Где и для чего используется постоянный ток, что это такое и как он работает, источники тока
Наверное, каждый человек с детства усвоил, что электрический ток — это что-то такое, от чего работают практически все приборы в доме. У многих электричество ассоциируется с яркой молнией в небе, а у кого-то — с электрической розеткой и наивным детским желанием засунуть туда палец.
- Постоянный тoк
- Как обозначается ток и закон Ома
- Источники питания
Электроток можно описать как упорядоченное движение электрических частиц (электронов, ионов или дырок). Однако такое определение является верным лишь отчасти, ведь электрический тoк можно разбить на два вида:
- Переменный. С течением времени такой ток меняет своё направление или величину.
- Постoянный. Не изменяется по величине и направлению.
Чтобы лучше понять, какой тип где используется, нужно представить розетку и вставленное в неё зарядное устройство от смартфона.
В розетке течёт переменный тoк, который, проходя через зарядное устройство, а точнее через блок питания, преобразуется в постoянный тoк, им мы и заряжаем наш смартфон. Практически в любой бытовой аппаратуре переменный электрический тoк преобразуется в постоянный с помощью специальных выпрямителей, и устройства работают уже от постоянного тока. Таким образом, можно ответить на вопрос о том, где используется постоянный ток — практически во всей электронной аппаратуре.
Казалось бы, почему тогда в розетках и линиях электропередач идёт переменный электроток? Ответ прост — из-за меньших энергетических потерь, которые в случае с постоянным были бы просто гигантскими.
Рассмотрим постоянный тoк более подробно.
Постоянный тoк
Для ответа на вопрос о том, какой ток называется постоянным, достаточно прочитать вышеприведённое общее определение электрического тoка и краткое определение постоянного тока.
Итак, постоянный ток — это упорядоченное движение электрических частиц, в процессе которого эти частицы не меняют своего направления, и величина тока не изменяется.
Также это явление можно описать более широко, опираясь на физические процессы, происходящие при этом. Наверняка каждый помнит понятия «плюса» и «минуса» из школьного курса физики, то есть понятия полюсов, заряженных разноименными зарядами. Для понимания процесса протекания нашего электротока можно представить обыкновенную пальчиковую батарейку и провод, который одним концом соединяется с положительным полюсом, а другим — с отрицательным (делать такое на практике крайне нежелательно из-за возможности испортить источник питания, а в случае с большими аккумуляторами даже получить ожоги и травмы).
Итак, как только второй конец провода будет замкнут, то есть присоединён к полюсу, в цепи сразу появится движение электронов. От отрицательного полюса, то есть полюса, на котором наблюдается избыток элементарных электрических зарядов, эти заряды станут перетекать к положительному полюсу, где их, наоборот, дефицит.
Можно сказать, что это движение призвано сбалансировать количество зарядов с обеих сторон. Когда это произойдёт, электроны перестанут двигаться, то есть батарейка разрядится.
Как обозначается ток и закон Ома
Если рассматривать пример с батарейкой, описанный выше, с точки зрения физики, то в нём будут фигурировать три составляющие — сила тoка, напряжение и сопротивление. Говоря о том, как обозначается постоянный ток, подразумевается именно сила тoка. Обозначается она буквой I. Напряжение — буквой U, а сопротивление — R.
Три этих характеристики легли в основу известнейшего в электротехнике и незаменимого почти при любых расчётах электрических схем закона, называемого законом Ома, в честь его создания. Кстати, единицы измерения сопротивления носят такое же имя — Омы.
Звучит этот закон следующим образом — сила тoка I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R: I=U/R.
Для измерения всех вышеперечисленных величин существуют специальные приборы. Для тoка — амперметр, для напряжения — вольтметр, для сопротивления — вольтметр. Например, можно измерить силу тока, если подключить амперметр последовательно элементу, на котором мы и должны найти указанную характеристику. Существую приборы, комбинирующие в себе все вышеперечисленные средства измерения — мультиметры.
Источники питания
Для питания той или иной аппаратуры необходимо использование специальных средств — источников постоянного тока. Такие приборы, также называемые блоками питания, есть практически в любых электронных средствах, начиная с телевизоров и заканчивая зарядными устройствами для телефона.
Классифицировать такие источники можно следующим образом:
- Гальванические элементы. Это привычные всем аккумуляторные батареи, которые работают с помощью химической реакции, происходящей внутри батареи.
- Генераторы. Устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции.
