Line-Interactive аналогична типу Off-Line. Отличие состоит в наличии на входе ступенчатого стабилизатора (бустер), выполненного на базе автотрансформатора (рис. 28). Такой ИБП выдерживает достаточно длительные и глубокие падения входного напряжения внешней сети, не переходя на АБ. Достоинства и недостатки аналогичны отмеченным для ИБП типа Off-Line.

Как правило, ИБП типов Off-Line и Line-Interactive используют для питания такой нагрузки, как ПК, рабочие станции, малые сетевые узлы, периферийные устройства.

ИБП постоянного тока.

ИБП, предназначенные для электропитания нагрузки постоянного тока именуют еще «системами электропитания постоянного тока». ИБП данного вида применяют для «подстраховки» работы телекоммуникационной и телеметрической техники, систем мобильной телефонной, радио- и космической связи, в медицинском оборудовании, устройствах сигнализации и т.п.

Одним из лидеров по производству ИБП постоянного тока для мирового рыка является компания Tellus Emi AS (Норвегия). Продукция Tellus Emi AS отвечает самым жестким современным требованиям, предъявляемым к силовому электрооборудованию.

Как правило, в структуру элементов ИБП постоянного тока обязательно входят выпрямитель, аккумуляторная батарея (АБ) и устройство управления и распределения ЭЭ.

Фирма Tellus Emi AS комплектует выпрямители ИБП набором унифицированных выпрямительных модулей (УВМ), каждый из которых (см. рис.29) имеет отдельное устройство управления и контроля. Законченная схема ИБП постоянного тока состоит из включенных параллельно в конфигурацию N + 1 нескольких таких модулей, к выходу которых подсоединены АБ и модуль распределения нагрузки (МРН). За синхронизацию работы всех элементов ИБП отвечает общий модуль управления и контроля (МУК).

При нормальном режиме работы (отсутствие перебоев во внешней электросети переменного тока) выпрямительный блок ИБП производит подачу питания на нагрузку и — одновременно — подзарядку АБ. Бесперебойное электропитание нагрузки за счет АБ в случае исчезновения напряжения во внешней электросети происходит без задержки.

Преимуществом модульного принципа построения ИБП данного типа является возможность создавать системы электропитания с любыми выходными параметрами и характеристиками (наращивать их возможности) путем сочетания разного количества модулей, выходов для нагрузки и АБ различной емкости.

Динамики переменного или постоянного тока? Вот правда — Stampsound.com

Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) различаются по направлению, в котором течет электрический заряд. При использовании динамиков важно понимать разницу между этими типами тока.

Динамики переменного или постоянного тока?

Прямой ответ на этот вопрос заключается в том, что все динамики воспроизводят звук с использованием переменного тока. Эта мощность переменного тока обеспечивается усилителем. Сам усилитель работает от источника постоянного тока, но напрямую на динамики он не подается. Поэтому динамики классифицируются как устройства переменного тока.

Как и в случае со всеми вопросами, связанными со звуком, по этой теме есть еще много чего для изучения.

Понимание того, почему динамики являются устройствами переменного тока, необходимо, если вы хотите расширить свои знания о различиях между переменным и постоянным током и о том, как они влияют на оборудование.

В этом подробном руководстве я отвечу на все ваши вопросы по теме.

Описание динамиков переменного и постоянного тока

Постоянный ток, или постоянный ток, как его обычно называют, описывает поток электрического заряда, который движется в одном направлении. Переменный ток, или AC, описывает электрический заряд, который многократно меняет свое направление.

Динамики бывают двух видов — пассивные и активные. Динамик первого типа получает питание от внешнего усилителя, к которому он подключен с помощью провода динамика. Активные колонки, , с другой стороны, представляют собой универсальные устройства со встроенным усилителем.

Как пассивные, так и активные динамики относятся к устройствам переменного тока. Это потому, что они получают сигнал от усилителя, и это всегда переменный ток, а не постоянный. Усилитель подает питание переменного тока на динамик, что позволяет ему воспроизводить звук, независимо от того, является ли он пассивным или активным.

• Путаница, которая окружает эту тему, в основном связана с тем, что активные динамики подключаются к сети, а не через провод динамика, идущий от усилителя.

Может показаться логичным, что на активные динамики подается питание постоянного тока. Однако, хотя активные колонки получают питание от сети, они все же имеют встроенные усилители , которые усиливают сигнал и подготавливают его к воспроизведению.

