Site Loader

Содержание

Обозначение постоянного и переменного тока на схемах

Каждый домашний мастер и начинающий электрик при выполнении электромонтажных работ пользуется специальными схемами. Для того чтобы правильно прочитать любую из них, необходимо знать все значки и символы, в том числе обозначение постоянного и переменного тока. Эта символика присутствует на корпусах большинства современных измерительных аппаратов, позволяющих определять значение всех основных электрических параметров.

Как обозначаются различные токи

По своим специфическим качествам электрический ток разделяется на два основных типа:

  • Постоянный ток. Обозначается прямой линией (—). Кроме того, используются символы DC – Direct Current, которые переводятся как постоянный ток.
  • Переменный ток. Известен под собственным обозначением в виде змейки (~) и символов АС, означающих Alternating Current.

Отличительной особенностью постоянного тока является его направленность. Он протекает лишь в одном определенном направлении, условно принимаемое от положительного контакта «+» к отрицательному контакту «-». От этого свойства и происходит наименование этого тока DC, который присутствует в солнечных панелях, всех типах сухих батареек и аккумуляторах, предназначенных для питания маломощных потребителей.

В некоторых технологических процессах, таких как дуговая электросварка, электролиз алюминия или электрифицированный железнодорожный транспорт, необходим постоянный ток DC с высоким значением силы. Чтобы его создать, необходимо выпрямить переменный или воспользоваться любым из генераторов постоянного тока.

Переменный ток AC, в отличие от постоянного, способен к изменению своего направления и величины. Существует параметр, известный как мгновенное значение переменного тока, определяемое в конкретный момент времени. Частота, с которой изменяется направление тока, составляет 50 Гц, то есть данная перемена происходит 50 раз в течение одной секунды.

Переменный ток AC может быть однофазным или трехфазным. В первом случае необходимо только два провода: основной и дополнительный, он же обратный. Именно по основному проводнику протекает электрический ток, а обратный считается нулевым проводом.

Трехфазное переменное напряжение вырабатывается соответствующим генератором тока AC. В этом процессе участвуют три обмотки, каждая из которых является своеобразной однофазной электрической цепью. Между собой они сдвинуты по фазе под углом 120 градусов. Благодаря данной системе электроэнергией могут быть обеспечены сразу три сети, независимые друг от друга. Для этого понадобится уже порядка шести проводов – трех прямых и трех обратных.

При необходимости дополнительные провода возможно соединить между собой и получить в итоге общий проводник, называемый нулевым или нейтральным. В этом случае проводники переменного тока на схемах обозначаются символами L1, L2, L3, а нулевой провод – буквой N.

Обозначения токов в измерительных приборах

Общепринятое обозначение постоянного и переменного тока нашло свое отражение в различных измерительных приборах, в том числе и на мультиметре. Вся необходимая символика наносится на лицевую панель того или иного устройства. Это позволяет измерить именно тот параметр, который необходим в данный момент.

Например, если на шкале выставлено положение АС, в этом случае можно проводить измерение значения переменного тока. Как правило, такие приборы предназначены для работы в электросетях с обычными напряжениями 220 или 380 вольт. Существуют модели с рабочими режимами в пределах 600 В и выше.

Если же мультиметр выставлен напротив отметки DC, то рабочий режим аппарата станет соответствовать постоянному току. В этом положении замеряется ток на аккумуляторах, батарейках и других источниках питания, вырабатывающих постоянный ток. В данном режиме требуется непременно соблюдать полярность полюсов. Диапазон измерений обычно составляет от нуля до нескольких тысяч вольт, в зависимости от характеристик конкретной модификации устройства.

Обозначение постоянного и переменного тока. DC ток — понятие и виды постоянно тока

На чтение 25 мин Просмотров 114 Опубликовано

Что такое DC ток и что он значит

Постоянным принято называть электрический ток, сила и направление которого не меняются. В электротехнике смешанный вид с преобладающим постоянным компонентом также называется постоянным, если колебания незначительны для предполагаемого эффекта, или если колебания являются результатом колебаний нагрузки. Тогда среднее арифметическое рассматривается как постоянный ток.

Линии электропередач поставляют ток в дома и на предприятия

К сведению! На английском языке его принято обозначать, как Direct Current, или сокращенно DC, что также используется и для постоянного напряжения. Переменный электрический поток переводится, как Alternating Current, что означает AC напряжение.

«Чистый» и «пульсирующий» постоянные токи

Показания вольтметра при подключении измерительных щупов

Давайте рассмотрим эти принципы более наглядно. Во-первых, связь между подключением измерительных щупов со знаком на показаниях вольтметра при измерении постоянного напряжения:

Рисунок 3 – Цвета измерительных щупов служат ориентиром для интерпретации знака (+ или -) показаний измерительного прибора.

Математический знак на дисплее цифрового вольтметра постоянного напряжения имеет значение только в контексте подключения его измерительных проводов. Рассмотрим возможность использования вольтметра постоянного напряжения для определения того, складываются ли два источника постоянного напряжения друг с другом или вычитаются друг из друга, предполагая, что на обоих источниках нет маркировки их полярности.

Использование вольтметра для измерения на первом источнике:

Рисунок 4 – Положительные (+) показания указывают, что черный – это (-), красный – это (+)

Этот результат первого измерения +24 на левом источнике напряжения говорит нам, что черный провод вольтметра действительно подключен к отрицательной клемме источника напряжения № 1, а красный провод вольтметра действительно подключен к положительной клемме. Таким образом, мы узнаем, что источник №1 – это батарея, включенная следующим образом:

Рисунок 5 – Полярность источника 24 В

Измерение другого неизвестного источника напряжения:

Рисунок 6 – Отрицательные (-) показания указывают, что черный – это (+), красный – это (-)

Второе измерение вольтметром показало отрицательные (-) 17 вольт, что говорит нам о том, что черный измерительный щуп на самом деле подключен к положительной клемме источника напряжения № 2, а красный измерительный провод подключен к отрицательной клемме. Таким образом, мы узнаем, что источник №2 – это батарея, включенная в противоположную сторону:

Рисунок 7 – Полярность источника 17 В

Для любого, знакомого с постоянным током, должно быть очевидно, что эти две батареи противодействуют друг другу. Противоположные напряжения, априори, вычитаются друг из друга, поэтому, чтобы получить общее напряжение на обоих батареях, мы вычитаем 17 вольт из 24 вольт и получаем 7 вольт.

Но мы могли бы изобразить два источника в виде невзрачных прямоугольников, помеченных точными значениями напряжений, полученными с помощью вольтметра, и маркировкой полярности, указывающей на положение измерительных щупов вольтметра:

Рисунок 8 – Показания вольтметра, как они отображались на нем

Какое напряжение DC тока

При DC напряжении электроны всегда движутся в одном направлении. Источник напряжения таким образом всегда имеет одинаковую полярность. Однако уровень напряжения не всегда должен быть одинаковым. В качестве классического источника энергии для генерации постоянного напряжения обычная батарейка, в которой уровень напряжения снижается во время разряда.

Движение электронов при постоянном напряжении

Кроме того, большинство источников питания также генерирует постоянное напряжение, хотя на них подается переменное. В случае стабилизированных источников питания, помимо направления потока, большое значение также уделяется и уровню АС напряжения, который может варьироваться в зависимости от напряжения, однако постоянно будет иметь одинаковую полярность.

Обратите внимание! Переменные напряжения, подаваемые сетевыми трансформаторами и генераторами, могут быть преобразованы выпрямителями. Тогда возникает электрическое напряжение, которое варьируется по величине, но не по знаку.

Схемы с постоянным и переменным током

Компонент переменного напряжения может быть уменьшен путем подключения достаточно большого сглаживающего конденсатора параллельно или последовательно сглаживающей катушки так, что останется только небольшая остаточная пульсация. Чем больше емкость конденсатора или индуктивность катушки, тем меньше будет пиковое значение наложенного переменного напряжения.

Пара слов о «полярности» переменного напряжения

Комплексные числа полезны для анализа цепей переменного тока, поскольку они предоставляют удобный метод символьной записи сдвига фаз между параметрами переменного тока, такими как напряжение и ток.

Однако большинству людей нелегко понять эквивалентность абстрактных векторов и реальных параметров схемы. Ранее в данной главе мы видели, как источники переменного напряжения задаются значениями напряжения в комплексной форме (амплитуда и угол фазы), а также обозначением полярности.

Чем отличается DC ток от AC тока

Изначально постоянный ток должен был генерироваться на электростанциях с относительно низким напряжением розетки для потребителя, 110 или 220 В. Однако если при таком варианте подключено сразу несколько потребителей, суммарные значения очень высоки. В таком случае требуются толстые и дорогие кабели для преодоления больших расстояний, чтобы удерживать потери при передаче в определенных пределах. При использовании переменного напряжения генерируемая электроэнергия может транспортироваться на относительно большие расстояния с небольшими потерями. С 1980 г. стало возможным выпрямить трехфазный ток высокого напряжения, а затем преобразовать его обратно.

Главное отличие AC и DC, постоянного и переменного токов состоит в том, что первый изменяется через определенные промежутки времени (с определенной частотой), в частности, он меняет направление по мере своего протекания. В мире самой распространенной является частота 50 Гц.

Обратите внимание! Когда электричество достигает потребителя, тогда в ход идут трансформаторы. Они преобразуют высокое напряжение в более низкое, которое и поступает в дома.

Трансформатор напряжения

Как уже было сказано, DC электричество не меняется с течением времени. И так как электроны движутся лишь в одном направлении, источники характеризуются наличием положительного и отрицательного полюсов. AC более эффективно при использовании многокилометровых линий электропередач. А постоянный ток предпочтителен для небольшой электроники или накопительных элементов, например, солнечных батарей.

Важность маркировки полярности

В соответствии со схемой на рисунке 8 (выше) обозначения полярности (которые указывают на положение измерительного щупа вольтметра) указывают, что источники складываются друг с другом. Источники напряжения складываются друг с другом, чтобы сформировать общее напряжение, поэтому мы добавляем 24 вольта к -17 вольтам, чтобы получить 7 вольт: всё еще правильный ответ.

Если мы позволим маркировке полярности определять наше решение, складывать или вычитать значения напряжения (независимо от того, представляют ли эти маркировки полярности истинную полярность или только положение измерительного провода вольтметра), и включим математические знаки этих значений напряжений в наши расчеты, результат всегда будет правильным.

Причины непостоянства

Экономичный переносной аппарат для измерения артериального давления выполняет свои функции на протяжении нескольких лет без установки новых батареек. Мощность потребления светодиодного освещения зала значительно больше. Такие устройства подключают к стандартной сети 220V через адаптер, который выравнивает напряжение и уменьшает амплитуду до необходимого уровня. Однако даже качественные преобразователи выполняют свои функции с допустимыми погрешностями. Постепенно уменьшается энергетический потенциал электрохимического источника. Отмеченные факторы объясняют действительное непостоянство измеряемых параметров в контрольной цепи.

По классическому определению, DC подразумевает неизменное направление движения заряженных частиц. Это значит, что показанный результат трансформации (б) с полуволнами одной полярности также соответствует заданному условию.

Важно! Постоянный ток – это частный случай однонаправленного тока, когда дополнительно обеспечивается стабилизация параметра с определенной точностью.

Направление постоянного тока и обозначения на электроприборах и схемах

Чтобы упростить расчеты и создание электрических схем, принимают направленность этого параметра по направлению к точке с меньшим потенциалом (от плюса к минусу). В действительности частицы перемещаются именно таким образом только при положительном заряде. В металле направление потока электронов обратное, однако для исключения путаницы применяют обозначенный базовый принцип.

Изоляция положительных выводов (щупов, кабелей) обозначается красным цветом, отрицательных – черным или синим. Если в сопроводительном тексте указано dc напряжение, это значит, что и ток в соответствующей цепи будет постоянный. На чертежах и корпусах изделий применяют условные обозначения в виде параллельных линий (сплошной и прерывистой).

К сведению. Анод (катод) – это выводы электронной лампы или другой детали, которые подключают к положительному (отрицательному) электроду аккумуляторной батареи.

Также можно встретить обозначение a c что это такое, подробно описано в заключительном разделе статьи. Прямая расшифровка сокращения от «alternating current» не всегда корректна. Однако в узком смысле подразумевают синусоиду с переменной полярностью, которая обозначается латинскими буквами «AC», характерным одиночным волнистым символом либо стандартным математическим знаком примерного равенства «≈».

Величина постоянного тока

Определение «сила» не является корректным. Тем не менее, его применяют с учетом общепринятых норм. Вернувшись к сути явления, можно определить силу тока (I) по количеству перемещенных за определенный временной интервал (t) зарядов:

I = Q/t.

По международным стандартам СИ подразумеваются единичные величины: ампер, кулон и секунда. Для работы с большими токами удобнее пользоваться производной (ампер-часом) с повышающим множителем 3 600.

К сведению. Измерения выполняются с помощью универсального мультиметра или специализированного амперметра. Прибор включают непосредственно в цепь либо используют вспомогательный шунт.

Плотность тока

Количество зарядов удобно оценивать с учетом размеров проводника и концентрации энергии в контролируемой области. Для этого пользуются производным параметром, плотностью тока (j). Его значение вычисляют по формуле:

j = I/S, где S – поперечное сечение в мм кв.

По j определяют безопасный диаметр жилы либо соответствующие размеры плавкого предохранителя. В зависимости от целевого назначения предотвращают разрушение материала при нагреве либо используют плановый разрыв токопроводящей цепи при чрезмерных нагрузках.

Постоянная dc-тока

Эту составляющую вычисляют по среднему за определенный временной период значению сигнала. В сложных условиях, при изменении частоты, образуется кривая линия. Если соблюдается периодичность (синусоида, равномерные импульсы), постоянная на графике изображается прямой линией.

Изменяющаяся компонента

Переменная составляющая определяет искажения формы сигнала, при особых условиях – энергетические потери. При значительном уровне такая компонента оказывает влияние на подключенную нагрузку с реактивными характеристиками. Переменный ток ac выполняет полезные функции только при подсоединении потребителей, совместимых с таким источником питания. Однако и в этом случае возникают проблемы, если не ограничить помехи при включении контактора или пусковой скачек напряжения на обмотке электродвигателя.

Различия в постоянном и переменном токе

При сохранении определенной разницы потенциалов поток зараженных частиц перемещается равномерно в одном и том же направлении. Если применить ток ас, отмеченная стабильность нарушается. В этой ситуации придется учитывать изменение рабочих параметров с частотой сигнала. Кроме наличия переходных процессов, усложняются правила вычислений.

Однако только переменное напряжение ac обеспечивает функциональность колебательного контура – базового компонента радиотехнической схемы. Электромагнитные волны распространяются на большое расстояние, что необходимо для передачи/приема информации. Отражение сигналов используется для радиолокации, дистанционных методов измерения и контроля. Переменный ток ac применяют для генерации энергии и вращения роторов двигателей.

В некоторых ситуациях определяющее значение приобретают особенности воспроизведения технологического процесса. Уместный пример – серия современных сварочных аппаратов:

  • если номинальный ток постоянный, проще выполнять рабочие операции, однако придется тщательно контролировать безопасный уровень напряжения в режиме холостого хода;
  • с переменным током сложнее сделать качественный шов, но именно такой вариант специалисты рекомендуют для соединения сваркой деталей из цветных металлов.

Какой выбрать вариант источника питания для создания эффективного функционального устройства? Для правильного ответа проект изучают в комплексе. Кроме схемотехники, оценивают энергетические затраты и целевое назначение.

Особенности DC тока

Время на чтение:

Ежедневно миллиарды людей по всему миру используют электричество, хотя при этом мало кто знает, как и откуда оно поступает. Кроме этого, не все даже знают о том, что существуют две формы: AC, DC — постоянный, переменный токи. С переменным люди сталкиваются чуть чаще в обычной жизни, но и постоянный также играет важную роль.

Что такое АС

Перевод аббревиатуры АС с английского обозначает Alternative Current (переменный ток). Соответственно DC, что читается как Direct Current, обозначает постоянное, текущее в одном направлении, напряжение. Каждый из них используется для питания электроприборов и играет ключевую роль в целостности электрооборудования при неправильном подключении.

Полезно! Электроток не меняющий в течение времени свою величину и направление называется постоянным.

Переменный ток является формой, повсеместно применяемой потребителями для обеспечения работоспособности основного электрооборудования. Преимущественно стандартная форма волн в электроцепей представлена в виде синусоидальной кривой, с положительным полупериодом равным положительному течению напряжения и наоборот.

В отдельных случаях, например, музыкальные усилители, применяют различные формы волн. Они могут быть треугольными, либо прямоугольными. Аудио и радио сигнал транслируемые по проводам, также относятся к переменному току. Этот тип напряжения несёт зашифрованные информационные данные (звуки или изображения). В отдельных случаях передача может осуществляться за счёт модуляции. Такой ток преимущественно чередуется с высокочастотными, что и отличает их от обычной передачи электроэнергии.

Отличие переменного от постоянного

Прежде всего постоянное напряжение должно генерироваться на подстанциях с относительно низким напряжением для предоставления потребителю (220В). Однако, при одновременном подключении нескольких приборов, суммарное значение возрастает. В этой ситуации, для передачи напряжения на большие расстояния, необходимо использовать толстый и дорогостоящий кабель. Только так можно получить возможность транспортировки тока на большие расстояния с минимальными потерями мощности.

В примере с переменным, генерируемое электричество способно преодолевать большое расстояние с наименьшими потерями. С 1980 г. появилась возможность выпрямления трёхфазного электрического тока и его обратное преобразование.

Основным отличием AC напряжения от DC тока заключается в том, что последний показывает сравнительную стабильность. Под этим подразумевается, что он не изменяет частоту направления движения.

Полезно! Наиболее распространённой частотой в мире признаётся 50 Гц.

Из-за того, что движение постоянного тока течёт равномернее, направление протекания электронов осуществляется строго в одном направлении. Причем источник в данной ситуации имеет, как положительный, так и отрицательный полюс. Таким образом, постоянный ток преимущественно используют в высоковольтных линиях (для транспортировки на значительные расстояния). После преобразования в переменный, он передаётся в наши розетки.

Интересно! Перед тем как напряжение достигло пункта назначения (потребителя), оно попадает в трансформатор. Здесь оно преобразуется из высокого в более низкое, с соответствующим пониженным значением частности, приемлемое в использовании для бытовых нужд, и передаётся в квартиру, дом.

Сравнительная таблица

Сравнительный график переменного тока и постоянного тока

Переменный ток Постоянный ток
Количество энергии, которое можно нести Безопасно переносить на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока оно не начнет терять энергию.
Причина направления потока электронов Вращающийся магнит вдоль провода. Устойчивый магнетизм вдоль провода.
частота Частота переменного тока составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны. Частота постоянного тока равна нулю.
направление Он меняет свое направление, пока течет по кругу. Он течет в одном направлении в цепи.
ток Это величина, изменяющаяся во времени Это ток постоянной величины.
Поток электронов Электроны продолжают переключать направления – вперед и назад. Электроны неуклонно движутся в одном направлении или «вперед».
Получен из Генератор переменного тока и сеть. Ячейка или батарея.
Пассивные параметры Сопротивление. Только сопротивление
Фактор силы Лежит между 0 и 1. это всегда 1.
Типы Синусоидальный, Трапециевидный, Треугольный, Квадратный. Чистый и пульсирующий.