- Выпрямители. Наиболее применяемые устройства в бытовой электронной аппаратуре. Они преобразуют переменный электроток из розетки в постоянный.
Данную классификацию можно разделить и на другие подкатегории, более специфические и универсальные. Выбор источника питания основывается на типе эксплуатации прибора, где он будет использоваться.
Постоянный ток — простое объяснение
Постоянный ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Чтобы понять это определение, нужно определится в первую очередь, что такое электрический ток. Затем необходимо привести пример для сравнения, чтобы наглядно объяснить изменение по величине и направлению.
В данном обзоре мы постараемся нестандартно, но предельно понятно объяснить природу и все параметры постоянного тока.
Электрический ток — это
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение носителей электрического заряда.
- В металлах — электроны.
- В электролитах — ионы (катионы и анионы).
- В газах — ионы и электроны.
- В вакууме при определенных условиях — электроны.
- В полупроводниках — электроны или дырки (электронно-дырочная проводимость).
Самые распространенные проводники в электротехнике — это металлы, поэтому в дальнейшем изучении постоянного тока будем рассматривать движение отрицательно заряженных свободных электронов.
Направленное движение электронов в замкнутой электрической цепи без источника тока невозможно. К источникам тока относятся гальванические элементы (батарейка), аккумуляторы, генераторы постоянного тока и выпрямительные установки.
Возьмем для примера батарейку и упрощенно выделим основные особенности выработки ею постоянного тока. Батарейка — это химический источник ЭДС (электродвижущей силы), в котором энергия протекающих химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.
Если рассматривать батарейку упрощенно, то можно выделить следующее:
- На отрицательном электроде (анод) батарейки происходит химическая реакция, производящая свободные электроны. На положительном электроде (катод) происходит химическая реакция, поглощающая свободные электроны.
- У каждой из двух химических реакций есть свой электрический потенциал. Эти потенциалы противоположны по знаку. Разница между ними определяет напряжение батарейки.
- Когда цепь между полюсами батарейки разомкнута, реакции на электродах не протекают. Свободные электроны остаются на электроде — им некуда идти, так как внутри батарейки образуется барьер, предотвращающий прямой контакт анодного и катодного материалов друг с другом.
- При замыкании цепи образовавшийся излишек электронов начинает движение от отрицательного электрода к положительному. Одновременно электродвижущая сила переносит ровно тот же заряд в обратном направлении внутри батарейки к аноду. Химическая реакция повторяется снова и снова до тех пор, пока не иссякнет ресурс батарейки.
Упорядоченное движение электронов — постоянный и переменный ток
Разобравшись с электрическим током, перейдем к особенностям упорядоченно движения носителей электрического заряда. Ранее уже приводилось определение постоянного тока, в котором отмечалось постоянство величины и направления. Что же это значит?
Объясним простыми словами, что такое ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Начнем с величины и для примера возьмем батарейку 1,5 Вольт.
Величина — это сила тока. То есть другими словами это отношение электрического заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения (t). Естественно, считать количество электронов, прошедших за единицу времени через сечение проводника, мы не будем, но можем разобраться, от чего эта величина зависит:
- От напряжения источника питания (батарейки). Напряжение — это разность потенциалов. На примере батарейки мы уже отмечали, что на отрицательном электроде происходит химическая реакция, производящая свободные электроны, а на положительном электроде — поглощающая свободные электроны.
- От сопротивления цепи (проводника и подключенных нагрузок). Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.
Возвращаясь к постоянному току, который не изменяется по величине, следует отметить, что пример с батарейкой не совсем корректен. Батарейка со временем исчерпывает свой ресурс. Соответственно падает напряжение и сила (величина) тока. Поэтому лучше рассматривать иные источники постоянного тока, либо при рассмотрении батарейки не учитывать ее ресурс.
Резюмируем. Ток не изменяющийся по величине в первую очередь является следствием наличия не изменяющегося по величине напряжения источника питания.
Не изменяющееся направление постоянного тока — это движение электронов от минуса к плюсу. Только нужно помнить, что направление тока берется обратным — от плюса к минусу.Для наглядности обратимся к программе Multisim, смоделируем пример с источником постоянного тока и посмотрим на осциллографе график напряжения. При этом вместо батарейки возьмем генератор постоянного тока с напряжением 230 Вольт. Затем сравним графики постоянного и переменного напряжения:
Начнем с постоянного тока (верхняя часть схемы). Проводник от плюса к нагрузке (лампочке) отмечен красным цветом. Проводник от минуса к нагрузке отмечен синим цветом. Отрицательный вывод источника питания заземлен. Заземлить можно и положительный вывод — принципиальной разницы нет. А можно вообще не заземлять, но программа без точки отсчета (условного нуля) не будет работать. Здесь же хочется отметить, что применять термины фаза и ноль относительно источника постоянного напряжения некорректно.