Мощность, поступающая от встроенного усилителя активного динамика, представляет собой переменный ток — точно так же, как пассивный динамик получает питание от внешнего усилителя. Сами усилители используют питание постоянного тока, но переменный ток используется для передачи сигнала от усилителя к динамику.

Что произойдет, если на динамики подается питание постоянного тока?

Теперь, когда мы установили, что для всех динамиков требуется питание переменного тока, вам может быть интересно, что произойдет, если вы подадите на них питание постоянного тока. Короче говоря, этого всегда следует избегать, так как это потенциально может быть очень вредным для ваших динамиков.

Все динамики включают в себя устройство, известное как звуковая катушка, которое является неотъемлемой частью создания звука. С электрической точки зрения звуковая катушка похожа на большой индуктор из-за петель проводов, которые она включает в магнитное поле.

Важно понимать, как воздействуют на катушки индуктивности, когда через динамики воспроизводятся разные звуковые частоты. Импеданс катушки индуктивности изменяется в зависимости от частоты. Это происходит потому, что перемены тока существенно увеличивают магнитное поле в звуковых катушках.

Когда ток внутри динамика колеблется с большей скоростью из-за изменения частоты, это приводит к тому, что звуковая катушка (проводник) имеет более высокий импеданс при воспроизведении высоких частот по сравнению с более низким импедансом при воспроизведении низких частот.

• Если вы подадите питание постоянного тока на динамики, это приведет к значительному нагреву звуковой катушки, что может привести к повреждению этого компонента и, возможно, других компонентов внутри динамика.

Это связано с тем, что полностью функционирующая катушка индуктивности при использовании с питанием постоянного тока имеет импеданс, равный нулю — без какого-либо сопротивления. Это делает катушку индуктивности непригодной для динамиков.

Усилители подают определенное напряжение на динамики и поддерживают ток, достаточный для того, чтобы напряжение соответствовало сопротивлению динамика.

Использование постоянного тока приведет к резкому снижению сопротивления, из-за чего звуковая катушка нагревается, что может привести к повреждению динамика.

В таблице ниже приведены различия между переменным и постоянным током.

AC	DC
Alternating current	Direct current
Periodically reverses its direction	Flows steadily in one direction
Used for powering speakers	Used for усилители мощности

Какое напряжение у динамиков?

Динамики бывают самых разных форм и размеров, а также с самыми разными характеристиками. Поэтому не существует универсального ответа на вопрос о напряжении, которое должно подаваться на них.

Тем не менее, для определения идеального напряжения комплекта динамиков можно использовать некоторые общие правила. Как мы уже установили, первое, что вам нужно убедиться, это то, что вы используете переменный ток для питания динамиков, который поступает от усилителя.

Самое главное, что вам нужно сделать, это убедиться, что усилитель выдает соответствующую мощность для ваших динамиков.

Если вы используете активные динамики, встроенный усилитель будет предназначен для этого. Пассивные динамики используются с внешним усилителем, поэтому важно проверить соответствие мощности.

По правде говоря, вам не нужно слишком беспокоиться о напряжении. Это связано с тем, что напряжение изменяется в зависимости от других факторов, таких как громкость источника звука, воспроизводимого через динамики.

Например, если вы используете регулятор громкости, это приведет к масштабированию источника звука, и усилитель включится, чтобы привести напряжение в соответствие с исходным аудиосигналом. Таким образом, когда вы увеличиваете громкость до желаемого уровня, усилитель автоматически меняет напряжение там, где это необходимо.

• Очень важно убедиться, что импеданс динамика находится в пределах диапазона усилителя.

Чаще всего это 4 Ом, иногда от 8 до 16 Ом. Убедиться в этом можно, изучив характеристики колонок и усилителей на сайте производителя или в инструкции, прилагаемой к устройствам.

Наконец, еще один момент, который следует учитывать, заключается в том, что звуковые сигналы по своей природе имеют различные пики. Это гарантирует, что они не заставят усилитель постоянно производить одно и то же количество энергии.

Таким образом, допустимо использовать громкоговорители мощностью 25 Вт с усилителем мощностью 50 Вт, даже если громкость установлена ​​на достаточно высоком уровне.

Я написал статью о включении активных динамиков. Вы можете прочитать это здесь.

Преобразование динамиков в постоянный ток

Хотя рекомендуется использовать динамики с питанием от переменного тока, есть способ теоретически преобразовать их в постоянный ток.

• Это следует делать только в том случае, если по какой-либо причине невозможно просто использовать динамики с усилителем, который будет питать их от сети переменного тока.

Во-первых, вам нужно проверить напряжение переменного тока ваших динамиков.