Переменный и постоянный ток. Горизонтальная ось – это время, а вертикальная ось представляет напряжение.

Постоянный ток

Международный символ этого напряжения DC — Direct Current (постоянный ток), а условное обозначение на электросхемах «—» или «=». Величина и полярность этого вида напряжения являются неизменными, а сила тока изменяется только при изменениях нагрузки. Этот вид электрического тока производится аккумуляторами, батарейками и элементами солнечных электростанций.

От сети постоянного тока работают двигатели трамваев, троллейбусов и другого электротранспорта. Эти электродвигатели имеют лучшие тяговые характеристики, чем двигатели переменного тока.

Информация! От постоянного напряжения работает бОльшая часть электронных схем, но они получают питание от сети переменного тока через встроенный или внешний блок питания с выпрямителем.

Переменный ток

Международное обозначение этого напряжения AC — Alternating Current (переменный ток), а условное обозначение на электросхемах «~» или «≈».

Величина и полярность переменного тока в сети всё время меняется. Частота этих изменений составляет 50Гц в Европе и некоторых других странах и 60Гц в США. Большинство бытовых и промышленных электроприборов изготавливаются для питания переменным напряжением.

Практически вся электроэнергия, используемая в быту и промышленности, является переменной. Для передачи на большие расстояния его повышают при помощи трансформаторов, а в конечной точке линии понижают до необходимой величины. Это позволяет уменьшить стоимость ЛЭП и потери. Для того, чтобы исключить колебания напряжения, для особоважных приборов устанавливаются стабилизаторы.

При увеличении напряжения и неизменной передаваемой мощности сила тока и сечение проводов пропорционально уменьшается. Если напряжение не повышать, то для подачи электроэнергии к потребителю необходимо использовать кабеля большого сечения, а передача на большие расстояния окажется невозможной. Вот почему в розетке переменный ток.

В домашней розетке два контакта — фазный и нулевой. В некоторых случаях к ним добавляется заземляющий. Это однофазное напряжение является частью трёхфазной системы. Она включает в себя три одинаковых сети. Напряжение в этих сетях сдвинуто по фазе на 120° друг относительно друга.

Вначале эта система была шестипроводной. В таком виде её изобрёл Никола Тесла. Позже М. О. Доливо-Добровольский усовершенствовал эту схему и предложил передавать трёхфазное напряжение по трём или чётырём проводам (L1, L2, L3, N). Он также показал преимущества трёхфазной системы электроснабжения перед схемами с другим числом фаз.

Чем опасен АС ток для человека

Как уже упоминалось, особенность АС напряжения заключается в равномерном протекании частиц от одного полюса к другому. В сравнении с DC током он считается менее опасным так как в большинстве случаев оказывает на человеческий организм спазматическое воздействие. Спазм проходит сразу после снятия напряжения, что снижает вероятность критических результатов.

Однако отсутствие опасности для организма наблюдается только в случае малого значения постоянного тока. Чем больше его значение, тем возрастает вероятность критических последствий. Например, при контакте с напряжением, превышающем 500 В, ток может оказаться опаснее чем переменный. Однако в быту такие значения отсутствуют и используются в трансформаторах или подстанциях, доступ куда открыт только специально обученным людям.

Важно! Основное отличие воздействия высоковольтного тока на человека заключается в сильном отбрасывающем эффекте (в сравнении с переменным).

Что опаснее для человека

Для человеческого организма большую опасность представляет переменный АС. Под его воздействием происходит резкая фибрилляция сердечных желудочков. Но это не означает, что постоянный ток может считаться безопасным. Люди, попавшие под такое напряжение, получают тяжёлые травмы в результате отброса и механического удара.

Происхождение переменного и постоянного тока

Магнитное поле около провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода, потому что они отталкиваются отрицательной стороной магнита и притягиваются к положительной стороне. Так родился источник постоянного тока от батареи, в первую очередь благодаря работе Томаса Эдисона.

Генераторы переменного тока постепенно заменили аккумуляторную систему постоянного тока Edison, потому что переменный ток безопаснее переносить на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Вместо постоянного применения магнетизма вдоль проволоки ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит. Когда магнит был ориентирован в одном направлении, электроны текли к положительному, но когда ориентация магнита была перевернута, электроны также поворачивались.

Что показывает мультиметр при выборе различных режимов работы?

Они располагаются вокруг круглого переключателя, с помощью которого можно устанавливать необходимый режим. На переключателе место контакта обозначено точкой или рельефным треугольничком. Обозначения разделены на сектора. Практически все современные мультиметры имеют подобную разбивку и круглый переключатель.

Сектор OFF. Если установить переключатель в это положение – прибор выключен. Есть и модели, которые автоматически выключаются через некоторое время. Это очень удобно, потому что я например во время работы его забываю выключать, да и не удобно когда меряешь, потом паяешь все время выключать его. Батареи хватает надолго.

2 и 8 – два сектора с обозначением V, этим символом обозначается напряжение в вольтах. Если просто символ V – то измеряется постоянное напряжение, если V, измеряется переменное напряжение. Стоящие рядом цифры показывают диапазон измеряемого напряжения. Причем постоянное измеряется от 200m (милливольт) до 1000 вольт, а переменное от 100 до 750 вольт.

3 и 4 – два сектора для измерения постоянного тока. Красным выделен всего один диапазон для измерения тока до 10 ампер. Остальные диапазоны составляют: от 0 до 200, 2000 микроампер, от 0 до 20, 200 миллиампер. В обычной жизни десяти ампер вполне хватает, при измерении силы тока мультиметр включается в цепь путем подключения щупов в нужное гнездо, специально предназначенное для измерения силы тока. Как-то раз я впервые попробовал измерить силу тока в розетке своим первой простенькой моделью тестера. Пришлось менять щупы на новые — штатные выгорели.

5 (пятый) сектор. Значок похож на Wi-Fi. Установка переключателя в этом положении позволяет проводить звуковую прозвонку цепи например нагревательного элемента.

6 (шестой) сектор – установка переключателя в данное положение проверяет исправность диодов. Проверка диодов — очень востребованная тема среди автомобилистов. Можно самому проверить исправность например диодного моста автомобильного генератора:

7 – символ Ω. Здесь измеряется сопротивление 0 до 200, 2000 Ом, от 0 до 20, 200 или 2000 кОм. Так же очень востребованный режим. В любой электрической схеме больше всего элементов сопротивления. Бывает, что измерением сопротивления быстро находишь неисправность:

Можно ли провести свет под железной дорогой?

Здравствуйте уважаемые пикабушники. Есть у меня вопрос, по поводу дачного участка.

Купили участок в ДНТ. Участок находиться в железнодорожной развилке. Стал вопрос о проведении света на участок. Подключиться можно только по улице за железной дорогой (председатель дает точку подключения только там) Сами понимаете через железную дорогу провода не перекинешь. Но есть туннель под жд дорогой. Можно ли через него провести провода или это не законно? И как вообще быть?

Пара слов о «полярности» переменного напряжения

Комплексные числа полезны для анализа цепей переменного тока, поскольку они предоставляют удобный метод символьной записи сдвига фаз между параметрами переменного тока, такими как напряжение и ток.
Однако большинству людей нелегко понять эквивалентность абстрактных векторов и реальных параметров схемы. Ранее в данной главе мы видели, как источники переменного напряжения задаются значениями напряжения в комплексной форме (амплитуда и угол фазы), а также обозначением полярности.

Поскольку у переменного тока нет параметра «полярности», как у постоянного тока, эти обозначения полярности и их связь с углом фазы могут вводить в заблуждение. Данный раздел написан с целью, прояснить некоторые из этих вопросов.

Напряжение, по своей сути, – относительная величина. Когда мы измеряем напряжение, у нас есть выбор, как подключить вольтметр или другой измерительный прибор к источнику напряжения, поскольку есть две точки, между которыми существует разность потенциалов, и два измерительных щупа у прибора, которые необходимо подключить.

В цепях постоянного тока мы явно обозначаем полярность источников напряжения и падений напряжения, используя символы «+» и «-«, а также используем измерительные щупы с цветовой маркировкой (красный и черный). Если цифровой вольтметр показывает отрицательное постоянное напряжение, мы знаем, что его измерительные щупы подключены «обратно» напряжению (красный провод подключен к «-«, а черный провод – к «+»).

Полярность батарей обозначается специфичными для них символами: короткая линия батареи всегда является отрицательной (-) клеммой, а длинная линия – всегда положительной (+):

Рисунок 1 – Общепринятое обозначение полярности батареи

Хотя было бы математически правильно представить напряжение батареи в виде отрицательного значения с обозначением обратной полярности, но это было бы явно необычно:

Рисунок 2 – Совершенно нестандартное обозначение полярности

Интерпретация таких обозначений могла бы быть проще, если бы обозначения полярности «+» и «-» рассматривались как контрольные точки для измерительных щупов воль означал бы «красный», а «-» означал бы «черный». Вольтметр, подключенный к указанной выше батарее красным щупом к нижней клемме и черным щупом к верхней клемме, действительно будет указывать отрицательное напряжение (-6 вольт).

На самом деле, эта форма обозначения и интерпретации не так уж необычна, как вы могли подумать: она часто встречается в задачах анализа цепей постоянного тока, где знаки полярности «+» и «-» сначала рисуются согласно обоснованному предположению, а затем интерпретируются как правильные или «обратные» в соответствии с математическим знаком рассчитанного значения.

Однако в цепях переменного тока мы не имеем дело с «отрицательными» значениями напряжения. Вместо этого мы описываем, в какой степени одно напряжение совпадает или не совпадает с другим по фазе: т.е. по сдвигу по времени между двумя сигналами. Мы никогда не описываем переменное напряжение как отрицательное по знаку, потому что возможность полярной записи позволяет векторам указывать в противоположных направлениях.

Если одно переменное напряжение прямо противоположно другому переменному напряжению, мы просто говорим, что одно напряжение на 180° не совпадает по фазе с другим.

Тем не менее, напряжение между двумя точками является относительным, и у нас есть выбор, как подключить прибор для измерения напряжения между этими двумя точками. Математический знак показаний вольтметра постоянного напряжения имеет значение только в контексте подключений его измерительных щупов: к какой клемме подключен красный щуп, а к какой клемме подключен черный щуп.

Кроме того, угол фазы переменного напряжения имеет значение только в контексте знания, какая из этих двух точек считаются «опорной». Поэтому, чтобы дать заявленному углу фазы точку отсчета, на схемах часто указываются обозначения полярности «+» и «-» на клеммах переменного напряжения.

Важность маркировки полярности

В соответствии со схемой на рисунке 8 (выше) обозначения полярности (которые указывают на положение измерительного щупа вольтметра) указывают, что источники складываются друг с другом. Источники напряжения складываются друг с другом, чтобы сформировать общее напряжение, поэтому мы добавляем 24 вольта к -17 вольтам, чтобы получить 7 вольт: всё еще правильный ответ.

Если мы позволим маркировке полярности определять наше решение, складывать или вычитать значения напряжения (независимо от того, представляют ли эти маркировки полярности истинную полярность или только положение измерительного провода вольтметра), и включим математические знаки этих значений напряжений в наши расчеты, результат всегда будет правильным.

Опять же, маркировка полярности служит ориентиром для размещения математических знаков значений напряжений в правильном контексте.

То же самое верно и для переменного напряжения, за исключением того, что математический знак заменяется углом фазы. Чтобы связать друг с другом несколько переменных напряжений с разными углами фазы, нам нужна маркировка полярности, чтобы обеспечить систему отсчета для углов фаз этих напряжений.

Возьмем, к примеру, следующую схему:

Рисунок 9 – Угол фазы заменяет знак ±

Маркировка полярности показывает, что эти два источника напряжения складываются друг с другом, поэтому для определения общего напряжения на резисторе мы должны сложить значения напряжения 10 В 0° и 6 В ∠ 45° вместе, чтобы получить 14,861 В 16,59 °.

Однако было бы вполне приемлемо представить 6-вольтовый источник как 6 В 225°, с обратной маркировкой полярности, и при этом получить такое же общее напряжение:

Рисунок 10 – Переключение проводов вольтметра на источнике 6 В изменяет угол фазы на 180°

6 В 45° с минусом слева и плюсом справа – это точно то же самое, что 6 В ∠ 225 ° с плюсом слева и минусом справа: изменение маркировки полярности идеально дополняет добавление 180° к значению угла фазы:

Рисунок 11 – Изменение полярности добавляет 180° к углу фазы

Что такое АС и ДС?

АС, DC – это устоявшиеся термины, буквально означающие: переменный ток, постоянный ток (англ.: alternating current, direct current). … Иногда с аббревиатурой DC связывают постоянную составляющую сигнала, а с AC – переменную.

Почему переменный ток лучше чем постоянный?

Постоянный ток как раз имеет меньшие потери, чем переменный, потому что при его использовании потери мощности обуславливаются падением напряжения только на активном сопротивлении, а при переменном токе на активном и реактивном.

Что такое источник питания DC?

Импульсные источники питания постоянного тока DC/DC осуществляют преобразование нестабилизированного постоянного напряжения в гальванически изолированное стабилизированное постоянное напряжение.

Какой ток в сети переменный или постоянный?

Почти вся производимая электроэнергия является переменной, а постоянная, вырабатываемая генераторами постоянного тока и солнечными электростанциями перед поступлением в сеть преобразовывается в переменный ток, поэтому более, чем в 98% розеток переменный ток.

Как обозначается переменный и постоянный ток?

Постоянный ток: Обозначение (—) или DC (Direct Current = постоянный ток). Переменный ток: Обозначение (~) или AC (Alternating Current = переменный ток).

Какой ток в розетке 220 вольт?

Параметры домашней сети всегда известны: переменный ток, напряжение 220 вольт и частота 50 герц. Они подходят преимущественно для электродвигателей, холодильников и пылесосов, а также ламп накаливания и многих других приборов. Многие потребители работают при постоянном напряжении в 6-12 вольт.

Что такое переменный ток и чем он отличается от постоянного?

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Примечания



Источники

  • https://masterservisnsk.ru/shkola-elektrika/dc-eto-kakoj-tok.html
  • https://amperof.ru/teoriya/dc-tok-ponyatie-vidy.html
  • https://oxotnadzor.ru/chto-takoye-dc-tok-direct-current/
  • https://printeka.ru/prochee/dc-i-ac-napryazhenie-chto-eto.html
  • https://tutsvarka.ru/raznoe/kak-peremennyj-tok-ac-protiv-postoyannogo-toka-dc-chto-nuzhno-znat-2021-2
  • https://ectrl.ru/provodka/dc-tok.html
  • https://oxotnadzor.ru/postoyannyy-tok-peremennyy-tok-angliyskiy/
  • https://EcoSvet-Russia.ru/obuchenie/ac-dc-tok-rasshifrovka.html
  • https://kmd-mk.ru/dc-napryazhenie-chto-oznachaet/

Как обозначается переменный и постоянный ток?

Постоянный ток: Обозначение (—) или DC (Direct Current = постоянный ток). Переменный ток: Обозначение (~) или AC (Alternating Current = переменный ток).

Как обозначается переменный и постоянный ток на Мультиметре?

Аббревиатура “ACV”, либо, как в предыдущем случае, сокращение “V~” – обозначение на мультиметре, расшифровка – “v” – напряжение, знак “~” — переменное. Для электрика этот параметр является основной задачей, поскольку в розетках, выключателях и т. д.

Где используется переменный и постоянный ток?

Переменный и постоянный ток в электроустановках

Для трехфазной электрической сети характерен переменный ток. … Кроме того, постоянный ток используется для передачи по высоковольтным линиям больших мощностей электрической энергии.

Как обозначается ток на схеме?

Обозначения на схемах и в приборах

Графическое обозначение тока постоянной полярности на схемы наносится в виде знаков плюс (+) и минус (-). Источник электричества постоянной полярности имеет вид двух вертикальных чёрточек, одна из которых вдвое длиннее. Та, что короче, – это минус, длинная – плюс.

Как обозначается постоянный ток на электроприборах?

Постоянное напряжение или ток обозначаются аббревиатурой DC, что означает Direct current. На схемах и электроприборах принято также указывать постоянное напряжение простой ровной линией (—). Значок переменного напряжения записывается в виде несколько иной аббревиатуры ( – AC.

Какой ток в розетке 220 вольт?

Чаще всего, современные домашние розетки 220В рассчитаны на максимальный ток 10 или 16 Ампер. Некоторые производители заявляют, что их розетки выдерживают и 25 Ампер, но таких моделей крайне мало. Старые, советские розетки, которые еще встречаются в наших квартирах, вообще рассчитаны всего на 6 Ампер.

Как обозначается переменный ток на Мультиметре?

Обозначение переменного тока на любом мультиметре может быть изображено в виде символов АС (alternating current). Соответственно, АСА – сила переменного тока, ACV – напряжение переменного тока. Это ток, который изменяет направление движения огромное, но постоянное количество раз за 1 секунду.

Где используется ток?

Постоянный ток, достаточно широко применяется в электрических схемах и устройствах. К примеру, дома, большинство приборов, таких как модем или зарядное устройство для мобильного, работают на постоянном токе. Генератор автомобиля, вырабатывает и преобразует постоянный ток, для зарядки аккумулятора.

Где используется постоянное напряжение?

Постоянный ток, вырабатываемый химическими источниками тока (гальваническими элементами, аккумуляторами), применяется для автономного электропитания многочисленных электрических и электронных устройств: электрофонарей, игрушек, аккумуляторного электроинструмента, средств связи, и т. п.

Какой ток используется в работе бытовых приборов?

В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50 Гц, то есть меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Какой буквой обозначается ток?

Потенциал и напряжение (обозначаются буквой U или V) мерятся в вольтах; сила тока (обозначается буквой I) или просто ток — в амперах. В микроэлектронике обычно используются напряжения от долей вольт до десятков вольт и силы тока от долей миллиампер (мА) до сотен миллиампер.

Как обозначается источник переменного тока?

Обозначение переменного тока на схемах и на приборах осуществляется в буквенном изображении AC (Alternating Current) и графическим символом – отрезком синусоиды длиной в период. Число фаз может указываться цифрой или количеством волнистых линий, если это необходимо.

Какой буквой обозначается переменный ток в физике?

Обозначается буквой I. Действующим (эффективным) значением напряжения переменного тока называется напряжение такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Что такое AC на плате?

AC/DC Shield — это плата расширения, которая преобразовывает входящий переменный ток в постоянный для питания микроэлектроники и выступает в роли реле для потребителей нагрузки до 10 А.