Теперь обратимся к графику постоянного напряжения. Напряжение на положительном выводе — это красная прямая, указывающая постоянное напряжение 230 Вольт. Напряжение на отрицательном выводе — это синяя прямая, указывающая постоянное напряжение 0 Вольт. Если помните пример с батарейкой, то там мы условно брали потенциал положительного вывода 0 Вольт, а отрицательного -1,5 Вольт. Так вот, в данном случае потенциал 0 Вольт связан непосредственно с заземлением отрицательного вывода, а точнее соединением его с точкой отсчета. Осциллограф также должен обязательно заземлятся (соединятся с точкой отсчета). И несмотря на то, что в программе вы этого не видите, осциллограф все же отстраивает графики именно по такому принципу. Чтобы это понять представим, что заземления нет.
Совсем иная картина с переменным напряжением и током. Все знают, что напряжение в розетке 230 Вольт, но если рассмотреть вторую часть схемы с графиком-синусоидой, то эти 230 Вольт оказываются не совсем обычными. Постараемся кратко разобраться с этими особенностями.
Источниками переменного электрического тока служат генераторы, создающие переменную электродвижущую силу, изменение величины и направления которой происходит через определенные промежутки времени. Углубляться в особенности работы генератора не будем, но постараемся по аналогии с постоянным током проанализировать выдаваемый осциллографом график. В данном примере также говорить о фазе и нуле некорректно. У генератора два равнозначных вывода. И если у источника постоянного тока потенциалы при отсутствии заземлении одного из выводов были +115 и -115 Вольт, то в случае с переменным током на пике графика (синусоиды) получаем следующее распределение потенциалов на выводах +160 и -160 Вольт. Это особенность переменного напряжения. Разность потенциалов дает амплитудное напряжение +160-(-160) = 320 Вольт. Заземлив один из выводов, его график на осциллографе будет прямой напряжения 0 Вольт. Оставшийся вывод даст синусоиду с амплитудой 320 Вольт. Для получения привычного нам действующего напряжения 230 Вольт нужно амплитудное напряжение поделить на корень из двух (останавливаться на действующем и амплитудном напряжении в данной теме не будем).
Синусоида показывает, что с течением времени потенциалы на выводах изменяются. Изменяется и величина тока. Электроны в проводнике в момент пика синусоиды имеют наибольшую скорость. Далее они замедляются вплоть до полной остановки в точке пересечения графиком оси Оx, опять начинают движение, но уже в другом направлении (скорость возрастает до пика). Естественно такое изменение происходит очень быстро (с частотой 50 Гц), и электроны вместо полноценного движения просто вибрируют на одном месте.
Постоянный ток и сопротивление — нестандартный подход
Сопротивление электрической цепи — это важнейший показатель, неотделимый от напряжения и силы тока. В зависимости от конфигурации электрической цепи изменяется сопротивление. Соответственно по закону Ома изменится и сила тока при неизменном напряжении.
Завершая тему постоянного тока стоит рассмотреть особенность передачи энергии с учетом всех трех показателей — напряжения, силы тока и сопротивления. Приведем небольшой пример, который объяснит многое:
Электрическая цепь у нас состоит из источника постоянного напряжения 230 Вольт, нагрузки в виде лампочки и соединительных проводов.
В первую очередь определимся с сопротивлениями. Каждый элемент цепи имеет сопротивление. Внутреннее сопротивление источника питания примем равным нулю, чтобы не переходить на закон Ома для полной цепи (ЭДС и внутреннее сопротивление источника питания заслуживают отдельного рассмотрения). У нас остаются только провода и лампочка. Провода имеют сопротивление, которое зависит от длины и сечения. Если рассматривается небольшая цепь, то сопротивление проводов там небольшое и оно, как правило, не учитывается. Но мы будем его учитывать, так как это упростит понимание процесса протекания тока. Примем условно, что лампочка подключена к источнику питания 230 Вольт проводами с сопротивлением 1 Ом каждый. Для справки, такое сопротивление у медного провода сечением 1 мм² длинной ≈ 60 метров. Сопротивления ламп накаливания исчисляются сотнями Ом. Но для удобства предположим, что сопротивление лампочки 8 Ом. С учетом исходных данных перерисуем имеющуюся схему:
Как видно, потенциалы на выводах источника постоянного напряжения +115 и -115 Вольт (разность потенциалов 230 Вольт).