Это можно сделать либо с помощью мультиметра, либо проверив технические характеристики. Важно помнить, что напряжение будет колебаться в зависимости от громкости звука, воспроизводимого через динамики.

Когда у вас есть общее напряжение переменного тока динамиков, вам нужно выполнить простое уравнение, чтобы найти напряжение постоянного тока.

Разделите переменное напряжение на квадратный корень из двух, и вы получите постоянное напряжение.

Вы можете ввести это уравнение в калькулятор, чтобы получить правильный ответ. Например, если динамики имеют переменное напряжение 60 В, вы должны ввести 60/√ (2), что даст вам постоянное напряжение 42,42 В.

Важно отметить, что выход постоянного тока динамиков будет меньше, чем ответ на ваш расчет.

Это связано с тем, что напряжение тока падает, когда он подключен к динамикам, поэтому они никогда не воспроизводят полную мощность.

Получив ответ, вы можете выбрать блок питания постоянного тока, соответствующий напряжению, необходимому для питания динамиков. Опять же, Я бы посоветовал вам действовать с осторожностью при этом, , поскольку динамики предназначены исключительно для использования с питанием переменного тока от усилителя.

Вы можете не столкнуться с какими-либо проблемами при использовании этого метода, но есть вероятность того, что динамики не будут работать должным образом, если они используются с питанием от постоянного тока.

Кроме того, поскольку напряжение колеблется, нелегко обеспечить стопроцентную точность ваших расчетов, так что это тоже следует учитывать.

Посмотрите это видео на YouTube, в котором объясняется AC/DC

Похожие вопросы

Микрофоны переменного или постоянного тока?

Микрофоны выводят сигналы переменного тока, известные как аналоговые аудиосигналы. Тем не менее, некоторым микрофонам для работы требуется питание постоянного тока, в то время как другим не требуется никакого питания, в зависимости от разновидности.

Всегда ли аудиосигналы имеют переменный ток?

Аудиосигналы всегда представляют собой электрические сигналы переменного тока. С точки зрения силы, сигналы микрофона являются самой слабой формой аудиосигналов, в то время как сигналы громкоговорителей создают самые сильные переменные напряжения.

Можно ли использовать пассивные динамики с активными динамиками?

Наиболее эффективный способ совместного использования пассивных и активных динамиков — соединить их вместе с помощью микшера. Для микшера потребуется два выхода , один из которых будет отправлен на активные динамики, а другой — на пассивные.

Общие сведения о преобразователях переменного тока в постоянный при проектировании электроники

Ключевые выводы

• Понять, что такое преобразователь переменного тока в постоянный

• Узнайте, как спроектировать трансформатор переменного тока в постоянный

• Изучение ограничений преобразователей переменного тока в постоянный

Недавно я познакомил своего сына с миром «Трансформеров». Удивительно, как франшиза транспортных средств, превращенных в роботов, не только выжила, но и процветала на протяжении десятилетий. Естественно, он быстро стал поклонником Оптимуса Прайма, и вскоре меня уговорили заказать точную копию игрушки.

Кажется, одержимость моего сына трансформерами в ближайшем будущем обойдется мне еще в несколько сотен долларов. В моей работе знание конструкции трансформатора другого типа — преобразователя переменного тока в постоянный — может сэкономить мне немного денег при покупке готовых трансформаторов.

Что такое преобразователь переменного тока в постоянный?

Типовой преобразователь переменного тока в постоянный.

Трансформатор в электронике — это не робот-оборотень. Это компонент, который состоит из общего железного сердечника с не менее чем двумя проволочными обмотками вокруг него. Трансформатор используется для понижения или повышения напряжения переменного тока по принципу электромагнитной индукции.

При подаче переменного напряжения на первичную обмотку энергия накапливается в сердечнике и передается вторичной обмотке. В зависимости от соотношения витков вторичная обмотка будет соответственно производить переменное напряжение. Понижающий трансформатор будет иметь большее количество первичных обмоток, а для повышающего трансформатора верно обратное.

Термин «трансформатор переменного тока в постоянный» относится к трансформатору, подключенному к цепи выпрямления переменного тока. После увеличения или уменьшения напряжения переменного тока схема выпрямления преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Преобразователь переменного тока в постоянный — это простое решение для питания электроники от сети переменного тока. Часто вы найдете преобразователи переменного тока в постоянный в виде адаптера, который подключается к сетевой розетке.