Какой ток используется в быту?

В наши дома подается переменный ток напряжением 220 вольт. При непосредственном воздействии он представляет серьезную опасность для жизни и здоровья. А между тем, заметная часть бытовой электроники потребляет постоянный ток низкого напряжения.

Что означает АС и DC?

Постоянный ток (DC) все время движется в одном направлении, из-за чего его полярность всегда одинакова. Переменный ток (AC) половину времени движется в одном направлении и половину – в другом.

Чем отличается переменный ток от постоянного?

Обозначение переменного и постоянного тока Обозначения постоянного и переменного тока: AC и DC ток Электрическая энергия сопровождает нас на каждом шагу.

Как обозначаются различные токи

По своим специфическим качествам электрический ток разделяется на два основных типа:

  • Постоянный ток. Обозначается прямой линией (—). Кроме того, используются символы DC – Direct Current, которые переводятся как постоянный ток.
  • Переменный ток. Известен под собственным обозначением в виде змейки (~) и символов АС, означающих Alternating Current.

Отличительной особенностью постоянного тока является его направленность. Он протекает лишь в одном определенном направлении, условно принимаемое от положительного контакта «+» к отрицательному контакту «-». От этого свойства и происходит наименование этого тока DC, который присутствует в солнечных панелях, всех типах сухих батареек и аккумуляторах, предназначенных для питания маломощных потребителей.

В некоторых технологических процессах, таких как дуговая электросварка, электролиз алюминия или электрифицированный железнодорожный транспорт, необходим постоянный ток DC с высоким значением силы. Чтобы его создать, необходимо выпрямить переменный или воспользоваться любым из генераторов постоянного тока.

Переменный ток AC, в отличие от постоянного, способен к изменению своего направления и величины. Существует параметр, известный как мгновенное значение переменного тока, определяемое в конкретный момент времени. Частота, с которой изменяется направление тока, составляет 50 Гц, то есть данная перемена происходит 50 раз в течение одной секунды.

Переменный ток AC может быть однофазным или трехфазным. В первом случае необходимо только два провода: основной и дополнительный, он же обратный. Именно по основному проводнику протекает электрический ток, а обратный считается нулевым проводом.

Трехфазное переменное напряжение вырабатывается соответствующим генератором тока AC. В этом процессе участвуют три обмотки, каждая из которых является своеобразной однофазной электрической цепью. Между собой они сдвинуты по фазе под углом 120 градусов. Благодаря данной системе электроэнергией могут быть обеспечены сразу три сети, независимые друг от друга. Для этого понадобится уже порядка шести проводов – трех прямых и трех обратных.

При необходимости дополнительные провода возможно соединить между собой и получить в итоге общий проводник, называемый нулевым или нейтральным. В этом случае проводники переменного тока на схемах обозначаются символами L1, L2, L3, а нулевой провод – буквой N.

Что такое электричество

Появление электричества – это определенная совокупность явлений, которые обусловлены существованием электрических зарядов со знаком «+» и «-», их взаимодействием между собой и возможностью движения. За счет того, что совокупность зарядов может перемещаться по проводнику, обладать притягивающими и отталкивающими свойствами, было открыто явление магнетизма и электричества. Одним из первых это описал Фалес, а позже в 1600 году английский физик Уильям Гилберт. С течением времени знания об этом явлении только увеличивались и прогрессировали.

Виды тока и их графики относительно времени

С точки зрения физики, электричество – это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц по материалу проводникового типа под действием электрического поля. В качестве частиц выступают ионы, протоны, нейтроны и электроны.

Направленное движение частиц

Источники электрической энергии

Изначально источниками электричества были только лишь химические гальванические элементы одноразового действия. В дальнейшем появились многоразовые аккумуляторы. Примечательно, что полярность химических источников не в состоянии меняться сама по себе. С целью получения постоянного напряжения в промышленных масштабах применяются генераторы, а иногда и солнечные батареи.

Электронная техника, в свою очередь, питается от сети переменного напряжения, а для получения постоянного используются блоки питания. До требуемых показателей переменный ток понижают с помощью трансформаторов и впоследствии выпрямляют. При этом частоту пульсаций снижают сглаживающие фильтры, стабилизаторы и регуляторы напряжения.

В современном мире распространены импульсные блоки питания. В них частота пульсаций выходного электричества сглаживается интегрирующими элементами. Они концентрируют электрическую энергию и отдают ее в нагрузку. В итоге получается требуемое постоянное напряжение.

Электрическую энергию способны конденсировать также и электролитические конденсаторы. При разряде такого конденсатора во внешней цепи возникает переменный ток. Если же он разряжается через резистор, в этом случае возникает постепенно уменьшающийся (однонаправленный) переменный ток. При использовании индукционной катушки в цепи образуется двунаправленный переменный ток. Электролитические конденсаторы могут обладать огромной емкостью, достигающей сотен микрофарад. При разряде таких конденсаторов через большое сопротивление электричество уменьшается медленнее и во внешней цепи протекает уже постоянное напряжение.

Существуют также и комбинации конденсаторов и химических источников — ионисторы. Они обладают способностью накапливать и отдавать значительное количество электричества. Характерный пример — электромобили.

Основные типы и характеристики розеток

На самом деле основные характеристики — это не то, какой в розетке постоянный или переменный ток, главным является уровень защиты и контактная группа, то есть форма вилки (штепселя), а также допустимые силы токов. Давайте, перечислим, что мы должны учитывать, выбирая розетку:

  1. Место монтажа (скрытая установка, внешняя, внутри, снаружи на улице и т.д.).
  2. Собственно форма розетки и вилки, а также защита от детей.
  3. Параметры сети и нагрузки на линию там, где будет работать розетка.

Если Вы располагаете розетку скрытого монтажа в сухом помещении, но невысоко от пола, помните о том, что это риск попадания воды (при мытье полов и пр.). Поэтому такие розетки должны иметь повышенный уровень защиты.

Все эти свойства описывает маркировка, а понимание как её прочитать никогда не будет лишним. Но перед этим для справки приведём условное обозначение розеток и выключателей на чертежах и принципиальных схемах —

Давайте расшифруем, что написано на таких приборах на примере такой аббревиатуры.

По степени защиты розетки отличаются IP-кодом

. За IP следуют две цифры. Первая (от 0 до 6) это защита устройства от проникновения внутрь. Пыль, пальцы, предметы и пр. Вторая (от 0 до защита от воды. То есть розетка с маркировкой IP68 защищена от всех воздействий, а IP00 — это фактически голый неизолированный контакт.

По типу , розетки маркируются латинскими буквами. Внешний вид можно посмотреть на этом изображении —

В России применяются типы С, без заземления и F с заземлением

. Некоторые типы приборов снабжены вилкой другого типа и могут быть использованы в наших сетях при помощи адаптера. Обратим особое внимание на диаметр штекера в вилке. Советские вилки не пролезут в евророзетку, поскольку штыри на вилке толще. Как правило, маркировка диаметра уже давно не наносится на розетках, просто стоит помнить, что это 4 мм, а советский штекер имеет диаметр 4,8 мм.

Обозначение постоянного и переменного тока.

Про группу AC/DC многие слышали, и это как раз то самое — постоянный переменный ток. Красивое название. Обозначение постоянного тока встречает реже и стоит понимать, что означают символы:

(—) или DC

(Direct Current в переводе постоянный ток). Это значит, что не стоит пытаться включить в такую розетку обычный прибор, требующий переменного тока. На схемах обозначаю стрелкой направления и символами «+» и «-», как полярность. Простейший пример — обычная батарейка.

Переменный ток

будет обозначен таким образом: (~) или AC (Alternating Current, то есть переменный ток). Если обдумать, то обозначение постоянного и переменного тока в названии содержат важную информацию — ток постоянного направления, и ток, направление которого изменяется. Это хорошо иллюстрирует эта картинка.

Кроме этой информации на розетке можно обнаружить маркировку в герцах — допустимая частота тока. Это как раз значение, которое говорит сколько раз в секунду «направление» тока меняется. Стандарт это 50 Гц.

А теперь мы подошли к самой важной характеристике, о чем поговорим отдельно, поскольку это более важный вопрос, чем какой ток в розетке постоянный или переменный.

Обозначения токов в измерительных приборах

Общепринятое обозначение постоянного и переменного тока нашло свое отражение в различных измерительных приборах, в том числе и на мультиметре. Вся необходимая символика наносится на лицевую панель того или иного устройства. Это позволяет измерить именно тот параметр, который необходим в данный момент.

Например, если на шкале выставлено положение АС, в этом случае можно проводить измерение значения переменного тока. Как правило, такие приборы предназначены для работы в электросетях с обычными напряжениями 220 или 380 вольт. Существуют модели с рабочими режимами в пределах 600 В и выше.

Если же мультиметр выставлен напротив отметки DC, то рабочий режим аппарата станет соответствовать постоянному току. В этом положении замеряется ток на аккумуляторах, батарейках и других источниках питания, вырабатывающих постоянный ток. В данном режиме требуется непременно соблюдать полярность полюсов. Диапазон измерений обычно составляет от нуля до нескольких тысяч вольт, в зависимости от характеристик конкретной модификации устройства.

Как обозначается постоянное и переменное напряжение

Постоянное напряжение или ток обозначаются аббревиатурой DC, что означает Direct current. На схемах и электроприборах принято также указывать постоянное напряжение простой ровной линией (—).

Значок переменного напряжения записывается в виде несколько иной аббревиатуры ( – AC. Если расшифровать, то получится «Alternating current». На клеммах электроприборов и распределительных щитков, а также на схемах она может изображаться как волнистая линия (~).

Важно! Если в сеть рассчитана для пропуска и того, и другого видов электроэнергии, она маркируется как «AC/DC» и обозначается на схеме двойной линией (верхняя линия прямая и сплошная, а нижняя прямая и пунктирная).

Альтернативное обозначение видов тока и напряжения на схемах

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Автоматические выключатели постоянного тока: что это такое и где они применяются?

Многие знают из школьного курса физики, что ток бывает переменным и постоянным. Если о применении переменного тока мы еще что-то можем с уверенностью сказать (все бытовые электроприемники питаются от переменного тока), то о постоянном мы не знаем практически ничего. Но раз существуют сети постоянного тока, значит есть и потребители, и соотвественно защита таким сетям тоже нужна. Где встречаются потребители постоянного тока и в чем отличие аппаратов защиты для этого рода тока мы рассмотрим в этой статье.

Ни один из типов электрического тока не «лучше», чем другой — каждый подходит для решения определенных задач: переменный ток идеален для генерации, передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния, в то время как постоянный ток находит свое применение на специальных промышленных объектах, установках солнечной энергии, центрах обработки данных, электрических подстанциях и пр.

Шкаф распределения постоянного оперативного тока электрической подстанции

Понимание отличий переменного и постоянного тока дает четкое представление о задачах, с которыми сталкиваются автоматические выключатели постоянного тока. Переменный ток промышленной частоты (50 Гц) меняет свое направление в электрической цепи 50 раз в секунду и столько же раз «переходит» через нулевое значение. Этот «переход» значения тока через ноль способствует скорейшему гашению электрической дуги. В цепях постоянного тока значение напряжения постоянно — также как и направление тока постоянно во времени. Этот факт существенно затрудняет гашение дуги постоянного тока, и потому требует специальных конструкторских решений.

Совмещенные графики нормального и переходного режимов при отключении: а) переменного тока; б) постоянного тока

Одно из таких решений — использование постоянного магнита (3). Движение дуги в магнитном поле является одним из способов гашения в аппаратах до 1 кВ и находит применение в модульных автоматических выключателях. На электрическую дугу, которая по своей сути является проводником, воздействует магнитное поле, и та затягивается в дугогасительную камеру, где окончательно затухает.

1 — подвижный контакт 2 — неподвижный контакт 3 — серебросодержащая контактная напайка 4 — магнит 5 — дугогасительная камера 6 — скоба

Полярность надо соблюдать

Еще одним и, пожалуй, ключевым отличием между автоматическими выключателями переменного и постоянного тока, является у последних наличие полярности.

Схемы подключения однополюсного и двухполюсного автоматического выключателя постоянного тока

Если вы защищаете однофазную сеть переменного тока при помощи двухполюсного автоматического выключателя (с двумя защищенными полюсами), то нет разницы в какой из полюсов подключать фазный или нулевой проводник. При подключении же в сеть постоянного тока автоматических выключателей необходимо соблюдать правильную полярность. При подключении однополюсного выключателя постоянного тока питающее напряжение подается на клемму «1», а при подключении двухполюсного — на клеммы «1» и «4».

Почему это так важно? Смотрите видео. Автор ролика проводит несколько тестов с 10-ти амперным выключателем:

  1. Включение выключателя в сеть с соблюдением полярности — ничего не происходит.
  2. Выключатель установлен в сеть обратной полярностью; параметры сети U=376 В, I=7,5 А. Как итог: сильное дымовыделение с последующим воспламенением выключателя.
  3. Выключатель установлен с соблюдением полярности, а ток в цепи составляет 40 А, что в 4 раза превышает его номинал. Тепловая защита, как это и должно быть, разомкнула защищаемую цепь через несколько секунд.
  4. Последний и самый жесткий тест проводился с таким же 4-х кратным превышением по току и обратнойполярностью. Результат не заставил себя долго ждать — мгновенное воспламенение.

Этот ролик наглядно демонстрирует то, почему необходимо соблюдать полярность при подключении автоматических выключателей постоянного тока. Подключение с обратной полярностью, и с током цепи, не превышающим номинал автоматического выключателя, выводит его из строя. Во избежание повторения подобных «печальных опытов» производители маркируют клеммы выключателей «+» и «-», а также дают схемы подключения в руководствах по эксплуатации.

Таким образом, автоматические выключатели постоянного тока — это устройства защиты, применяемые для объектов альтернативной энергетики, систем автоматизации и управления промышленных процессов и пр. Специальные исполнения защитных характеристик Z, L, K позволяют защищать высокотехнологичное оборудование промышленных предприятий.

Для их электроустановки всегда рекомендуется пользоваться услугами квалифицированных инженеров и техников, чтобы убедиться, что соответствующие автоматические выключатели постоянного тока будут выбраны и установлены правильно.

Области применения DC напряжения

Постоянный ток, обозначение которого наносится на устройства, получают не только с помощью гальванических элементов. Преобразователи переменного электричества в постоянное имеют в своём составе выпрямительные устройства. Использование выпрямителей расширило область применения DC напряжения. Оно применяется в следующих сферах:

  • на линиях постоянного напряжения (ЛЭП) в электросетях;
  • при организации мини,- и микросетей для электропитания локальных потребителей постоянным током;
  • на транспорте;
  • в устройствах управления электроприводами;
  • в бытовой технике и электронике.

Цепи и устройства, работающие на постоянном напряжении, не только востребованы, но и подвергаются усовершенствованию и широкому повсеместному внедрению.

Расшифровка обозначения мощности AC на схеме и корпусах

Из таблички на картинке ниже видно, как обозначается Р переменного тока. Она указывается в киловаттах (кВт). Такие же обозначения присутствуют и на электрических схемах. Это номинальная мощность оборудования, при которой оно работает в штатном режиме, и её КПД соответствует заявленному.

Характеристики электродвигателя на шильдике машины

Что такое мощность и плотность тока?

Ну вот, мы выяснили, что такое ток постоянный, а что такое переменный. Но у вас наверняка осталось еще масса вопросов. Их-то мы и постараемся рассмотреть в этом разделе нашей статьи.

Из этого видео Вы подробнее сможете узнать о том, что же такое мощность.

  • И первым из этих вопросов будет: что такое напряжение электрического тока? Напряжением называется разность потенциалов между двумя точками.

Что является электрическим напряжением

  • Сразу возникает вопрос, а что такое потенциал? Сейчас меня вновь будут хаять профессионалы, но скажем так: это избыток заряженных частиц. То есть, имеется одна точка, в которой избыток заряженных частиц — и есть вторая точка, где этих заряженных частиц или больше, или меньше. Вот эта разница и называется напряжением. Измеряется она в вольтах (В).

Напряжение в розетке

  • В качестве примера возьмем обычную розетку. Все вы наверняка знаете, что ее напряжение составляет 220В. В розетке у нас имеется два провода, и напряжение в 220В обозначает, что потенциал одного провода больше чем потенциал второго провода как раз на эти 220В.
  • Понимание понятия напряжения нам необходимо для того, чтоб понять, что такое мощность электрического тока. Хотя с профессиональной точки зрения, это высказывание не совсем верное. Электрический ток не обладает мощностью, но является ее производной.

Плотность электрического тока в проводнике

  • Дабы понять этот момент, давайте вновь вернемся к нашей аналогии с водяной трубой. Как вы помните сечение этой трубы — это напряжение, а скорость потока в трубе — это ток. Так вот: мощность — это то количество воды, которое протекает через эту трубу.
  • Логично предположить, что при равных сечениях, то есть напряжениях — чем сильнее поток, то есть электрический ток, тем больший поток воды переместиться через трубу. Соответственно, тем большая мощность передастся потребителю.
  • Но если в аналогии с водой мы через трубу определенного сечения можем передать строго определенное количество воды, так как вода не сжимается, то с электрическим током все не так. Через любой проводник мы теоретически можем передать любой ток. Но практически, проводник небольшого сечения при высокой плотности тока просто перегорит.

Формула плотности тока

  • В связи с этим, нам необходимо разобраться с тем, что такое плотность тока. Грубо говоря — это то количество электронов, которое перемещается через определенное сечение проводника за единицу времени.
  • Это число должно быть оптимальным. Ведь если мы возьмем проводник большого сечения, и будем передавать через него небольшой ток, то цена такой электроустановки будет велика. В то же время, если мы возьмем проводник небольшого сечения, то из-за высокой плотности тока он будет перегреваться и быстро перегорит.
  • В связи с этим, в ПУЭ есть соответствующий раздел, который позволяет выбрать проводники исходя из экономической плотности тока.

Таблица выбора проводников по экономической плотности тока

  • Но вернемся к понятию, что такое мощность тока? Как мы поняли по нашей аналогии, при одинаковом сечении трубы передаваемая мощность зависит только от силы тока. Но если сечение нашей трубы увеличить, то есть увеличить напряжение, в этом случае, при одинаковых значениях скорости потока, будут передаваться совершенно разные объемы воды. То же самое и в электрике.

Передача мощностей через лини разных напряжений и видов электрического тока

  • Чем выше напряжение, тем меньший ток необходим для передачи одинаковой мощности. Именно поэтому, для передачи на большие расстояния больших мощностей используют высоковольтные линии электропередач.

Ведь линия сечением провода в 120 мм2 на напряжение в 330кВ, способна передать в разы большую мощность в сравнении с линией такого же сечения, но напряжением в 35кВ. Хотя то, что называется силой тока, в них будет одинаковой.