Провода с меньшим сопротивлением условно показаны более толстыми (большее сечение). Тонкий провод (меньшее сечение) — обозначает лампочку, у которой сопротивление больше. На схеме также указаны потенциалы в определенных точках цепи, в понимании которых могут возникнуть проблемы. Разберемся с этими потенциалами. Но прежде отметим особенность движения электронов в цепи. Так как у нас фактически последовательное соединение трех резисторов (1 Ом, 8 Ом, 1 Ом), то ток двигаясь от плюса к минусу на участках 1 Ом с большим сечением движется медленнее, чем на участке 8 Ом с меньшим сечением. Здесь все логично, так как для прохода более узкого участка нужно увеличить скорость. Но важно не запутаться. Если к источнику питания подключить просто проводник определенной длины, то в том, где сечение больше, скорость движения электронов будет выше.
Вернемся к потенциалам. Вдоль проводника, по которому течет постоянный электрический ток, потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального — на другом.
Такое перераспределение зарядов связано с особенностями возникновения электрического поля при замыкании цепи с определенным сопротивлением. Поэтому когда рассматривается последовательное соединение из нескольких резисторов, то напряжение на каждом — это следствие разности потенциалов на выводах резистора. Если посмотреть на схему, приведенную выше, то потенциалы от плюса к минусу распределились следующим образом:
- Провод 1 Ом от +115 до +92 Вольт — разность потенциалов +23 Вольта.
- Лампочка 8 Ом от +92 до -92 Вольт (в середине спирали 0 Вольт) — разность потенциалов +184 Вольта.
- Провод 1 Ом от -92 до -115 Вольт — разность потенциалов +23 Вольта.
Напряжения на резисторах просчитываются с помощью закона Ома. И с учетом полученных напряжений можно проанализировать потенциалы в цепи с постоянным током:
Помимо расчетов или использования программ потенциалы можно определить и нестандартным способом. Для этого достаточно привести цепь к определенному сечению проводника.
Так например лампочку сопротивлением 8 Ом можно представить как провод, длина которого складывается из 8 участков по 1 Ому. Покажем это схематически:
Сопротивление 8 Ом лампочки бралось условно, и теперь наглядно видно, для чего это было сделано. Теперь мы цепь разделили на 10 одинаковых частей (разделить можно на любое количество частей). И так как после образования электрического поля потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального — на другом, нетрудно посчитать потенциалы на границах участков. Для этого достаточно разность потенциалов 230 Вольт разделить на количество участков. Получаем 230/10 = 23 Вольт. А затем постепенно вычитать это значение проходя от одного конца проводника до другого. По такой же методике можно определить потенциалы на любом участке цепи.
Зная природу образования электрического поля и особенности распределения зарядов в проводнике с постоянным током можно понять, как движутся свободные электроны.
Они движутся от места с большим потенциалом к месту с меньшим потенциалом. При этом электроны не теряют энергию, как думают многие. Они наоборот на каждом конкретном участке электрической цепи получают определенную энергию, позволяющую поддерживать движение с определенной скоростью. Простыми словами, электроны находящиеся в начале цепи находятся в области с потенциалом +115 Вольт. В конце цепи -115 Вольт. Эта разность потенциалов 230 Вольт нужна для прохождения всего пути. Как только электроны перемещаются вперед, они уже находятся в других зонах. Например, в зоне с потенциалом +23 Вольт разность потенциалов для прохождения оставшегося пути +23-(-115) = 138 Вольт. То есть в этой области электронам передается меньшая энергия, и обусловлено это тем, что сокращается путь и соответственно сопротивление.
Завершая тему постоянного тока объясним, почему светится лампочка в рассмотренном выше примере. Все предельно просто. Электроны в процессе упорядоченного движения взаимодействуют с кристаллической решеткой.
В результате этого взаимодействия вольфрамовая спираль лампочки нагревается. От повышения температуры начинает выделяться энергия в виде света и тепла.
Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация
На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.
Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.
Устройство и принцип работы
В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.
Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного токаПо мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.
Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw
При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw
Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.
Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генераторомТакой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см.
рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.
Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.
С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.
И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.
Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно.
Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.
Классификация
Различают два вида генераторов постоянного тока:
- с независимым возбуждением обмоток;
- с самовозбуждением.
Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:
- устройства с параллельным возбуждением;
- альтернаторы с последовательным возбуждением;
- устройства смешанного типа (компудные генераторы).
Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.
С параллельным возбуждением
Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения.
В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.
Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.
Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.
Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.
Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.
С независимым возбуждением
В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.
На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.
Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.
С последовательным возбуждением
Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.
В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.
Со смешанным возбуждением
Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.
Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует).
Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.
Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.
Технические характеристики генератора постоянного тока
Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:
- зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
- характеристики внешних параметров;
- регулировочные величины.
Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме.
Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.
Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).
Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТВ генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.
Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждениемУвеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС.
(см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.
Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.
В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.
В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).
Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.
Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждениемГенераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.
В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.
Реакция якоря
Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.
Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.
ЭДС
Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.
Мощность
Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.
КПД
Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.
На холостом ходе ηe = 0.
максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.
Применение
До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.
На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.
Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.
Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.
Видео по теме
» src=»https://www.youtube.com/embed/XnWZSh24vGg?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»/>Список использованной литературы
- Вольдек А. И., Попов В. В. «Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы» 2008
- О.А.Косарева «Шпаргалка по общей электротехники и электроники»
- Китаев В. Е., Корхов Ю. М., Свирин В. К. «Электрические машины» Часть 1. Машины постоянного тока. 1978
- Данилов И.А., Лотоцкий К.В. «Электрические машины» 1972
определение DC в The Free Dictionary
Также найдено в: Thesaurus, Medical, Legal, Financial, Encyclopedia, Wikipedia.
DC
сокр.
1. DA CAPO
2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ТОЧКА
3. или D.C. Район Columbia
4. Доктор хиропрактики
Dis · Trict of Columbia
59555559559559559595959559955 (‘trĭkt’)
Сокр.
DC или DC
Федеральный округ на востоке США на реке Потомак между Вирджинией и Мэрилендом. Наряду с городом Вашингтон, он был основан актами Конгресса 1790 и 1791 годов на участке, выбранном Джорджем Вашингтоном.
Словарь английского языка American Heritage®, пятое издание. Авторские права © 2016, издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.
D.C.
(в США и Канаде) Аббревиатура для
(Медицина) Доктор хиропрактики
Коллинз английский словарь — Полный и Unabridged, 12 -е издание 2014 г. © Harpercollins Publishers 1991, 1994, 1998, 2000, 2003,. 2006, 2007, 2009, 2011, 2014
ThesaurusAntonymsRelated WordsSynonyms Legend:
Switch to new thesaurus
| Noun | 1. | DC — район, полностью занятый городом Вашингтон; выбран Джорджем Вашингтоном в качестве столицы Соединенных Штатов и создан из земли, уступленной Мэрилендом и Вирджинией округ Колумбия, округ Колумбия США, Соединенные Штаты, Соединенные Штаты Америки, США, США, Америка, Штаты , США — Североамериканская республика, состоящая из 50 штатов — 48 граничащих друг с другом штатов в Северной Америке плюс Аляска на северо-западе Северной Америки и Гавайские острова в Тихом океане; добилась независимости в 1776 г. Американская столица, столица Соединенных Штатов, Вашингтон, Вашингтон, округ Колумбия — столица Соединенных Штатов в округе Колумбия и туристическая Мекка; Джордж Вашингтон поручил Чарльзу Л’Энфану спланировать город в 1791 году. © 2003-2012 Принстонский университет, Farlex Inc. Упоминается в ?