Конструкция трансформатора переменного тока в постоянный

Чтобы собрать трансформатор переменного тока в постоянный, сначала нужно выбрать трансформатор с правильным коэффициентом обмотки. Вы можете использовать формулу:

Первичное напряжение / Вторичное напряжение = Первичные витки / Вторичные витки

Вам также необходимо учитывать материал и размер трансформатора, поскольку они могут повлиять на его номинальную текущую нагрузку. Выберите трансформатор, который мог бы надежно преобразовывать энергию для нагрузки в схеме.

Ключом к проектированию трансформатора переменного тока в постоянный является схема его выпрямления. У вас будет два типа схем на выбор — двухполупериодное или двухполупериодное выпрямление.

Однополупериодное выпрямление включает в себя подключение одного диода последовательно со вторичной обмоткой. В результате разрешается проходить только положительному циклу переменного напряжения.

Выход однополупериодного выпрямителя, через который может проходить только положительный цикл переменного напряжения.

Конденсатор с большой емкостью помещается на вторичном выходе, чтобы выровнять форму волны и получить желаемый выход постоянного тока. Однако однополупериодное выпрямление неэффективно — такую ​​неравномерность на выходе сгладить сложно.

Двухполупериодное выпрямление является лучшей альтернативой преобразованию переменного напряжения в постоянное. Этот метод включает в себя подключение вторичного выхода переменного тока к двухполупериодному выпрямителю с диодным мостом. Вместо того, чтобы просто прерывать отрицательные циклы, двухполупериодный выпрямитель превращает отрицательные циклы в положительные.

Выход двухполупериодного выпрямителя, лучшая альтернатива преобразованию переменного напряжения в постоянное, поскольку он превращает отрицательные циклы в положительные.

Очевидно, что выбор двухполупериодного выпрямления является лучшим вариантом. За счет четырех диодов у вас будет менее прерывистый выход постоянного тока, а это означает, что для сглаживания пиков можно использовать конденсатор с меньшим номиналом. Двухполупериодное выпрямление также более эффективно, поскольку энергия отрицательных циклов преобразуется и передается в нагрузку.

Ограничения преобразователей переменного тока в постоянный

Несмотря на простоту преобразователей переменного тока в постоянный, существуют ограничения. Во-первых, выходное напряжение постоянного тока подвержено колебаниям на первичном входе. Поэтому никогда не рекомендуется подключать микроконтроллер или микросхемы напрямую к преобразователю переменного тока в постоянный.

Преобразователи переменного тока в постоянный также неэффективны, так как большая часть энергии рассеивается в виде тепла. Трансформаторы также являются дорогостоящими и занимают слишком много места в конструкции. Тем не менее, трансформаторы переменного тока в постоянный могут быть экономичным универсальным решением при массовом производстве.

Проектирование трансформатора переменного тока в постоянный упрощается с помощью подходящего программного обеспечения для проектирования печатных плат. Проектировщик печатных плат OrCAD имеет все необходимые возможности для создания макета и макета, чтобы закончить его за короткое время.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

 

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

шагов по преобразованию переменного тока в постоянный

Цепь питания

Электропитание стало основной потребностью в нашей повседневной жизни. Но с помощью схем преобразователя силовой электроники эта мощность может быть преобразована в требуемую форму и диапазон. Эти преобразователи представляют собой схемы силовой электроники, которые далее классифицируются как понижающие и повышающие преобразователи, схемы стабилизатора напряжения, схемы преобразователей переменного тока в постоянный, постоянного в постоянный, постоянного в переменный и так далее. Большинству микроконтроллеров, которые мы часто используем при разработке проектов электроники, требуется источник постоянного тока 5 В, эти 5 В постоянного тока можно получить из доступного источника переменного тока 230 В, используя преобразователь переменного тока в постоянный в цепи питания.

Цепь источника питания

В общем, мы можем наблюдать схему, из которой берется питание от сети, и эта цепь используется для управления мощностью, подаваемой на нагрузку. Следовательно, эту схему можно назвать схемой источника питания, и существуют различные типы цепей питания, такие как импульсный источник питания, регулируемый источник питания, регулируемый источник питания постоянного тока и т. д., которые классифицируются на основе различных критериев.

Существуют различные типы преобразователей силовой электроники, такие как выпрямитель, инвертор, регулятор напряжения, преобразователь F в V, циклопреобразователь и т.д. Преобразователь силовой электроники, который используется для преобразования переменного тока в постоянный, называется схемой выпрямителя. Максимальное количество электронных схем использует питание постоянного тока для своей работы, и давайте рассмотрим микроконтроллеры (микроконтроллеры 8051 обычно используются в максимальном количестве проектов или схем на основе микроконтроллеров), которым требуется регулируемый источник питания 5 В постоянного тока.