Постоянный ток — общие понятия, определение, единица измерения, обозначение, параметры. Параметры постоянного электрического тока

Что такое dc ток

Специфическое название создано из английского словосочетания «Direct Current» (dc – аббревиатура). Это обозначение в буквальном переводе подтверждает главную особенность такого тока – постоянное направление.

Для практического применения подходит постоянное питание либо синусоидальный сигнал. В этих ситуациях несложно стабилизировать параметры источника и рассчитать корректно электрическую схему, силовой агрегат или другое подключаемое оборудование. Периодически повторяющиеся помехи (пульсации) устраняют фильтрацией. Гораздо сложнее обеспечить длительный рабочий процесс, когда ток и напряжение изменяются произвольным образом.

Определение постоянного тока

Созданием разницы потенциалов на концах металлического проводника обеспечивают перемещение свободных электронов. Аналогичные процессы с иными носителями зарядов (ионами, дырками) происходят в газах, электролитах и полупроводниках. Необходимая для процесса энергия вырабатывается химическим способом в аккумуляторах и гальванических элементах. Ее создают преобразованием механической силы в электромагнитное поле с применением генератора. Вне зависимости от природы источника, ток в цепи будет стабильным, если поддерживать определенное dc напряжение.

Причины непостоянства

Экономичный переносной аппарат для измерения артериального давления выполняет свои функции на протяжении нескольких лет без установки новых батареек. Мощность потребления светодиодного освещения зала значительно больше. Такие устройства подключают к стандартной сети 220V через адаптер, который выравнивает напряжение и уменьшает амплитуду до необходимого уровня. Однако даже качественные преобразователи выполняют свои функции с допустимыми погрешностями. Постепенно уменьшается энергетический потенциал электрохимического источника. Отмеченные факторы объясняют действительное непостоянство измеряемых параметров в контрольной цепи.

По классическому определению, DC подразумевает неизменное направление движения заряженных частиц. Это значит, что показанный результат трансформации (б) с полуволнами одной полярности также соответствует заданному условию.

Важно! Постоянный ток – это частный случай однонаправленного тока, когда дополнительно обеспечивается стабилизация параметра с определенной точностью.

Основные характеристики тока

Принято обозначать рассматриваемый параметр через силу. Однако следует понимать, что в действительности речь идет об интенсивности перемещения заряженных частиц в определенном проводящем материале. Величина тока выражается в амперах. Для расчетов применяют формулы, которые могут означать взаимные связи основных электрических параметров и сопротивления цепи.

Направление постоянного тока и обозначения на электроприборах и схемах

Чтобы упростить расчеты и создание электрических схем, принимают направленность этого параметра по направлению к точке с меньшим потенциалом (от плюса к минусу). В действительности частицы перемещаются именно таким образом только при положительном заряде. В металле направление потока электронов обратное, однако для исключения путаницы применяют обозначенный базовый принцип.

Изоляция положительных выводов (щупов, кабелей) обозначается красным цветом, отрицательных – черным или синим. Если в сопроводительном тексте указано dc напряжение, это значит, что и ток в соответствующей цепи будет постоянный. На чертежах и корпусах изделий применяют условные обозначения в виде параллельных линий (сплошной и прерывистой).

Для измерения постоянного тока переключатель мультиметра нужно перевести в соответствующее положение

К сведению. Анод (катод) – это выводы электронной лампы или другой детали, которые подключают к положительному (отрицательному) электроду аккумуляторной батареи.

Также можно встретить обозначение a c что это такое, подробно описано в заключительном разделе статьи. Прямая расшифровка сокращения от «alternating current» не всегда корректна. Однако в узком смысле подразумевают синусоиду с переменной полярностью, которая обозначается латинскими буквами «AC», характерным одиночным волнистым символом либо стандартным математическим знаком примерного равенства «≈».

Величина постоянного тока

Определение «сила» не является корректным. Тем не менее, его применяют с учетом общепринятых норм. Вернувшись к сути явления, можно определить силу тока (I) по количеству перемещенных за определенный временной интервал (t) зарядов:

I = Q/t.

По международным стандартам СИ подразумеваются единичные величины: ампер, кулон и секунда. Для работы с большими токами удобнее пользоваться производной (ампер-часом) с повышающим множителем 3 600.

К сведению. Измерения выполняются с помощью универсального мультиметра или специализированного амперметра. Прибор включают непосредственно в цепь либо используют вспомогательный шунт.

Взаимосвязь параметров электрического тока

Элементарная электроцепь постоянного тока включает в себя источник электроэнергии, отрицательный и положительный контакты которого связаны шунтом или проводником. Движение заряда по проводнику осуществляется под воздействием электрического поля. Однако, этот перенос электронов не приводит к уравниванию потенциалов, т.к. в любой отрезок времени, к первому концу цепи поступает абсолютно такое же количество заряженных частиц какое из него переместилось к противоположному контакту. Таким образом разность потенциалов, которую принято называть напряжением, остается неизменяемой величиной.

Перемещению электрических зарядов в цепи, препятствует внутреннее сопротивление материала проводника. Взаимосвязь параметров электротока была выведена опытным путем Г. Омом. В математическом виде закон Ома можно представить так: I=U/R, где собственно I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов) и R – сопротивление на соответствующем участке цепи.

Собственно, из уравнения видно, что напряжение имеет прямую зависимость от силы тока и сопротивления (U=I х R), а величина силы тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Последовательное соединение элементов электрической сети постоянного тока

Параметры электроцепи постоянного тока, в случае последовательного соединения устройств, имеют некоторые особенности. Так, например, сила тока (I) остается постоянной на всех элементах электрической схемы, а вот напряжение (U) является суммой напряжений на каждом участке схемы. Рассмотрим пример электрической цепи с последовательно включенными тремя проводниками с сопротивлением R1, R2 и R3. Согласно закону Ома, напряжение U1 = IxR1, U2 = IxR2, U3 = IxR3. Следовательно, U общ = U1+U2+U3= IxR1+ IxR2= IxR3 = I (R1+R2+R3).

Из уравнения видно, что такой параметр электрической цепи как общее сопротивление (R общ), при последовательном соединении, будет равен сопротивлению каждого отдельно взятого проводника. Последовательное подключение электрических устройств позволяет снизить нагрузку на отдельный элемент, что продлевает срок службы, но при этом теряется мощность.

Параметры электрической цепи. Параллельное соединение элементов

Параллельная цепь характеризуются общими контактами в местах ввода и вывода основного провода. В данной ситуации напряжение на всех элементах цепи остается одинаковым, т.е. U1=U2=U3. А вот для силы тока, будет характерна обратная зависимость от сопротивления каждого участка, т.е. I х=U/Rx. Параллельное соединение электроприборов является наиболее распространенным способом в бытовых условиях.

Параметры цепи при смешанном соединении в электрической цепи

Смешанное подключение проводников представляет собой электрическую цепь, в которой элементы включены комбинировано, т.е. как последовательно, так и параллельно друг другу. Для определения конкретных параметров, в этом случае, вся схема разбивается на самостоятельные участки в соответствии со способом подключения. Индивидуальные параметры рассчитываются для каждого участка отдельно. Необходимо отметить, что параллельно включенные участки, могут состоять из ряда последовательно соединенных элементов.

Понятие мощности электрического тока и ее параметры

Прохождение электротока по цепи, по своей сути, представляет собой работу (А) по перемещению свободного заряда от одного потенциала к другому. Чем больше электронов пересекает плоскость сечения электропроводящего элемента за единицу времени, тем выше мощность электрического тока. Общее количество работы можно определить по формуле – А=U∆q=IU∆t=I2R∆t.

Мощность электротока имеет обратно пропорциональную зависимость от отрезка времени за который была осуществлена работа – Р=A/∆t и прямо зависит от разности потенциалов и силы тока – Р=UxI. В том случае, если на участке цепи не осуществляется механическая работа под воздействием электрического тока, энергия тратится только на нагрев токопроводящего элемента. Общее количество выделяемого тепла, в этом варианте, будет равно работе, которую совершает электрической ток. Определить количество теплоты можно применив формулу Q=I2R∆t. Это соответствие было получено опытным путем Джоулем и Ленцем, а закон назван их именем.

Что такое электричество

Появление электричества – это определенная совокупность явлений, которые обусловлены существованием электрических зарядов со знаком «+» и «-», их взаимодействием между собой и возможностью движения. За счет того, что совокупность зарядов может перемещаться по проводнику, обладать притягивающими и отталкивающими свойствами, было открыто явление магнетизма и электричества. Одним из первых это описал Фалес, а позже в 1600 году английский физик Уильям Гилберт. С течением времени знания об этом явлении только увеличивались и прогрессировали.


Виды тока и их графики относительно времени

С точки зрения физики, электричество – это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц по материалу проводникового типа под действием электрического поля. В качестве частиц выступают ионы, протоны, нейтроны и электроны.


Направленное движение частиц

Какое отличие между переменным и постоянным током

Ток – это движение заряженных электронов в определенном направлении. Это перемещение необходимо для того, чтобы бытовые и профессиональные электроприборы могли работать с установленной номинальной мощностью. В домашней розетке ток появляется из электростанции, где кинетическая энергия электронов преобразуется в электрическую.

Электроток постоянного характера – электричество, получаемое из аккумулятора телефона или батарейки. Он называется так, потому что направление движения электронов в нем не меняется. На таком принципе основана работа зарядных устройств: они конвертируют переменное электричество сети в постоянное и в таком виде оно накапливается в аккумуляторных батареях.

Переменный ток – электричество в любой домашней электросети. Он называется так из-за того, что направление движения электронов постоянно меняется. Количество изменений направления задается частотой, которая для домашних сетей в СНГ равно 50 Гц. Это значит, что за одну секунду электроток меняет направление движения целых 50 раз. Напряжение же в сети – это максимальный «напор», который заставляет двигаться электроны.

Как обозначается постоянное и переменное напряжение

Постоянное напряжение или ток обозначаются аббревиатурой DC, что означает Direct current. На схемах и электроприборах принято также указывать постоянное напряжение простой ровной линией (—).

Значок переменного напряжения записывается в виде несколько иной аббревиатуры ( – AC. Если расшифровать, то получится «Alternating current». На клеммах электроприборов и распределительных щитков, а также на схемах она может изображаться как волнистая линия (~).

Важно! Если в сеть рассчитана для пропуска и того, и другого видов электроэнергии, она маркируется как «AC/DC» и обозначается на схеме двойной линией (верхняя линия прямая и сплошная, а нижняя прямая и пунктирная).


Альтернативное обозначение видов тока и напряжения на схемах

Какой значок напряжения

Напряжение означает поток электрических заряженных частиц по проводнику определенного сечения и  обычно обозначается как «U». Если напряжение в сети постоянное, то около латинской буквы ставится символ прямой линии или двух линий (верхняя сплошная прямая, а нижняя пунктирная). Для мультиметров и прочих приборов, связанных с измерением напряжения, используют латинскую букву «V», которая обозначает единицу измерения напряжения – Вольт (Volt). Значение линий при этом сохраняется.

Вам это будет интересно  Переход с 380 на 220 вольт

Важно! Многие обыватели полагают, что напряжение обозначается как «E», но это не так. «Е» — это электродинамическая сила (ЭДС) источника питания проводника.


Обозначение вида тока на мультиметре

Таким образом, маркировка проводов, клемм электроприборов и схем имеет совершенно четкий и понятный характер. Она указывает на силу тока и напряжение, с которыми работает та или иная сеть или прибор. Каждый взрослый человек может научиться читать электротехнические схемы буквально за несколько дней, так как для этого достаточно лишь изучить основные маркировки, а также обозначения постоянного и переменного напряжения.

Как обозначаются различные токи

По своим специфическим качествам электрический ток разделяется на два основных типа:

  • Постоянный ток. Обозначается прямой линией (—). Кроме того, используются символы DC – Direct Current, которые переводятся как постоянный ток.
  • Переменный ток. Известен под собственным обозначением в виде змейки (~) и символов АС, означающих Alternating Current.

Отличительной особенностью постоянного тока является его направленность. Он протекает лишь в одном определенном направлении, условно принимаемое от положительного контакта «+» к отрицательному контакту «-». От этого свойства и происходит наименование этого тока DC, который присутствует в солнечных панелях, всех типах сухих батареек и аккумуляторах, предназначенных для питания маломощных потребителей.


В некоторых технологических процессах, таких как дуговая электросварка, электролиз алюминия или электрифицированный железнодорожный транспорт, необходим постоянный ток DC с высоким значением силы. Чтобы его создать, необходимо выпрямить переменный или воспользоваться любым из генераторов постоянного тока.

Переменный ток AC, в отличие от постоянного, способен к изменению своего направления и величины. Существует параметр, известный как мгновенное значение переменного тока, определяемое в конкретный момент времени. Частота, с которой изменяется направление тока, составляет 50 Гц, то есть данная перемена происходит 50 раз в течение одной секунды.

Переменный ток AC может быть однофазным или трехфазным. В первом случае необходимо только два провода: основной и дополнительный, он же обратный. Именно по основному проводнику протекает электрический ток, а обратный считается нулевым проводом.

Читайте также:Что такое фидер

Трехфазное переменное напряжение вырабатывается соответствующим генератором тока AC. В этом процессе участвуют три обмотки, каждая из которых является своеобразной однофазной электрической цепью. Между собой они сдвинуты по фазе под углом 120 градусов. Благодаря данной системе электроэнергией могут быть обеспечены сразу три сети, независимые друг от друга. Для этого понадобится уже порядка шести проводов – трех прямых и трех обратных.

При необходимости дополнительные провода возможно соединить между собой и получить в итоге общий проводник, называемый нулевым или нейтральным. В этом случае проводники переменного тока на схемах обозначаются символами L1, L2, L3, а нулевой провод – буквой N.

Обозначения токов в измерительных приборах

Общепринятое обозначение постоянного и переменного тока нашло свое отражение в различных измерительных приборах, в том числе и на мультиметре. Вся необходимая символика наносится на лицевую панель того или иного устройства. Это позволяет измерить именно тот параметр, который необходим в данный момент.

Например, если на шкале выставлено положение АС, в этом случае можно проводить измерение значения переменного тока. Как правило, такие приборы предназначены для работы в электросетях с обычными напряжениями 220 или 380 вольт. Существуют модели с рабочими режимами в пределах 600 В и выше.

Если же мультиметр выставлен напротив отметки DC, то рабочий режим аппарата станет соответствовать постоянному току. В этом положении замеряется ток на аккумуляторах, батарейках и других источниках питания, вырабатывающих постоянный ток. В данном режиме требуется непременно соблюдать полярность полюсов. Диапазон измерений обычно составляет от нуля до нескольких тысяч вольт, в зависимости от характеристик конкретной модификации устройства.

Обозначение на схемах радиодеталей

Буквенные обозначения элементов на электрических схемах

Обозначения на электрических схемах выключателей, розеток и лампочек

Маркировка диодов и схема обозначений

Обозначение трансформатора на схеме

Какой ток в розетке постоянный или переменный? Обозначение постоянного и переменного тока

Несмотря на внешнюю странность, вопрос далеко не праздный, хотя мы и привыкли больше к тому, что в типовых розетках наших домов переменный ток .

Именно поэтому на вопрос, какой ток в розетке постоянный или переменный не задумываясь, ответим – конечно, переменный! Ну а мы решили разобраться так ли это и заодно в стандартах розеток, обозначениях постоянного и переменного тока, и некоторых попутных вопросах.

Аббревиатуры AC и DC – что они означают?

Напряжение с точки зрения гидравлики

Все вы видели и представляете, как выглядит водонапорная башня или просто водобашня. Грубо говоря, это большой высокий “бокал”, заполненный водой.


водоносная башня

Так вот, представим себе, что башня доверху наполнена водой. Получается, в данный момент на дне башни ого-го какое давление!


водобашня, заполненная водой

А что, если слить из башни воду хотя бы наполовину? Давление на дно башни уменьшится вдвое. А давайте-ка нальем в пустую башню одно ведро воды! Давление на дно башни будет мизерное.

Представьте такую ситуацию. У нас есть водонос, а шланг мы закупорили пробкой.

Вода вроде бы готова бежать, но бежать то некуда! Пробка туго закупоривает шланг. Но на саму пробку сейчас оказывается давление, которое создает насосная станция. От чего зависит давление на пробку? Думаю понятно, что от мощности насоса. Если мощность насоса будет большая, то пробка вылетит со скоростью пули, или давление порвет шланг, если пробка туго сидит в шланге. В данном случае давление создается с помощью насоса. То есть можно сказать, что это модель башни с водой в горизонтальном положении.

Все то же самое можно сказать и про водобашню. Здесь давление на дно создается уже гравитационной силой. Как я уже говорил,  давление на дне башни зависит от того, сколько воды в башне в данный момент. Если башня наполнена водой под завязку, то и давление на дне башни будет большое, и наоборот.

А теперь представьте себе какое давление на дне океана, особенно в Марианской впадине! Что можно сказать про давление в этих двух случаях? Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте и никуда не двигаются. Запомните этот момент. Давление есть, а движухи – нет.

Формула напряжения

В физике есть формула, хотя практического применения она не имеет. Официальная формула записывается так.


формула напряжения

где

A – это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули

q – заряд, Кулон

U – напряжение на участке электрической цепи, Вольты

На практике напряжение на участке цепи выводится через закон Ома.


напряжение из закона Ома

где

I – сила тока, Амперы

R – сопротивление, Омы

Осциллограммы постоянного и переменного напряжения

Давайте рассмотрим, как выглядит переменное и постоянное напряжение на экране осциллографа. Как вы знаете, осциллограф показывает изменение напряжения во времени. Если на щуп осциллографа не подавать никакое напряжение, то на осциллограмме мы увидим простую прямую линию на нулевом уровне по оси Y. Ось Y – это значение напряжения, а ось Х – это время.


осциллограмма нулевого напряжения

Давайте подадим постоянное напряжение. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения  – это также прямая линия, параллельная оси времени. Это говорит нам о том, что с течением времени значение постоянного напряжение не меняется, о чем нам лишний раз доказывает осциллограмма.


осциллограмма постоянного напряжения

А вот так выглядит осциллограмма переменного напряжения. Как вы видите, напряжение со временем меняет свое значение. То оно больше нуля, то оно меньше нуля.


осциллограмма переменного напряжения

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.


Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.


Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

  1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
  2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
  3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Преобразователь постоянного тока в переменный


Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.

Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.

 

[spoiler title=”Источники”]

  • https://amperof.ru/teoriya/dc-tok-ponyatie-vidy.html
  • https://vse-elektrichestvo.ru/elektroprovodka/parametry-postoyannogo-elektricheskogo-toka.html
  • https://rusenergetics.ru/polezno-znat/oboznachenie-postoyannogo-i-peremennogo-toka
  • https://electric-220.ru/news/oboznachenie_postojannogo_i_peremennogo_toka/2018-03-21-1475
  • https://orenburgelectro.ru/drugoe/oboznachenie-peremennogo-i-postoyannogo-toka-sovety-elektrika.html
  • https://www.RusElectronic.com/naprjazhjenije/
  • https://Zaochnik.ru/blog/peremennyj-i-postoyannyj-tok-v-chem-raznica-istoriya-razvitiya-primenenie/
  • http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/postojannyj-peremennyj-tok.html

[/spoiler]

Предыдущая

ТеорияЧто такое плотность тока?