Ссылки в классической литературе ? Осенью 1878 года, после двух лет преподавания в школе в Молдене и после того, как мне удалось подготовить нескольких юношей и девушек, кроме двух моих братьев, к поступлению в Хэмптонский институт, я решил провести несколько месяцев во время учебы в Вашингтоне, округ Колумбия, я пробыл там восемь месяцев. Посмотреть в контексте Президент Билл Клинтон пообещал наложить вето на весь законопроект округа Колумбия об ассигнованиях, если Гингрич и его союзники не отступят. Гингрич, Арми выдает ваучеры через Палату представителей, но Сенат останавливается. должностные обязанности Сделки знаменуют собой официальный запуск новой компании по коммерческой недвижимости, возглавляемой ветеранами отрасли Стивом Кляйном и Ларри Ботелом, которые объединились, чтобы инвестировать в коммерческую недвижимость и девелоперские возможности стоимостью от 20 до 50 миллионов долларов в Нью-Йорке. Йорк, Вашингтон, округ Колумбия, Филадельфия и юго-восточная Флорида. Новое партнерство начинается с покупки округа Колумбия Программа округа Колумбия, которая должна начаться осенью, напрямую вовлекает федеральное правительство в игру по финансированию ваучеров. Торговые площади Вашингтон, округ Колумбия, 30 мая 2019 г. Eatery Pulse для предоставления программы обучения; Школа округа Колумбия для владельцев ресторанов Спустя почти две недели после того, как Сенат утвердил Шри Шринивасана в качестве нового судьи округа Колумбия, президент Обама выдвинул еще три кандидатуры для заполнения оставшихся вакансий в суде из 11 членов. Обама выдвигает трех кандидатов в окружной округ округа Колумбия Лютеранский епископ округа Колумбия Ричард Грэм с большой грустью отреагировал на новую статистику. Округ Колумбия дает положительный результат Попытка вдохнуть новую жизнь в план школьных ваучеров Вашингтона, округ Колумбия, финансируемый из федерального бюджета, потерпела неудачу 25 марта, когда США Комитет Палаты представителей отклоняет поправку о расширении ваучерной программы округа Колумбия Во главе с мэром Вашингтона, округ Колумбия, Адрианом Фенти, тысячи демонстрантов скандировали «Мы требуем голосования» во время митинга в Капитолии на прошлой неделе, чтобы заручиться поддержкой округа Колумбия Тысячи маршируют в поддержку права голоса округа Колумбия Браузер словарей ?
Полный браузер ?
Студия в Стамбуле, округ Колумбия, которая создает современные аксессуары — Студия определения
Посмотреть коллекцию
Посмотреть коллекцию
Учить больше Меньше — большеМинимальные серебряные кольца с драгоценными камнями Посмотреть коллекциюОжерелье СиеныСовременный, уникальный и веселый. Посмотреть коллекциюКрасивое напоминаниеМать-природа — самый удивительный художник. Учить больше
Посмотреть все
Посмотреть все
Посмотреть все Коллекции кухонного и столового белья Скоро!Стильный бранч ко Дню матери Предзаказ Используйте стрелки влево/вправо для перемещения по слайд-шоу или проводите пальцем влево/вправо, если используете мобильное устройство. Группа экспертов Института медицины (США) по определению пищевых волокон и Постоянный комитет по научной оценке эталонного потребления пищевых продуктов. Вашингтон (округ Колумбия): National Academy Press (США); 2001. ISBN-10: 0-309-07564-5
Печатная версия в National Academies Press Поисковый запрос Текущая ситуация с маркировкой и определением пищевых волокон в Соединенных Штатах и многих других странах является произвольной из-за того, что она опирается на аналитические методы, а не на точное определение, которое включает его роль в здоровье. Без точного определения соединения могут быть разработаны или выделены и сконцентрированы с использованием доступных в настоящее время методов, что не обязательно оказывает благотворное воздействие на здоровье. Могут быть разработаны другие соединения, которые не перевариваются и оказывают благотворное влияние на здоровье, но не соответствуют действующему определению США, основанному на аналитических методах.
  |
— (PR.com) — Eatery Pulse Media, основной источник новостей о ресторанах в США, откроет регистрацию в школе для владельцев ресторанов в Вашингтоне, округ Колумбия. весна.
В. Гриффит
00
00
00
00
00
00
Распродажа
Служба Национальной медицинской библиотеки, Национальных институтов здоровья.
По вышеуказанным причинам Совет по пищевым продуктам и питанию под надзором Постоянного комитета по научной оценке эталонного пищевого потребления собрал группу экспертов по определению пищевых волокон для разработки предлагаемого(ых) определения(й) пищевых волокон. Группа провела три заседания и семинар.
ПРЕДЛАГАЕМОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПИЩЕВОЙ КОЛОКНА
На сегодняшний день в Фонд вносят вклады Daiichi Fine Chemicals, Inc.; Кемин Фудс, Л.С.; М&М/Марс; Мид Джонсон Нутрициалс; Набиско Фудс Групп; Ассоциация натуральных источников витамина Е; Рош Витаминс Инк.; бура США; и Weider Nutrition Group. Мнения или выводы, выраженные здесь, принадлежат комитету и не обязательно отражают мнение спонсоров.