Существуют различные схемы, которые можно использовать для преобразования доступной мощности 230 В переменного тока в мощность 5 В постоянного тока с использованием различных методов. Как правило, понижающие преобразователи можно определить как преобразователи с выходным напряжением меньше, чем входное напряжение. Давайте обсудим преобразователь переменного тока в постоянный (здесь рассматривается часто используемый преобразователь в цепи питания, преобразователь переменного тока 230 В в постоянный ток 5 В) и его работу в деталях.

4 простых шага для преобразования переменного тока в постоянный

1. Понижение уровней напряжения

Повышающие трансформаторы используются для повышения уровней напряжения, а понижающие трансформаторы используются для понижения уровней напряжения. Таким образом, с помощью понижающего трансформатора имеющееся напряжение 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока. Выход этого понижающего трансформатора представляет собой среднеквадратичное значение, а его пиковое значение может быть получено путем произведения квадратного корня из двух и среднеквадратичного значения и приблизительно равно 17 В.

Понижающий трансформатор

В понижающих трансформаторах имеются две обмотки, первичная и вторичная обмотки, в которых первичная обмотка состоит из большего количества витков по сравнению со вторичной обмоткой (меньшее количество витков). Мы знаем, что трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции Фарадея.

2. Схема преобразователя переменного тока в постоянный

В первую очередь мощность 230 В переменного тока понижается до 12 В переменного тока (среднеквадратичное значение 12 В, пиковое значение которого приблизительно равно 17 В), но необходимая мощность составляет 5 В постоянного тока. Таким образом, эта пониженная выходная мощность переменного тока 17 В должна быть преобразована в мощность постоянного тока, а затем она должна быть понижена до 5 В постоянного тока. Преобразователь переменного тока в постоянный, а именно выпрямитель, используется для преобразования переменного тока 17 В в постоянный, и существуют различные типы выпрямителей, такие как полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители. Мостовой выпрямитель более предпочтителен по сравнению с однополупериодным, двухполупериодным и мостовым выпрямителями.

Схема преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель, состоящий из четырех диодов, соединенных мостом, называется мостовым выпрямителем. Мы знаем, что диод проводит только в одном направлении (только при прямом смещении), остается в выключенном состоянии в другом направлении (при обратном смещении). Диод, как правило, неконтролируемый, т. Е. Когда напряжение на аноде становится больше, чем на катоде, он начинает проводить ток до тех пор, пока напряжение на аноде не станет меньше, чем на катоде. Следовательно, диоды называются неуправляемыми выпрямителями.

В приведенной выше схеме во время положительного полупериода питания диоды D2 и D4 открыты, а во время отрицательного полупериода питания диоды D1 и D3 открыты. Таким образом, входная мощность переменного тока выпрямляется в выходную мощность постоянного тока; но выходная мощность постоянного тока состоит из импульсов, поэтому она называется пульсирующим постоянным током, а не чистым постоянным током. Но из-за внутреннего сопротивления диодов происходит падение напряжения (2 * 0,7 В) на 1,4 В, и, таким образом, пиковое напряжение схемы выпрямителя составляет около 15 В (17-1,4).

3. Получение чистого постоянного тока из пульсирующего постоянного тока

15 В постоянного тока можно преобразовать в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя, но перед этим необходимо получить чистый постоянный ток. Чистая мощность постоянного тока может быть получена из пульсирующего постоянного тока с использованием схемы фильтра (для удаления пульсаций можно использовать L-фильтр, С-фильтр или фильтр с резистивно-емкостной связью). С-фильтр часто используется для сглаживания.

Сглаживающий фильтр для получения чистого постоянного тока

В схеме конденсатор используется для накопления энергии, когда входное напряжение увеличивается от нуля до своего пикового значения, и энергия конденсатора может разряжаться, когда входное напряжение снижается от своего пикового значения. значение до нуля. Таким образом, пульсирующий постоянный ток можно преобразовать в чистый постоянный ток, используя этот процесс зарядки и разрядки конденсатора.

4. Регулировка напряжения постоянного тока

Выходное напряжение постоянного тока 15 В можно регулировать с помощью регуляторов постоянного напряжения, таких как IC 78XX, в которых две последние цифры XX представляют значение выходного напряжения. Здесь давайте рассмотрим IC 7805, который используется для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В постоянного тока, даже если на входе постоянное напряжение изменяется (от 7,2 до 35 В постоянного тока).