Следующая

ТеорияЧто такое элемент Пельтье и как его сделать своими руками?

Как обозначается переменный и постоянный ток — советы электрика

Как пользоваться мультиметром

ПодробностиКатегория: НачинающимОпубликовано 13.09.

2016 08:48Автор: AdminПросмотров: 1443

Мультиметр – миниатюрный прибор, предназначенный для проведения измерений различных электротехнических параметров, а так же для проверки полупроводниковых приборов и электронных компонентов.

Грубо говоря, мультиметр такое же средство измерения как линейка или, например весы, только измеряет он не сантиметры и граммы, а Омы, Вольты и Амперы. Кстати, о том, что измерять он может несколько величин, свидетельствует приставка «мульти».

Внешний вид прибора показан на фотографии. Как видно, на его передней панели установлен большой переключатель. С его помощью осуществляется выбор параметра, а так же предел измерения. Кроме того, мультиметр имеет жидкокристаллический дисплей, на котором высвечивается результат измерений. О том, как пользоваться мультиметром пойдет речь в этой статье.

Справедливости ради стоит отметить, что необязательно индикация в мультиметре жидкокристаллическая. На рынке до сих пор продается множество устаревших моделей, имеющих стрелочную шкалу.

Обратите внимание

И хотя эти приборы не обладают такой точностью как цифровые, и ими не так удобно пользоваться, многие радиолюбители именно их и предпочитают.

И все же, в этой статье речь пойдет именно о приборах с жидкокристаллической индикацией.

Все мультиметры, без исключения, позволяют измерять напряжение ток и сопротивление. Более подробно об этих величинах будет изложено ниже. Кроме того большинство приборов снабжены пробником цепей,в некоторых мультиметрах есть возможность иземерния температуры.

Пробник цепи позволяет быстро установить целостность проводника. В том случае, если сопротивление цепи будет менее 30 Ом, раздастся звуковой сигнал.

Это очень удобно – нет надобности смотреть на индикацию, а величина сопротивления, при проверке элементарной цепи, не так важна. 

Еще одна полезная функция мультиметров – проверка полупроводниковых диодов. Тот, кто работал с ними, знает, что диод пропускает ток в одном направлении. Если проводимость есть и в другом, значит прибор неисправен.

Мультиметр анализирует эти параметры и выдает результат на экране. Кроме того, в том случае, когда на корпусе диода нет маркировки, с помощью тестера легко можно установить его полярность.

К сожалению, данная функция есть далеко не у всех мультиметров.

Более дорогие и продвинутые модели приборов имеют возможность измерять такие величины как индуктивность катушек и емкость конденсаторов. Но так как это могут только специальные мультиметры, то в этой статье они рассматриваться не будут.

Важно

В этом разделе, небольшой ликбез для тех, кто ранее не был знаком с этими величинами. Сразу стоит заметить, что для их измерения придуманы специальные величины. Если провести аналогию с расстоянием, то оно будет измеряться в метрах и обозначаться английской буквой “m”. Точно такие же сокращения придуманы и для электрических величин.

Напряжение это та сила, которая заставляет ток течь по проводнику. Чем выше напряжение, тем быстрее движение электронов. Напряжение принято измерять в вольтах, сокращая до большой буквы «В». Но так как на рынке невозможно найти мультиметр с русифицированной передней панелью, на ней нужно искать английскую “V”.

Интенсивность протекания тока через электрическую цепь определяется его силой. Здесь уместно употребить сантехническою аналогию представить электрическую цепь в виде трубы заполненной водой.

Высокое давление в этой трубе, еще не повод для того, чтобы вода по ней текла. Может быть на другом конце трубы просто закрыта задвижка. И по мере ее открытия, скорость потока будет увеличиваться.

Вот эта скорость, в электрической цепи, и будет силой тока. Измеряется она в амперах «А».

Сопротивление показывает насколько трудно току пройти тот или иной участок электрической цепи. Вернувшись к водопроводной аллегории сопротивление можно сравнить с каким-то узким участком трубы, например засором.

Чем меньше диаметр трубы в этом месте ( читай больше сопротивление) тем меньше скорость водяного потока (сила тока). Это очень хорошо проиллюстрировано на веселой картинке.

Единицей измерения является Ом, который обозначается греческой буквой омега (?).

Direct current –для тех, кто знает английский, перевести не составит труда. Дословный перевод, направленный ток. Это электрический ток, который течет в одном направлении.

В русском языке он получил название постоянного. Большинство мелких домашних приборов работает на постоянном токе. Его выдают батарейки всех классов и размеров, автомобильные и телефонные аккумуляторы.

Совет

Постоянному току присвоена аббревиатура DC.

В зависимости от производителя на мультиметре соответствующие позиции могут обозначаться либо DCA и DCV (измерение постоянного тока и напряжения соответственно), либо “A”и”V” , а рядом черта и под ней пунктир.

Переменный ток (Alternating current) меняет свое направление десятки раз в секунду. К примеру, в домашних розетках частота составляет 50-т герц. Это означает, что направление тока меняется 50 раз в секунду. Но не стоит, не имея опыта и знаний по технике безопасности пытаться померить высокое напряжение в розетке. Это очень опасно.

Переменный ток получил аббревиатуру “AC”. На переключателях мультиметра возможны 2 варианта:
ACA” и “ACV” измерение переменного тока и напряжения;A ~ и V~.

Измерение постоянного напряжения имеет свои нюансы – обязательно нужно соблюдать полярность. Это особенно актуально для стрелочных приборов. У них в этом случае может выйти из строя измерительная головка. Цифровые – переносят это безболезненно, просто на экране появляется знак минус. Это обязательно нужно учитывать, перед тем как пользоваться мультиметром в режиме измерения напряжения.

При работе с мультиметром очень важно знать, как подключать его при измерении. Возможны всего два варианта: последовательно или параллельно, в зависимости от того, какую величину нужно измерить. При последовательном подключении через все элементы цепи протекает один и тот же ток.

Следовательно, последовательно, еще говорят «в разрыв цепи», нужно мерить силу тока. Если рассмотреть параллельное соединение, то здесь к каждому элементу приложено одинаковое напряжения, и став щупами параллельно любому из них можно его померить.

Итак, напряжение меряется параллельно, ток – последовательно, это нужно запомнить и никогда не путать. 

На рисунке показаны схемы параллельного и последовательного соединения. Следует обратить внимание, что при последовательном, ток, протекающий через каждый из элементов, будет одинаковы, если их сопротивления будут равны. Это же условие обеспечит равное напряжение через элементы, в случае параллельного соединения.

Не опытного пользователя хитрые символы, нанесенные на главный переключатель мультиметра. Но здесь нет ничего сложного, достаточно только вспомнить, как обозначаются единицы измерения напряжения, тока и сопротивления:

  • Вольт – “V”;
  • Ампер – “A”;
  • ОМ – “Ω”

Все производители без исключения используют только эти значки. Правда, есть одно но. Не всегда приходится измерять целые величины. Иногда результат составляет тысячные доли единицы измерения, а иногда, наоборот – миллионы.

Поэтому в мультиметр внесены соответствующие пределы измерения и производители для их обозначения используют метрические приставки.

Основных всего четыре:

  • µ ( микро) – 10-6 единицы измерения;
  • m (мили) – 10-3 единицы измерения;
  • к (кило) – 103 единиц измерения;
  • М (мега) – 106 единиц измерения.

Эти префиксы добавляются к основным единицам измерения и в таком виде нанесены на переключатель режимов работы прибора: µА (микроампер), mV(милливольт), кОм(килоом), мОм(мегаом).

Прежде чем измерять какую либо величину нужно выставить соответствующий предел. Для этого нужно, хотя бы приблизительно знать какой будет результат, и выставить на приборе цифру немного его превышающую.

Если даже в первом приближении невозможно предугадать величину измеряемого тока или напряжения, лучше начать с максимального предела. Полученный результат будет очень приблизительный, но позволит сделать вывод о том какой установить предел.

Теперь измерения можно провести с большей точностью.

Обратите внимание

Некоторые мультиметры оснащены функцией “auto-rangin”. Благодаря ей, предел измерений выставляется автоматически. Это очень удобно, так как пользоваться мультиметром, в этом случае, гораздо проще. На рисунке представлены простой мультиметр (слева) и прибор оснащенный функцией auto-ranging”(справа).

Производители приборов редко придерживаются стандартов, если они вообще есть, поэтому в разных мультиметрах одна и та же функция может быть обозначена по-разному. Конечно, невозможно привести здесь все возможные варианты символов, однако основные из них приведены ниже.

Вот так, волнистой линией обозначают переменный ток. Причем обратите внимание, что может измеряться как ток, так и напряжение. Может быть переменный ток (сила тока), а может быть напряжение переменного тока.

Горизонтальной чертой, с пунктиром под ней, обозначается постоянный ток и постоянное напряжение.

Обозначение тока и напряжения с помощью аббревиатуры “AC”и “DC”. Из примера видно, что иногда буквы дублируются знаками. Еще следует обратить внимание, что обозначения AC,DC, могут быть как до AилиV, так и после.

Таким значком обозначается прозвонка цепей. Если цепь цела, мультиметр издаст звуковой сигнал. Иногда эта функция совмещена с режимом измерения сопротивления. В этом случае звуковой сигнал будет звучать, если сопротивление менее 30 Ом.

Функция проверки диодов. Позволяет определить исправность диода и его полярность.

Что же. С теоретической частью можно считать закончили. Теперь можно переходить непосредственно к процессу измерения.

для измерения напряжения необходимо:

  • подключить щупы к мультиметру.
  • лучше сразу, привыкнуть это делать правильно: черный к гнезду COM, а красный к гнезду V;
  • устанавливаем переключатель в положение соответствующее режиму измерения (переменное или постоянное) и пределу;
  • теперь можно стать щупами параллельно элементу цепи, на котором предполагается померить напряжение.

На рисунке приведен пример измерения падения напряжения на девяти вольтовой батарие “кроне”;

Теперь экран прибора должен показывать напряжение. В том случае, если на дисплее появляется «1», предел измерения мал, нужно установить поменьше.

Но в данном примере переключать находится в правильном положении, установлена на предел в 20 Вольт постоянного тока.

Важно

Красный провод- плюсовой, подключается к плюсу батареи, а черный соответсвенно это минус, вставлен в разъем COM на мультиметре. Он подключается к минусу батареи.

Подключаем щупы, не забываем про цвет; Здесь нужно обратить внимание на следующее: при измерении малых токов красный шнур подключается к тому же гнезду, как и при измерении напряжения, а токов до 10-ти ампер – к разъему «10А». 
Теперь необходимо выбрать режим измерения и его предел.

В отличие от напряжения, силу тока меряют последовательно. Для этого придется разорвать (поэтому и говорят « в разрыв») цепь. Если все сделано правильно дисплей покажет значение силы тока.

В том случае, когда на экране высвечиваются нули, причин может быть несколько: не включено напряжение, нет контакта на щупах и, самое вероятное велик предел. Если на экране высвечивается единица – предел мал.

На рисунке приведена схема измерения постоянного тока протекающего через лампочку.

Подключить щупа к разъемам “COM” и “?”. Полярность здесь соблюдать, конечно, не обязательно и все же черный лучше подключить к разъему COM. Выставляем предел и режим измерения.

Измеряем сопротивление резистора или спирали лампочки, как это показано на рисунке. Нужно обязательно иметь в виду, что измеряемый элемент должен быть обязательно исключен из схемы.

В противном случае измерения будут не правильными.Если индикатор перед цифрой показывает несколько нулей, предел измерения вели, для большей точности его нужно уменьшить.

Если предел мал, индикатор будет показывать все ту же единицу.

Совет

Установить прибор в режим звукового сигнала. На переключатели есть соответствующий значок. Он также приведен в качестве примера в таблице выше.

Щупы установить в гнезда по аналогии с измерением сопротивления.Измерить нужный элемент схемы. Если между щупами протекает электрический ток, т.е.

он исправен, должен раздаться звуковой сигнал с частотой порядка 1кГц. при этом нужно обязательно отключить от схемы питание.

Кстати говоря, если звукового сигнала нет, то вовсе необязательно, что он неисправен. Возможно, его нормальное сопротивление превышает 30 Ом.

Мультиметр проверяет диод, пропуская через него ток и измеряя падение напряжение на нем. При наличии некоторого навыка прибором можно проверять даже биполярные транзисторы. Иногда полупроводниковые приборы даже нет необходимости выпаивать из схемы. Итак, последовательность действий следующая.

Щупы подключаются аналогично измерению сопротивления.Переключатель прибора устанавливается в положение измерения диода. Чаще всего это значок – схематичное обозначение диода.Измеряем диод, касаясь щупами его анода и катода. Показания прибора должны быть: для кремниевого диода -500-700 mV, для германиевого – 200-300mV, исправный светодиод должен показывать 1.5-2 V.

Теперь меняем полярность на диоде. Прибор должен показать нули, в противном случае он неисправен. Вот, в общем, то и все, что можно вкратце рассказать про работу с мультиметром. Все остальное придет с опытом. Главное не забывать про безопасность и перед тем как пользоваться мультиметром, обязательно изучить правила техники безопасности.

Источник: http://www.radio-magic.ru/beginners/411-kak-polzovatsya-multimetrom

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Переменный ток, в отличие от тока неизменного, безпрерывно меняется как по величине, так и по направлению, при этом конфигурации эти происходят временами, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтоб вызвать в цепи таковой ток, употребляются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, временами изменяющуюся по величине и направлению.
Такие источники именуются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простого генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, сделанная из медной проволоки, укреплена на оси и с помощью ременной передачи крутится в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь совместно с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Набросок 1. Схема простого генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство вправду является
источником переменной ЭДС.

Представим, что магнит делает меж своими полюсами равномерное магнитное поле, т. е. такое, в каком плотность магнитных силовых линий в хоть какой части поля однообразная.

вращаясь, рамка пересекает силовые полосы магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б индуктируются ЭДС.

Стороны же в и г рамки — нерабочие, потому что при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, как следует, не участвуют в разработке ЭДС.

В хоть какой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, обратна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

Обратите внимание

В этом несложно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки.

Для этого нужно ладонь правой руки расположить так, чтоб она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения той стороны рамки, в какой мы желаем найти направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке.

При всем этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС меняется в ней на оборотное, потому что любая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под различными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также меняется, потому что меняется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые полосы магнитного поля.

Вправду, в то время, когда рамка подходит к собственному вертикальному положению и проходит его, скорость скрещения силовых линий сторонами рамки бывает большей, и в рамке индуктируется большая ЭДС.

В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны вроде бы скользят повдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким макаром, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, временами изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для сотворения тока во наружной цепи.

Важно

Используя явление электрической индукции, можно получить переменную ЭДС и, как следует, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается сильными генераторами, приводимыми во вращение паровыми либо водяными турбинами и движками внутреннего сгорания.

Графическое изображение неизменного и переменного токов

Графический способ дает возможность наглядно представить процесс конфигурации той либо другой переменной величины зависимо от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся со временем, начинают с построения 2-ух взаимно перпендикулярных линий, именуемых осями графика. Потом на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в неком масштабе, — значения той величины, график которой собираются выстроить (ЭДС, напряжения либо тока).

На рис. 2 графически изображены неизменный и переменный токи. В этом случае мы откладываем значения тока, при этом ввысь по вертикали от точки скрещения осей О откладываются значения тока 1-го направления, которое принято именовать положительным, а вниз от этой точки — обратного направления, которое принято именовать отрицательным.

Набросок 2. Графическое изображение неизменного и переменного
тока

Сама точка О служит сразу началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и ввысь) и времени (по горизонтали на право). По другому говоря, этой точке соответствует нулевое
значение тока и тот исходный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в предстоящем будет изменяться ток.

Убедимся в корректности построенного на рис. 2, а графика неизменного
тока величиной 50 мА.

Потому что этот ток неизменный, т. е. не меняющий со временем собственной величины и направления, то разным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е.
50 мА.

Совет

Как следует, в момент времени, равный нулю, т. е. в исходный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА.

Отложив по вертикальной оси ввысь отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы должны сделать и для последующего момента
времени, соответственного точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально ввысь отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка обусловит нам вторую точку графика.

Проделав схожее построение для нескольких следующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением неизменного тока величиной 50 мА.

Построение графика переменной ЭДС

Перейдем сейчас к исследованию графика переменной ЭДС. На рис. 3 в верхней части показана рамка, крутящаяся в магнитном поле, а понизу дано графическое

изображение возникающей переменной ЭДС.

Набросок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем умеренно крутить рамку по часовой стрелке и проследим за ходом конфигурации в ней ЭДС, приняв за исходный момент горизонтальное положение рамки.

В этот исходный момент ЭДС будет равна нулю, потому что стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответственное моменту
t = 0, изобразится точкой 1.

При предстоящем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до того времени, пока рамка не достигнет собственного вертикального положения. На графике это возрастание ЭДС изобразится плавной поднимающейся ввысь кривой, которая добивается собственной верхушки

(точка 2).

Обратите внимание

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и свалится до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Как следует, за время, соответственное половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до большей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При предстоящем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет равномерно возрастать по величине, но направление ее уже поменяется на оборотное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и размещается сейчас ниже этой оси. ЭДС растет опять-таки до того времени, пока рамка не займет вертикальное положение.

Потом начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка возвратится в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот.

На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в оборотном направлении собственной верхушки (точка 4), повстречается потом с осью времени (точка 5).

На этом завершается один цикл конфигурации ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается 2-ой цикл, в точности повторяющий 1-ый, за которым, в свою очередь, последует 3-ий, а позже 4-ый, и так до того времени, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким макаром, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл собственного конфигурации.

Важно

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Приобретенная нами волнообразная кривая именуется синусоидой, а ток, ЭДС либо напряжение, изменяющиеся по такому закону, именуются
синусоидальными.

Сама кривая названа синусоидой поэтому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, именуемой синусом.

Синусоидальный нрав конфигурации тока — часто встречающийся в электротехнике, потому, говоря о переменном токе,
почти всегда имеют в виду синусоидальный ток.

Для сопоставления разных переменных токов (ЭДС и напряжений) есть величины, характеризующие тот либо другой ток. Они именуются
параметрами переменного тока.

Период, амплитуда и частота — характеристики переменного тока

Переменный ток характеризуется 2-мя параметрами — периодом и
амплитудой, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и выстроить график тока.

Набросок 4. Кривая синусоидального тока

Просвет времени, в протяжении которого совершается
полный цикл конфигурации тока, именуется периодом. Период обозначается буковкой
Т и измеряется в секундах.

Просвет времени, в протяжении которого совершается половина полного цикла конфигурации тока, именуется полупериодом.
Как следует, период конфигурации тока (ЭДС либо напряжения) состоит из 2-ух полупериодов.
Совсем разумеется, что все периоды 1-го и такого же переменного тока равны меж собой.

Совет

Как видно из графика, в течение 1-го периода собственного конфигурации ток добивается два раза наибольшего значения.

Наибольшее значение переменного тока (ЭДС либо напряжения) именуется его амплитудой либо амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — принятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы сначала направили внимание на амплитудное значение тока, но, как это видно из графика, существует бессчетное огромное количество промежных его значений, наименьших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответственное хоть какому избранному моменту времени, именуется его моментальным значением.

i, е и u — принятые обозначения моментальных значений тока, ЭДС и напряжения.

Секундное значение тока, как и амплитудное его значение, просто найти при помощи графика. Для этого из хоть какой точки на горизонтальной оси, соответственной интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки скрещения с кривой тока; приобретенный отрезок вертикальной прямой обусловит значение тока на этот момент, т. е. секундное его значение.

Разумеется, что секундное значение тока по истечении времени
Т/2 от исходной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени —
T/4 его амплитудному значению. Ток также добивается собственного амплитудного значения; но уже в оборотном на
правлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график указывает, как со временем изменяется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При всем этом значение тока на этот момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в хоть какой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, именуется
частотой переменного тока и обозначается латинской буковкой
f.

Чтоб найти частоту переменного тока, т. е. выяснить, сколько периодов собственного конфигурации ток сделал в течение 1 секунды, нужно 1 секунду поделить на время 1-го периода
f = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно найти период:
T = 1/f

Частота переменного тока измеряется единицей, именуемой герцем.

Если мы имеем переменный ток, частота конфигурации которого равна 1 герцу, то период такового тока будет равен 1 секунде.

Обратите внимание

И, напротив, если период конфигурации тока равен 1 секунде, то частота такового тока равна 1 герцу.

Итак, мы обусловили характеристики переменного тока — период, амплитуду и частоту, — которые позволяют отличать друг от друга разные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это нужно, их графики.

При определении сопротивления разных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так именуемую угловую либо радиальную частоту.

Радиальная частота обозначается буковкой
ω и связана с частотой
f соотношением  ω
= 2πf

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы лицезрели, что за время 1-го полного оборота рамки происходит полный цикл конфигурации ЭДС. По другому говоря, для того чтоб рамке сделать один оборот, т. е.

оборотиться на 360°, нужно время, равное одному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/T оборота.

Как следует, 360°/T есть угол, на который

поворачивается рамка в 1 секунду, и выражает собой скорость вращения рамки, которую принято именовать угловой либо радиальный скоростью.

Но потому что период Т связан с частотой f соотношением f=1/T,
то и радиальная скорость может быть выражена через частоту и будет равна
ω = 360°f.

Итак, мы сделали вывод, что
ω = 360°f. Но для удобства использования радиальный частотой при различных расчетах угол 360°, соответственный одному обороту, подменяют его круговым выражением, равным 2π радиан, где π=3,14.
Таким макаром, совсем получим
ω = 2πf. Как следует, чтоб найти радиальную частоту переменного тока (ЭДС либо напряжения), нужно частоту в герцах помножить на неизменное число 6,28.

Источник: http://elektrica.info/chto-takoe-peremenny-j-tok-i-chem-on-otlichaetsya-ot-toka-postoyannogo/

Электричество. Основные понятия

В этой статье предлагаю вам вспомнить базовые понятия в электрике, без которых любая работа, связанная с электричеством становится проблематичной.

Итак, любая электрическая цепь представляет собой совокупность различных устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Простейшая электрическая цепь может состоять из источника энергии, нагрузки и проводников.

Проводники — вещества, проводящие электрический ток. Они обладают малым удельным сопротивлением( т.е оказывают наименьшее сопротивление прохождению тока) и способны проводить электрический ток практически без потерь. Лучшими проводниками являются золото, серебро, медь и алюминий.

Наибольшее распространение, вследствии дороговизны золота и серебра, получили медь и алюминий. Медь наиболее часто встречающийся проводник, в отличии от алюминия, обладающий большей устойчивостью к окислению и физическим воздействиям: изгибу, скручеванию.

Недостатком меди, по сравнению с алюминием, является более высокая стоимость.

Помимо проводников существуют также диэлектрики — вещества которые обладают большим удельным сопротивлением электрическому току (т.е являются непроводящими электрический ток). К ним относятся пластмассы, дерево, текстолит и т.д

Важно

Также надо отметить и еще один тип — полупроводники. По своему удельному сопротивлению они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. К числу полупроводников относятся многие химические элементы, но наибольшее распространение получили кремний и германий.

Источник энергии — это устройство, преобразующее механическую, химическую, тепловую и другие виды энергии в электрическую.

Нагрузка — потребитель электрической энергии, т.е любой электроприбор, который преобразовывает электрическую энергию в механическую, тепловую, химическую и т.д

Электрическим током в электротехнике называют направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля, создаваемого источником питания. Величина, характеризующая ток называется сила тока. Сила тока измеряется в Амперах и обозначается буквой А. Различают постоянный и переменный токи.

Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это ток, свойства которого  и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Переменный ток (AC по-английски Alternating Current) — это ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах обозначается отрезком синусоиды « ~ ». Основными параметрами переменного тока являются период, амплитуда и частота.

Период — промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание.

Частота — величина, обратная периоду, число периодов в секунду, измеряется в герцах (Гц).

Ток и напряжение в нагрузке увеличиваются и уменьшаются, а разница между минимальным и максимальным их значением называется амплитудой.

Измерение тока проводится амперметром, который подключается последовательно нагрузке.

Любой проводник в цепи, в зависимости от сечения, длины, материала, оказывает сопротивление прохождению электрического тока. Свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока называют сопротивлением. Сопротивление измеряется в Омах (Ом).

Разность потенциалов на концах источника питания называется напряжением. Напряжение измеряют в Вольтах и обозначают буквой В (V). В трехфазной электрической сети различают такие понятия, как линейное и фазное напряжения.

Линейное напряжение ( или иначе межфазное) — это напряжение между двумя фазными проводами (380V). Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220V). Измеряется напряжение вольтметром, который подключается параллельно нагрузке.

Еще одним важным понятием в электротехнике является понятие мощности. Мощность источника характеризует скорость передачи или преобразования электроэнергии. Мощность измеряется в Ваттах (Вт, W).

Суммарная мощность всех подключенных потребителей равна сумме потребляемых мощностей каждым потребителем. Робщ = Р1+Р2+…Рn

Различают понятия активной и реактивной мощности. P – активная мощность (эффективная), связана с той электрической энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и др., измеряется в ваттах (Вт), представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы.

P = IUcosф – для однофазной цепи, P = √3IUcosф – для трехфазной цепи, P = U*I — в цепи, где есть только активное сопротивление.

Q – реактивная мощность, связана с обменом электрической энергией между источником и потребителем, измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), когда среднее значение мощности за период равно нулю, активная мощность равна нулю, энергия накопленная магнитным полем индуктивности, возвращается назад к источнику, ток в цепи не совершает работы, реактивный ток бесполезно загружает источники энергии и провода линии передач. Источниками реактивной энергии могут являться элементы, обладающие индуктивностью — электродвигатели, трансформаторы. Для того, чтобы уменьшить реактивную мощность на зажимах потребителей подключают конденсаторы (последовательно или параллельно).

Q = IUsinф – для однофазной цепи, Q = √3IUsinф – для трехфазной цепи

Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Коэффициент мощности — это соотношение активной мощности к полной, величина cosф равная углу сдвига фаз между напряжением и током. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии, ее экономии.

На этом пока все, а в следующей части познакомимся с основными законами электротехники, которые необходимо знать любому человеку, связанному с электричеством.

Источник: http://electric-blogger.ru/teoriya/electrichestvo.html

Постоянный и переменный ток

Постоянный ток (DC).. Свободные электроны.. Направление электрического тока.. Переменный ток (AC).. Преимущества переменного тока.. Трансформатор напряжения (тока)..

Постоянный ток

Электрическим током называется направленное движение носителей электрического заряда (в проводниках – это свободные электроны) под действием электрического поля.

Если полярность источника электрической энергии не меняется, то направление движения электронов в проводнике остается неизменным все время, когда цепь замкнута.

В такой цепи электроны выходят из отрицательного полюса (минус источника) и двигаются к положительному полюсу (плюс источника)  – одноименные заряды отталкиваются, противоположные – притягиваются.

Такое, неизменное по направлению движение носителей электрического заряда под действием электрического поля называется постоянным током.
Общим обозначением для любого источника постоянного тока (напряжения) является символ батареи (рис. 1).

Рис. 1. Постоянный ток (Direct Current – DC)

Важно напомнить, что в физике за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов (от плюса источника к минусу), т. е. противоположное истинному направлению. Причины такого несоответствия были рассмотрены здесь.

Рис. 2. Постоянный ток не меняет своего направления во времени, хотя величина его может меняться.  

Этот тип электрического тока  используется в большинстве игрушек, в многочисленных электронных приборах (телефоны, смартфоны, плеера, ноутбуки и т. д.), в автомобильной электронике и других устройствах, использующих аккумуляторы и выпрямители переменного тока.

                               Переменный ток

Электрический ток может протекать  в электрической цепи двумя разными способами.

При наличии постоянного источника электрической энергии мы имеем в такой цепи постоянный ток.

Если полярность источника электрической энергии периодически меняется, то мы имеем в такой цепи переменный ток (рис. 3).

В этом случае направление электрического поля в проводнике меняется с частотой сети, а свободные электроны совершают колебательные движения относительно некоторого положения равновесия.

При этом свободные электроны не движутся ни в одну, ни в другую сторону, но под действием переменного электрического поля (изменяющегося по синусоидальному закону) они совершают колебания в полном соответствии с изменениями электрического поля.

Рис. 3. Переменный ток (Alternating Current – AC)  
          

Таким образом, переменный ток – это ток, который с определенной периодичностью (50 или 60 раз в секунду – в зависимости от электрической системы, принятой в стране) меняет направление движения и величину (рис. 4).

У нас в России в бытовой сети используется стандарт переменного напряжения и тока  – 220 В, 50 Гц в отличие от США, где переменный ток в розетках меняет свое направление 60 раз в секунду (60 Гц).

Совет

Под эти параметры сети рассчитаны все бытовые потребители (светильники, электродвигатели пылесосов и холодильников, стиральные машины и др.).

 Многие бытовые электроприборы работают на постоянном токе при напряжении в 5-12 вольт, однако из сети они получают переменный ток, а затем внутри электроприборов переменный ток с помощью выпрямительных устройств преобразуется в постоянный, если в этом есть необходимость.
Рис.

4. В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком.

В чем преимущества переменного тока?

Можно спросить, а зачем нужен такой ток, в чем его преимущество?

Действительно, в некоторых случаях переменный ток (AC) не имеет никакого практического преимущества по сравнению с постоянным током (DC).

В тех случаях, когда электроэнергия используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеет значения до тех пор, пока существует достаточное напряжение и ток в нагрузке для получения требуемого тепла (рассеиваемой мощности).

Вместе с тем, на переменном токе можно построить электрические генераторы и двигатели, которые будут более простыми и более надежными, чем на постоянном токе.

Но главное, переменный ток наилучшим образом подходит для передачи электроэнергии на дальние расстояния. Это становится возможным при использовании такого устройства, как трансформатор (рис. 5).

Рис. 5. Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.

В простейшем случае трансформатор представляет собой две индуктивные катушки, расположенные на общем сердечнике.

Если мы активируем одну катушку переменным током, то за счет эффекта взаимной индукции в другой катушке также будет создаваться напряжение переменного тока. Если количество витков W2 > W1, то и напряжение U2 > U1. И наоборот.

Способность трансформатора легко увеличивать или уменьшать напряжение переменного тока простым изменением числа витков вторичной обмотки дает переменному току непревзойденное преимущество в области распределения электроэнергии (рис. 6).

Рис. 6

При помощи трансформатора низкое напряжение вначале преобразуется в высокое напряжение, после чего его можно передавать на любые расстояния (при меньших значениях тока, меньшем диаметре проводов, с меньшими тепловыми потерями энергии).

Источник: http://vgs-design-el.blogspot.com/p/blog-page_73.html

Постоянный и переменный ток

Сегодня наша задача – понять, что такое переменный ток и чем он отличается от постоянного. Хотя этот материал я и поместил в рубрику «Практикум», практики особой не будет, только теория.

Итак, в наших руках гипотетический прибор, который может показывать, что у нас происходит на двух проводах под напряжением. Подключаем его к обычной батарейке, чтобы уяснить принцип работы, и видим следующую картину:

Синяя полоска, проведенная против отметки 1.5 показывает, что напряжение (разность потенциалов) между щупами прибора равно 1.5 вольта, причем напряжение это не изменяется во времени, оно постоянно.

Если к батарейке подключить лампу, то через нее потечет тоже постоянный ток.

Для удобства принято считать, что при постоянном напряжении ток течет от положительного полюса к отрицательному и тоже постоянно.

Теперь подключим наш прибор к осветительной розетке. Картина на экране несколько изменилась:

В первый момент времени напряжение между выводами розетке равно нулю (точка 0), потом оно начнет плавно увеличиваться и в точке 1 достигнет максимума – +220 вольт на одном выводе относительно другого.

Дальше оно снова начнет уменьшаться до 0 (точка 2) и поползет вниз, станет отрицательным. В точке 3 оно достигнет своего отрицательного максимума — -220 В  и снова начнет стремиться к нулю.

Обратите внимание

В точке 4 напряжение исчезнет, как говорят, период колебания закончится, и дальше процесс повторится.

Что будет, если мы подключим к розетке нагрузку (скажем, лампочку)? В первый момент тока не будет, потом он начнет увеличиваться до максимума, потом снова уменьшаться, а потом… потечет в другую сторону, так как полярность между проводниками изменится. Ток в другую сторону тоже будет увеличиваться, потом постепенно уменьшится до 0 (в точке 4).

Итак, перед нами переменное напряжение, способное вызывать переменный ток – сначала в одну сторону, потом в другую.

В нашей осветительной сети напряжение это равно 220 В – это как раз изображено на графике –  сначала 220 одной полярности, потом 220 другой с плавным переходом через 0.

Меняется полярность в розетке 50 раз в секунду или иначе с частотой 50 герц. Герц (Гц) – единица измерения частоты. 1 Гц – один период колебаний в секунду.

А теперь подведем итоги. Главное отличие переменного напряжения от постоянного – разность потенциалов между двумя проводниками постоянно меняет свою полярность, тогда как при постоянном напряжении «плюс» всегда на одном проводнике, а «минус» на другом.

Вполне естественно, что через нагрузку, подключенную к источнику переменного напряжения, ток потечет переменный – то в одну сторону, то в другую. Чем выше частота, тем чаще будет меняться направление тока, причем, как мы видим из нашего графика, меняться плавно.

Общепринятое обозначение переменного тока и напряжения вы, наверное, видели не раз: « ~ ».

Если вы поближе познакомитесь с переменным напряжением, то узнаете, что оно не так просто, как я описал (к примеру, существует амплитудное (которое, кстати, выше 220 В), мгновенное, среднеквадратичное и т.п. напряжения в одной единственной розетке), но для общего понятия процесса этого материала, я думаю, вполне достаточно.

Важно

Ну а по поводу гипотетического волшебного прибора – такие приборы есть и называют их осциллографами:

Источник: http://begin.esxema.ru/?p=295

Постоянный и переменный ток

Источник: http://elwo.ru/publ/spravochniki/postojannyj_i_peremennyj_tok/2-1-0-903

Какой ток в розетке – постоянный или переменный

Люди, мало-мальски знакомые с электротехникой, без труда ответят на вопрос о том, какой ток в розетке. Конечно же переменный. Этот вид электричества гораздо проще производить и передавать на большие расстояния, а потому выбор в пользу переменного тока очевиден.

Существует два вида тока — постоянный и переменный. Чтобы понять разницу и определить, постоянный или переменный ток находится розетке, следует вникнуть в некоторые технические особенности. Переменный ток имеет свойство изменяться по направлению и величине. Постоянный же ток обладает устойчивыми качествами и направлением передвижения заряженных частиц.

Переменный ток выходит из генераторов электростанции с напряжением, составляющим 220–440 тысяч вольт. При подходе к многоквартирному зданию ток уменьшается до 12 тысяч вольт, а на трансформаторной станции преобразуется в 380 вольт.

Совет

Напряжение между фазами именуют линейным. Низковольтный участок понижающей подстанции выдает три фазы и нулевой (нейтральный) провод. Подключение энергопотребителей осуществляется от одной из фаз и нулевого провода.

Таким образом, в здание заходит переменный однофазный ток с напряжением 220 вольт.

Схема распределения электроэнергии между домами представлена ниже:

В жилище электричество поступает на счетчик, а далее — через автоматы на коробки каждого помещения. В коробках имеется разводка по комнате на пару цепей — розеточную и осветительной техники.

Автоматы могут предусматриваться по одному для каждого помещения или по одному для каждой цепи.

С учетом того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть включена в группу или быть подключенной к выделенному автомату.

Переменный ток составляется примерно 90% всей потребляемой электроэнергии. Столь высокий удельный вес вызван особенностями этого вида тока — его можно транспортировать на значительные расстояния, изменяя на подстанциях напряжение до нужных параметров.

Источниками постоянного тока чаще всего являются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные панели, термопары.

Постоянный ток широко используется в локальных сетях автомобильного и воздушного транспорта, в компьютерных электросхемах, автоматических системах, радио- и телевизионной аппаратуре.

Постоянный ток применяется в контактных сетях железнодорожного транспорта, а также на корабельных установках.

На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами.

к содержанию ↑

Параметры домашней электрической сети

Основными параметрами электричества являются его напряжение и частота. Стандартное напряжение для домашних электросетей — 220 вольт. Общепринятая частота — 50 герц. Однако в США используется другое значение частоты — 60 герц. Параметр частоты задается генерирующим оборудованием и является неизменным.

Напряжение в сети конкретного дома или квартиры может быть отличным от номинала (220 вольт). На данный показатель влияет техническое состояние оборудования, сетевые нагрузки, загруженность подстанции. В результате напряжение может отклоняться от заданного параметра в ту или другую сторону на 20–25 вольт.

к содержанию ↑

Токовая нагрузка

Все розетки имеют определенную маркировку, по которой можно судить о допустимой токовой нагрузке. Например, обозначение «5A» указывает на максимальную силу тока в 5 ампер. Допустимые показатели следует соблюдать, поскольку в противном случае возможен выход оборудования из строя, в том числе его возгорание.

Маркировка на розетках показана на рисунке внизу:

Ко всем легально продаваемым электроприборам прилагается паспорт, где указана потребляемая мощность или номинал токовой нагрузки.

Крупнейшими потребителями электроэнергии являются такие электробытовые приборы, как кондиционеры, микроволновые печи, стиральные машины, кухонные электроплиты и духовки.

Таким приборам для нормальной работы понадобится розетка с нагрузкой не меньше 16 ампер.

Обратите внимание

Если же в документации к электробытовой технике отсутствуют сведения о потребляемых амперах (сила тока в розетке), определение нужных величин осуществляется по формуле электрической мощности:

Показатель мощности имеется в паспорте, напряжение сети известно. Чтобы определить потребление электричества, нужно показатель мощности (указывается только в ваттах) разделить на величину напряжения.

к содержанию ↑

Разновидности розеток

Розетки предназначены для создания контакта между электрической сетью и бытовой техникой. Они изготовлены так, чтобы обеспечить надежную защиту от случайных прикосновений к токоведущим элементам. Современные модели чаще всего оснащены защитным заземлением, представленным в виде отдельного контакта.

По способу монтажа существует два вида розеток — открытые и скрытые. Выбор разновидности розетки во многом определяется типом монтажа.

К примеру, при организации наружной проводки используют накладные открытые розетки. Такая фурнитура проста в монтаже и не нуждается в нишах для подрозетников.

Встроенные же модели более привлекательны с эстетической точки зрения и более безопасны, поскольку токоведущие элементы находятся внутри стены.

Розетки отличаются по токовой величине. Большая часть устройств предназначена для работы с 6, 10 или 16 амперами. Старые образцы советского производства рассчитаны только на 6,3 ампера.

к содержанию ↑

Методы измерения напряжения и тока

Чтобы измерить показатели напряжения и тока применяются следующие способы:

  1. Наиболее простой метод — подключение к розетке электрического прибора соответствующего напряжения. Если в розетке есть ток, электроприбор будет функционировать.
  2. Индикатор напряжения. Это приспособление может быть однополюсным и представлять собой специальную отвертку. Также выпускаются двухполюсные индикаторы с парой контакторов. Однополюсное устройство определяет фазу в розеточном контакте, но не обнаруживает наличие или отсутствие нуля. Двухполюсный же индикатор показывает ток между фазами, а также между нулем и фазой.
  3. Мультиметр (мультитестер). С помощью специального тестера проводятся измерения любого типа тока, присутствующего в розетке — как переменного, так и постоянного. Также мультиметром проверяют уровень напряжения.
  4. Контрольная лампа. С помощью лампы определяют наличие электричества в розетке при условии, что лампочка в контрольном приборе соответствует напряжению в тестируемой розетке.

Перечисленной выше информации вполне достаточно для общего понимания принципов организации электрической сети в доме. Приступать к проведению любых электротехнических работ следует только с соблюдением всех мер безопасности и при наличии соответствующей квалификации.

Какой ток в розетке – постоянный или переменный

Источник: https://220.guru/electroprovodka/rozetki-vyklyuchateli/kakoj-tok-v-rozetke.html

В 21-веке электроника стала очень популярной. Многие люди хотят узнать больше о радиотехнике и начинают читать специальные книги, хотя многое в книгах не понятно. И поэтому начинают путаться, задавать много вопросов.

Не могут найти подходящие и понятные сайты о электронике, где можно вкратце и просто понять что к чему. Но что-то мы далеко ушли, ладно давайте приступим к делу.

Задача – рассказать всё подробнее и понятнее о постоянном и переменном токе.

Постоянный ток

До того времени, когда не было радиоприёмников и радиосвязи, был ток который тёк в одну сторону – его назвали постоянным, на графике он изображается прямой линией, как показано на рисунке ниже.

Давайте разберёмся, каков принцип работы этого тока, а он очень прост. Потому что постоянный ток течёт только в одну сторону. На мощных электростанциях вырабатывается переменный ток, его нужно сделать в постоянный. Постоянный ток может создать только гальванический элемент.

Гальванический элемент – это элемент вырабатывающим постоянный ток, то есть обычная батарейка. Принцип работы батарейки разбирать не будем, нам сейчас главное, чтобы в вашей памяти уложился только постоянный и переменный ток.

Допустим, мы выработали постоянный ток, он начнёт двигаться от плюса к минусу, это обязательно запомнить.

Переменный ток

Теперь переходим к переменному току, всё радиосвязь появилась, переменный ток стал изюминкой. Рассмотрим график переменного тока. Вы сразу обратили внимание на эти странные буквы, они нам не нужны, кроме одной – Т.

У переменного тока есть особенность, он может менять своё направление, например: он, движется то в одну сторону, потом в другую. Этот процесс называется колебанием или периодом. На рисунке период обозначен этой самой буквой Т. Видно, что выше оси t волна, и ниже её, тоже волна.

Это значит, что выше оси это движение к плюсу, а ниже, движение к минусу, проще говоря, это положительный полупериод, почему полупериод, потому что два полупериода равны T, то есть равны периоду, значит они всё таки полупериоды. Период – то же самое, что и колебание.

Несколько колебаний совершённые в 1 секунду называют частотой. Итак, разобрались, что такое постоянный и переменный ток, думаю что разобрались.

В памяти у вас должно отложиться: движение постоянного и переменного тока; графики постоянного и переменного тока; что такое частота, полупериод, период.

Кстати забыл сказать, в чём измеряется частота. Запомните: частота измеряется в Герцах. Допустим, совершается 50 колебаний в секунду, это значит что частота равна 50 герц. Таким образом можно определять любые другие значения. Всем пока, с вами был Дмитрий Цывцын.

   Справочники радиодеталей

Чем отличается постоянный ток от переменного. Переменный ток и постоянный ток: отличие

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;

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.

Сегодня, если вы посмотрите вокруг, практически все, что вы видите, питается от электричества в той или иной форме.
Переменный ток и постоянный ток являются двумя основными формами зарядов, питающих наш электрический и электронный мир.

Что такое AC? Переменный ток может быть определен, как поток электрического заряда, который изменяет свое направление через регулярные промежутки времени.

Период / регулярные интервалы, при котором AC меняет свое направление, является его частотой (Гц). Морские транспортные средства, космические аппараты, и военная техника иногда используют AC с частотой 400 Гц. Тем не менее, в течение большей части времени, в том числе внутреннего использования, частота переменного тока устанавливается на 50 или 60 Гц.

Что такое DC? (Условное обозначение на электроприборах) Постоянный ток является током (поток электрического заряда или электронов), который течет только в одном направлении. Впоследствии, нет частоты связанной с DC. DC или постоянный ток имеет нулевую частоту.
Источники переменного и постоянного тока:

АС: Электростанции и генераторы переменного тока производят переменный ток.

DC: Солнечные батареи, топливные элементы, и термопары являются основными источниками для производства DC. Но основным источником постоянного тока является преобразование переменного тока.

Применение переменного и постоянного тока:

АС используется для питания холодильников, домашних каминов, вентиляторов, электродвигателей, кондиционеров, телевизоров, кухонных комбайнов, стиральных машин, и практически всего промышленного оборудования.

DC в основном используется для питания электроники и другой цифровой техники. Смартфоны, планшеты, электромобили и т.д.. LED и LCD телевизоры также работают на DC, который преобразовывается от обычной сети переменного тока.

Почему AC используется для передачи электроэнергии. Это дешевле и проще в производстве. AC при высоком напряжении может транспортироваться на сотни километров без особых потерь мощности. Электростанции и трансформаторы уменьшают величину напряжения до (110 или 230 В) для передачи его в наши дома.

Что является более опасным? AC или DC?
Считается, что DC является менее опасным, чем AC, но нет окончательного доказательства. Существует заблуждение, что контакт с высоким напряжением переменного тока является более опасным, чем с низким напряжением постоянного тока. На самом деле, это не о напряжении, речь идет о сумме тока, проходящего через тело человека. Постоянный и переменный ток может привести к летальному исходу. Не вставляйте пальцы или предметы внутрь розеток или гаджетов и высокой мощности оборудования.

Постоянный и переменный то к

В предыдущей статье, что такое электрический ток ты узнал, как происходит упорядоченное движение электронов в замкнутой цепи. Теперь, я расскажу тебе, каким бывает электрический ток. Электрический ток бывает постоянный и переменный. Чем отличается переменный ток от постоянного? Характеристики постоянного тока.

Постоянный ток

Direct Current или DC так по-английски обозначают электрический ток который на протяжении любого отрезка времени не меняет направление движения и всегда движется от плюса к минусу. На схеме обозначается как плюс (+) и минус (-), на корпусе прибора, работающего от постоянного тока наносят обозначение в виде одной (-) или (=) полос. Важная особенность постоянного электрического тока — это возможность его аккумулирования, т.е. накопления в аккумуляторах или получения его за счет химической реакции в батарейках. Множество современных переносных электрических устройств, работают, используя накопленный электрический заряд постоянного тока, который находится в аккумуляторах или батарейках этих самых устройств.

Переменный ток

(Alternating Current) или АС английская аббревиатура обозначающая ток, который меняет на временном отрезке свое направление и величину. На электрических схемах и корпусах электрических аппаратов, работающих от переменного тока, символ переменного тока обозначают как отрезок синусоиды «~». Если говорить о переменном токе простыми словами , то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное. На рисунке обратное направление — это область графика ниже нуля.

Теперь давай разберемся, что такое частота. Частота это — период времени, в течение которого ток выполняет одно полное колебание, число полных колебаний за 1 с называется частотой тока и обозначается буквой f. Частота измеряется в герцах (Гц) . В промышленности и быту большинства стран используют переменный ток с частотой 50 Гц. Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние. Иными словами в электрической розетке, которая есть в каждом доме и куда мы включаем утюги и пылесосы, плюс с минусом на правой и левой клеммах розетки будет меняться местами с частотой 50 раз в секунду — это и есть, частота переменного тока. Для чего нужен такой “переменчивый “ переменный ток, почему не использовать только постоянный? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов. Использование переменного тока позволяет передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.


Напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. Такое напряжение нельзя подавать в дома и квартиры, это очень опасно и сложно с технической стороны. Поэтому переменный электрический ток с электростанций подается на электрические подстанции, где происходит трансформация с высокого напряжения на более низкое, которое мы используем.

Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель” . Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.


что такое диод и как работает диодный мост , ты можешь узнать в моих следующих статьях.

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.

Активный источник транзистора

»Электроника

Простейшей формой источника тока является резистор, но активные источники тока, использующие транзисторы, могут обеспечивать гораздо более постоянный ток или управляемый ток.

Типы транзисторных цепей

Включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы


Активные источники постоянного тока часто используются в проектировании электронных схем.Некоторые цепи постоянного тока могут быть изготовлены с использованием очень небольшого количества электронных компонентов, но другие, обеспечивающие лучшую производительность, могут использовать несколько больше.

В простейшем источнике постоянного тока используется один электронный компонент: резистор, но часто в источниках постоянного тока используются транзисторы, хотя можно также использовать полевые транзисторы и, где это применимо, вакуумные настройки термоэмиссионных клапанов.

Можно сделать активный источник постоянного тока, используя один транзистор и пару резисторов, хотя также доступны более полные конструкции с использованием нескольких дополнительных электронных компонентов.

Обозначения цепи источника тока

Что такое источник постоянного тока

Базовым элементом является источник тока, а это элемент или блок в цепи, функция которого заключается в обеспечении тока, при этом основное внимание уделяется обеспечению тока, а не напряжения.

Более полезный элемент с точки зрения подачи тока — это то, что называется источником постоянного тока. Этот объект обеспечивает заданный уровень тока независимо от импеданса нагрузки, на которую он направляет ток.

Теоретический источник постоянного тока сможет обеспечить постоянный ток полностью независимо от импеданса. Проблемы могут возникнуть, когда встречаются очень высокие уровни импеданса или даже разомкнутые цепи, потому что для достижения требуемых уровней тока могут потребоваться очень высокие напряжения.

В связи с этим у реальных источников постоянного тока есть ограничения на диапазон уровней импеданса, при которых они могут обеспечивать постоянный ток.

На графике ВАХ выходного сигнала источника постоянного тока характеристика представлена ​​прямой линией.

Есть два типа источников постоянного тока:

  • Независимый источник тока: Для этой формы источника тока ток не зависит от какой-либо переменной в цепи. Другими словами, он производит фиксированный ток.

  • Управляемый источник тока: Эта форма устройства постоянного тока вырабатывает уровень тока, которым можно управлять с помощью внешнего фактора, такого как управляющее напряжение, но оно сможет обеспечить требуемый уровень тока независимо от Загрузка.

Применения активного источника тока

Источники тока необходимы в различных областях проектирования электронных схем.

Источники тока могут использоваться для смещения транзисторов, а также могут использоваться в качестве активной нагрузки для каскадов усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они также могут использоваться в качестве источников излучения для дифференциальных усилителей — например, они могут использоваться в паре транзисторов с длинными хвостами.

Их также можно использовать в качестве повышающих звеньев с широким диапазоном напряжений в источниках питания и других цепях с широким диапазоном напряжений.Если бы использовались обычные резисторы, то ток значительно варьировался бы в диапазоне напряжений.

Одним из распространенных примеров использования источников тока является управление стабилитроном в цепи регулятора. Поддержание постоянного тока независимо от тока, потребляемого последовательным транзистором в цепи, помогает поддерживать гораздо лучший уровень регулирования.

Отдельные источники тока также необходимы в различных процессах, включая электрохимию и электрофорез.

Таким образом, можно увидеть, что источник постоянного тока является важным схемным блоком, используемым в самых разных областях проектирования электронных схем.

Схема простого резисторного источника тока

В простейшей форме цепи постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор. Если напряжение источника намного выше, чем напряжение, при котором требуется ток, то выходной ток будет почти независимым от нагрузки.

Для идеального источника постоянного тока источник напряжения должен иметь бесконечное напряжение, а резистор — бесконечное сопротивление.

Для практических применений напряжение и сопротивление должны позволять току быть достаточно постоянным во всем диапазоне требуемых нагрузок.

Простой источник постоянного тока, состоящий из источника высокого напряжения и резистора высокого номинала

Для схемы выше, ток можно очень легко рассчитать, так как он приблизительно равен I = V / R, потому что Vload (напряжение на нагрузке) намного меньше, чем V (напряжение источника).

Эта простая форма источника тока имеет множество ограничений:

  • Высокие значения сопротивления, необходимые для рассеивания мощности, делают цепи неэффективными.
  • Необходимы источники высокого напряжения, которые не всегда легко доступны.
  • Изменения нагрузки могут вызвать некоторые колебания тока, если недоступны достаточно высокие значения напряжения источника.

Ввиду этих ограничений этот простой источник постоянного тока не широко используется там, где требуется истинный постоянный ток.

Для достижения лучшей производительности с источником более низкого напряжения и меньшей рассеиваемой мощностью, хотя и с несколькими дополнительными электронными компонентами, более широко используется активная цепь постоянного тока, которая обеспечивает лучшую общую производительность для большинства практических требований.

Основы транзисторного активного источника постоянного тока

Простое использование транзистора позволяет создать гораздо более эффективный источник тока, используя всего несколько дополнительных электронных компонентов, включая транзистор, несколько резисторов и несколько простых уравнений для конструкции электронной схемы.

Источник тока работает из-за того, что ток коллектора в схеме транзистора в раз больше тока базы. Это не зависит от напряжения коллектора при условии, что имеется достаточное напряжение для пропускания тока через нагрузочное устройство в коллекторе.


Однотранзисторный активный источник тока

В этой схеме ток коллектора в β раз больше тока базы. Обычно β велико, и поэтому можно предположить, что ток эмиттера, который в (β + 1) раз больше тока базы, и ток коллектора, который в β раз больше тока базы, одинаковы.

Ввиду этого спроектировать схему для заданного тока несложно.

Ie = (β + 1) Ib

Iload = Ic = βIb

Iload = β Ve (β + 1) Re

Iload = Vb — 0.6Re

Примечание: здесь предполагается использование кремниевого транзистора, поскольку падение напряжения на базе эмиттера составляет 0,6 В

Установкой резисторов R1 и R2 можно установить базовое напряжение. Напряжение эмиттера будет на 0,6 вольт меньше, если предположить, что это кремниевый транзистор. Зная напряжение эмиттера, можно рассчитать ток эмиттера, просто зная закон Ома.

Схема простого стабилизированного активного источника тока

Чтобы устранить любые колебания тока, возникающие из-за изменений напряжения питания, очень просто добавить некоторую регулировку в основную схему, заменив несколько электронных компонентов.Это достигается заменой R2 на стабилитрон или опорный диод напряжения.

Активный источник тока на транзисторе, использующий стабилитрон для повышения стабильности

Применяются те же уравнения, что и раньше, но с той лишь разницей, что базовое напряжение поддерживается на более постоянном уровне в результате наличия стабилитрона, опорного диода напряжения.

Температурная зависимость активного источника тока

Одним из основных недостатков основного активного источника тока является то, что он в определенной степени зависит от температуры.Для многих приложений это может быть не важно, но там, где требуются очень жестко контролируемые условия, температурные характеристики могут быть очень важны.

Есть два основных варианта:

  • Изменения Vbe в зависимости от температуры Эффект изменения Vbe, вызванного температурой, составляет приблизительно -2 мВ / ° C. Это приводит к изменению Vce. Можно рассчитать приблизительное соотношение: ΔVbe примерно равно -0.0001ΔVce.

    Это можно свести к минимуму, выбрав достаточно большое значение резистора эмиттера, чтобы гарантировать, что изменения напряжения эмиттера в десятки милливольт будут составлять лишь небольшую часть от общего напряжения эмиттера. Однако необходимо следить за тем, чтобы между коллектором и шиной оставалось достаточное напряжение, чтобы пропускать ток через нагрузку и компенсировать любые изменения напряжения питания.

  • Вариации β относительно температуры Это может не быть серьезной проблемой, и любые отклонения можно минимизировать, выбрав транзистор с высоким значением / Hfe.Таким образом, вклад базового тока в ток эмиттера сводится к минимуму, а отклонения уменьшаются, насколько это возможно.

Цепи активного источника тока с хорошей температурной стабильностью

Можно разработать схемы транзисторных активных источников тока, у которых внутренняя температурная стабильность лучше, чем у простых схем, приведенных выше.

Одна из простейших схем — использовать схему, в которой используются транзисторы NPN и PNP. В показанной схеме изменения падения напряжения Vbe в TR1 компенсируются соответствующими изменениями в TR2.В этой схеме следует отметить, что R3 является подтягивающим резистором для коллектора TR1, потому что база TR2 может принимать ток, но не является его источником.

Транзисторный источник активного тока с температурной компенсацией

Все схемы включают транзисторы, но также могут использоваться другие активные электронные компоненты, включая полевые транзисторы и даже вакуумные лампы / термоэмиссионные клапаны. При использовании других электронных компонентов в качестве активного устройства в источнике тока, устройства и схема смещения должны учитывать тот факт, что и полевые транзисторы, и клапаны / лампы управляются напряжением, а не током.Тем не менее их можно использовать так же эффективно.

Транзисторные активные источники тока используются во многих областях, особенно в интегральных схемах и некоторых зарядных устройствах. Они позволяют подавать фиксированный или контролируемый ток независимо от напряжения (в определенных пределах) и, как таковые, очень полезны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

SPD с постоянным током (защита по току)

Источники питания серии SIGLENT SPD предлагают режим постоянного тока. Этот параметр ограничивает выходной ток указанного канала и может использоваться в качестве источника постоянного тока и для защиты тестируемого устройства (DUT).

В этом совете мы показываем типичные характеристики SPD при переключении между режимами постоянного напряжения (CV) и постоянного тока (CC).

ИУ представляет собой декадный блок резисторов с ручным выбором, подключенный к источнику питания SPD3303X и осциллографу для регистрации переходных напряжений при переключении между постоянным напряжением и током.

Сопротивление ИУ = 20 Ом

Выход SPD Ch2 установлен на 1 В / 0,08 A

Закон Ома гласит:

В = I * R

I = V / R

Итак, ожидаемая текущая розыгрыш:

I = 1 В / 20 Ом = 0,050 А

Здесь SPD подает 1 В на нагрузку 20 Ом.Измеренный ток составляет 0,049 А, а источник питания находится в режиме постоянного напряжения, на что указывает зеленый светодиод CV на передней панели (вверху).

Теперь, если мы уменьшим сопротивление до 10 Ом, расчетное потребление тока станет:

I = 1 В / 10 Ом = 0,100 А

Теперь измеренное значение. Мы видим, что ток увеличился и остановился чуть ниже заданного значения тока 80 мА. Здесь прибор переходит в режим постоянного тока, о чем свидетельствует красный светодиод CC между выходными клеммами:

А как насчет напряжения во время этого перехода?

Здесь у нас есть несколько снимков переходов от постоянного напряжения к току:

Итак, переходы могут быть очень плавными.Это предотвращает повреждение ИУ и позволяет использовать УЗИП в качестве источника постоянного тока.

ПРИМЕЧАНИЕ. В этом примере используется ИУ с главным сопротивлением резистивного сопротивления. Цепи / ИУ с высокой емкостью / индуктивностью могут демонстрировать более выраженные изменения выходного сигнала, чем показано. Сведение к минимуму постороннего импеданса поможет значительно снизить выбросы и выбросы. Основной вклад вносят кабели (длина и тип).

Постоянный ток: что это такое? (Символ переменного, постоянного и постоянного тока)

Что такое постоянный ток?

DC означает постоянный ток, хотя его часто называют «постоянным током».Постоянный ток определяется как однонаправленный поток электрического заряда. В постоянном токе электроны перемещаются из области отрицательного заряда в область положительного заряда, не меняя направления. Это отличается от цепей переменного тока (AC), где ток может течь в обоих направлениях.

Постоянный ток может протекать через проводящий материал, например проволоку, а также через полупроводники.

Аккумулятор — лучший пример источника постоянного тока. В батарее электрическая энергия, производимая из химической энергии, хранящейся в батарее.Когда аккумулятор подключен к цепи, он обеспечивает постоянный поток заряда от отрицательного полюса аккумулятора к положительному.

Выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный. А инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный.

Символ постоянного тока

Постоянный ток — это постоянный ток. Поэтому символ постоянного тока — прямая линия. Символ постоянного и переменного тока показан на рисунке ниже.

Символ постоянного и переменного тока

Разница между переменным и постоянным током

Электроэнергия доступна в виде переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).В переменном токе ток меняет направление 50-60 раз в секунду в зависимости от частоты.

Основные различия между переменным и постоянным током приведены в таблице ниже;

Переменный ток (AC) Постоянный ток (DC)
Направление потока тока Когда переменный ток течет по цепи, он меняет свое направление. Когда по цепи протекает постоянный ток, он не меняет своего направления.
Частота Частота переменного тока определяет, сколько раз он меняет свое направление. Если частота 50 Гц, это означает, что ток меняет направление 50 раз. Частота постоянного тока всегда равна нулю. Потому что он никогда не меняет своего направления.
Движение электрона Электроны продолжают менять свое направление с прямого на обратное Электроны движутся только в прямом направлении.
Величина тока Величина мгновенного тока изменяется со временем. Величина постоянна в каждый момент времени для чистого постоянного тока. Но это переменная величина для пульсирующего постоянного тока.
Коэффициент мощности Диапазон значений от 0 до 1. Всегда 1.
Пассивный параметр Импеданс (комбинация реактивного сопротивления и сопротивления). Только сопротивление.
Типы Синусоидальный, трапециевидный, квадратный, треугольный Чистый постоянный ток и пульсирующий постоянный ток
Передача электроэнергии В энергосистеме обычным методом передачи энергии является система передачи HVAC.Потери меньше, но больше, чем в системе передачи HVDC. В энергосистеме самой новой технологией для систем передачи является система передачи HVDC. Потери в системе передачи HVDC намного меньше.
Преобразование Может преобразовывать от источника постоянного тока с помощью инвертора. Преобразование от сети переменного тока с помощью выпрямителя.
Тип нагрузки Он может подключаться к резистивному, индуктивному и емкостному типу нагрузки. Может подключаться только с резистивной нагрузкой.
Источник Генератор переменного тока Генератор постоянного тока и аккумулятор
Опасно Это опасно. Но он более опасен, чем переменный ток при той же мощности.
Форма волны
Приложение Большая часть домашнего, промышленного и коммерческого оборудования работает на постоянном токе. Сотовые телефоны, электромобили, гальваника, фонарики и т. Д.

Для чего нужен постоянный ток

Постоянный ток можно легко получить от батареи и солнечных элементов. Для большинства схем силовой электроники требуется питание постоянного тока. Применение постоянного тока в различных областях перечислено ниже;

  • Источник постоянного тока, используемый во многих низковольтных устройствах, например, для зарядки мобильных аккумуляторов. В жилых и коммерческих зданиях DC используется для аварийного освещения, камеры видеонаблюдения, телевидения и т. Д.
  • В транспортном средстве аккумулятор используется для запуска двигателя, освещения и системы зажигания.Электромобиль работает от аккумулятора (постоянный ток).
  • Для связи используется источник постоянного тока 48 В. Как правило, для связи используется один провод, а в качестве обратного пути используется земля. Большинство коммуникационных сетевых устройств работают от постоянного тока.
  • Передача энергии высокого напряжения возможна с помощью линии передачи HVDC. Система передачи HVDC имеет много преимуществ по сравнению с традиционной системой передачи HVAC. Система HVDC более эффективна, чем система HVAC, поскольку не испытывает потерь мощности из-за эффекта коронного разряда или скин-эффекта.
  • В солнечной электростанции энергия, вырабатываемая в виде постоянного тока.
  • Электропитание переменного тока не может храниться как постоянный ток. Итак, для хранения электроэнергии всегда используется постоянный ток.
  • В тяговой системе двигатели локомотивов работают от постоянного тока. В тепловозе также вентилятор, фары, переменный ток и розетки работают от постоянного тока.

Как измерить постоянный ток

Постоянный ток можно измерить с помощью мультиметра. Мультиметр подключается последовательно с нагрузкой.

Черный (COM) щуп мультиметра подключается к отрицательной клемме аккумулятора. Положительный зонд (красный зонд) подключен к нагрузке. Положительный полюс аккумулятора подключен к нагрузке. Схема подключения показана на рисунке ниже.

Измерение постоянного тока

Установите тип постоянного тока на мультиметре. Показание показывает значение постоянного тока, протекающего через нагрузку. Токоизмерительные клещи также используются для измерения постоянного тока, протекающего по проводнику.

Как проходит постоянный ток?

Ток известен как поток заряда или электронов. Направление тока зависит от направления потока заряда.

Электроны текут от отрицательного полюса батареи к положительному полюсу. Кроме того, ток указывает направление от положительного к отрицательному концу.

Бенджамин Франклин заметил, что что-то движется через проводник. Но в то время протоны и электроны не обнаружены.Значит, он не знает, что движется через проводник.

Он предположил, что ток течет из области более высокой концентрации в область более низкой концентрации. И он назвал область более высокой концентрации положительной, а область более низкой концентрации отрицательной. Следовательно, ток течет с положительного на отрицательный. И это направление известно как условное направление течения тока.

После изобретения электрона и протона было подтверждено, что ток перемещается от отрицательного к положительному полюсу батареи.Но все же мы принимаем направление тока как обычным методом.

Кто изобрел постоянный ток

Постоянный ток был впервые представлен батареей итальянского физика Алессандро Вольта. На тот момент направление тока не вводилось. Французский физик Ампер придерживается мнения, что ток движется в одном направлении от положительного к отрицательному.

В конце 19-го, -го, -го века три изобретателя, Никола Тесла, Джордж Вестингауз и Томас Эдисон борются за выбор системы электроснабжения.

Компания Эдисона продвигала систему постоянного тока как доминирующую. электрическая система, и она лучше, чем система переменного тока. Он построил первую электростанцию и начал передавать энергию постоянного тока в дом в Нью-Йорке.

Началась конкуренция между Эдисоном и Теслой. Потому что Tesla поддерживает систему переменного тока и может передавать мощность переменного тока на большие расстояния. После этой войны Westinghouse изготовила первый гидроэлектрический генератор, установленный на Ниагарском водопаде. И победитель нынешней войны. С этого момента система переменного тока преобладает над системой постоянного тока.

Но в настоящее время, в связи с увеличением количества оборудования силовой электроники, постоянный ток используется для питания низковольтных устройств силовой электроники.

Инвертирующий импульсный импульсный стабилизатор постоянного тока для HB-светодиодов с включением 1,5 A

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / ModDate (D: 20200812144033 + 02’00 ‘) / Производитель (Acrobat Distiller 19.0 \ (Windows \)) / Title (Инвертирующий импульсный стабилизатор постоянного тока для HB-светодиодов с включением 1,5 А) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > транслировать application / pdf

  • ON Semiconductor
  • Инвертирующий импульсный импульсный стабилизатор постоянного тока для HB-светодиодов с включением 1.5 А
  • NCP3066 — это монолитный импульсный стабилизатор, соответствующий стандарту
  • обеспечивает постоянный ток для питания светодиодов высокой яркости. Модель
  • Устройство
  • имеет очень низкое напряжение обратной связи 235 мВ (номинальное), что составляет
  • используется для регулирования среднего тока светодиодной цепочки. Дополнительно
  • NCP3066 имеет широкое входное напряжение до 40 В, что позволяет ему работать.
  • от источника 12 В переменного тока или 12-36 В постоянного тока
  • обычно используется для освещения
  • приложений, а также нерегулируемые расходные материалы, такие как аккумуляторные
  • батарей.Импульсный регулятор NCP3066 можно настроить на
  • .
  • Шаг вниз (бак)
  • Повышение (повышение) и инвертирование напряжения
  • топологий с минимальным количеством внешних компонентов. Модель
  • Контакт
  • ВКЛ / ВЫКЛ обеспечивает возможность регулирования яркости ШИМ или малую мощность
  • режим выключения.
  • 2019-08-22T12: 10: 34 + 08: 00BroadVision, Inc.2020-08-12T14: 40: 33 + 02: 002020-08-12T14: 40: 33 + 02: 00Acrobat Distiller 19.0 (Windows) NCP3066 — это монолитный импульсный стабилизатор, предназначенный для подавать постоянный ток для питания светодиодов высокой яркости. В устройство имеет очень низкое напряжение обратной связи 235 мВ (номинальное), которое используется для регулирования среднего тока светодиодной цепочки. В дополнение NCP3066 имеет широкое входное напряжение до 40 В, что позволяет ему работать. от источника питания 12 В переменного тока или 12-36 В постоянного тока, обычно используемого для освещения. приложения, а также нерегулируемые расходные материалы, такие как аккумуляторные батареи.Импульсный регулятор NCP3066 можно настроить в Понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и инвертирующий напряжение топологии с минимальным количеством внешних компонентов. В Контакт ВКЛ / ВЫКЛ обеспечивает возможность регулирования яркости ШИМ или низкое энергопотребление. режим выключения. uuid: 89edb632-72c9-4e6e-b0df-4075d66fd9bcuuid: 33a6f80e-2028-40da-a492-d264dbf0e9d8 конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > транслировать HWMs8 ڣ ~ E-SS [dk = {KL $ R!) K IF «~ u ~ | x $` Gx8F 7W \ ONY # @ r? FQ * X «hrt7dtz) pidF2` & LV # s ‘G6 Mňq.M-o: D_

    4. Характеристики и функции — документация MagnaDC TS Series 1

    4.1. Состояния регулирования выхода

    Источники питания MagnaDC серии TS могут работать как с постоянным напряжением, так и с постоянным выходным током. Источник питания MagnaDC автоматически переключается между двумя состояниями регулирования в зависимости от запрограммированных уставок и сопротивления нагрузки. Состояние регулирования отображается горящим светодиодом над соответствующей ручкой программирования, также через разъем внешнего пользовательского ввода-вывода или по команде компьютера.

    Блок питания MagnaDC серии TS выполнит плавный автопереключение от управления в режиме напряжения к управлению в режиме тока, что определяется уставками напряжения и тока и / или сопротивлением нагрузки. Если одна из уставок установлена ​​на ноль, другой контроль уставки будет иметь незначительный эффект или не будет иметь никакого эффекта, вызывая либо ограничение нулевого напряжения, либо ограничение нулевого тока и предотвращая вывод от источника питания MagnaDC.

    4.1.1. Постоянное напряжение

    Когда отображается состояние стабилизации постоянного напряжения, источник питания MagnaDC поддерживает фиксированное напряжение на запрограммированной уставке, в то время как выходной ток колеблется в зависимости от импеданса нагрузки, как показано на рис.4.1.

    Рис. 4.1 Рабочий диапазон в режиме постоянного напряжения

    Чтобы принудительно перевести источник питания MagnaDC серии TS в режим постоянного напряжения, начните с того, что устройство находится в режиме ожидания, и установите для уставок напряжения и тока нулевое значение. Удерживая нажатой кнопку V / I DIS на передней панели, увеличьте уставки напряжения и тока для желаемого выходного напряжения и желаемого перекрестного тока. Перекрестный ток — это максимальный желаемый ток, при котором источник питания переходит в режим управления текущим режимом, чтобы стать источником постоянного тока.

    Подключите нагрузку и подайте команду на запуск источника питания. Выходное напряжение должно быть близко к уставке напряжения. Если изменение нагрузки приводит к превышению запрограммированной уставки тока, источник питания автоматически переключается на выход постоянного тока при запрограммированной уставке тока, и выходное напряжение будет пропорционально падать. При установке ограничения тока необходимо учитывать высокие пиковые токи, которые могут вызвать нежелательный переход.

    4.1.2. Постоянный ток

    Когда отображается состояние регулирования постоянного тока, источник питания MagnaDC поддерживает фиксированный ток на запрограммированной уставке, в то время как выходное напряжение колеблется в зависимости от импеданса нагрузки, как показано на рис.4.2.

    Рис. 4.2 Рабочий диапазон в режиме постоянного тока

    Чтобы принудительно перевести блок питания MagnaDC серии TS в режим постоянного тока, начните с того, что устройство находится в режиме ожидания, и установите для уставок напряжения и тока нулевое значение. Удерживая нажатой кнопку V / I DIS на передней панели, увеличьте уставки напряжения и тока для желаемого выходного тока и желаемого напряжения кроссовера. Перекрестное напряжение — это максимальное желаемое напряжение, при котором источник питания переходит в режим управления напряжением, чтобы стать источником постоянного напряжения.

    Подключите нагрузку и подайте команду на запуск источника питания. Выходной ток должен быть близок к текущему заданному значению. Если изменение нагрузки вызывает превышение запрограммированной уставки напряжения, источник питания автоматически переключается на постоянное выходное напряжение при запрограммированной уставке напряжения, и выходной ток будет пропорционально падать.

    4.2. Команды

    Следующие команды позволяют пользователю управлять включением схемы обработки мощности источника питания MagnaDC серии TS и устранением неисправностей.Эти команды доступны с передней панели, ввода-вывода внешних пользователей и команд компьютера. Чтобы контролировать, из каких интерфейсов доступны эти команды, пользователь может управлять этими параметрами с помощью следующих параметров конфигурации:

    • INT CTL : управление на передней панели для запуска, остановки и сброса.
    • EXT CTL : Внешний пользовательский ввод / вывод и компьютерное управление для запуска, остановки и сброса.

    INT EXT и EXT CTL могут быть активированы одновременно, при желании, для управления пуском, остановом и сбросом с различных интерфейсов.

    Осторожно

    Отключайте INT CTL только при наличии проверенных внешних или компьютерных элементов управления, так как это не позволит пользователю остановить продукт с передней панели.

    4.2.1. Старт

    Команда «Пуск» включает схему обработки мощности, о чем сигнализирует щелчок включенного входного контактора переменного тока продукта, переводя продукт в состояние питания. Команда «Пуск» может быть подана только тогда, когда продукт находится в режиме ожидания. Если продукт находится в состоянии тревоги или в состоянии питания, команда «Пуск» не подействует.

    После подачи команды «Пуск» изделие переходит в режим плавного пуска, который представляет собой схему предварительной зарядки, используемую для предотвращения пускового тока.

    Примечание

    Для приложений, требующих быстрого и / или частого повторения цикла включения и выключения, когда он находится в состоянии питания, рекомендуется запрограммировать продукт на ноль, а затем вернуться к желаемой уставке, вместо использования команд Стоп / Старт. Программирование продукта до нуля и последующего возврата к заданному значению устраняет задержку схемы плавного пуска и обеспечивает максимально быстрое время нарастания.

    Для получения дополнительной информации о команде «Пуск»:

    4.2.2. Остановка

    Команда «Стоп» отключает схему обработки мощности, о чем сигнализирует щелчок выключения входного контактора переменного тока продукта, переводя продукт в состояние ожидания. Команда «Стоп» может быть подана только тогда, когда продукт находится в состоянии питания. Если продукт находится в состоянии тревоги или ожидания, команда «Стоп» не подействует.

    В целях безопасности команда Stop всегда имеет приоритет над любой другой активной командой, независимо от интерфейса.Если команда «Пуск» подана, когда команда «Стоп» активна, продукт не включится.

    Для получения дополнительной информации о команде «Стоп»:

    4.2.3. Прозрачный

    Команда Clear снимает фиксацию ошибки из памяти и переводит лицевую панель из состояния тревоги в состояние ожидания. После возникновения ошибки необходимо подать команду «Очистить», прежде чем продукт сможет возобновить работу. В качестве альтернативы продукт можно включить и снова включить. Команда Clear снимает фиксацию ошибки из памяти только в том случае, если состояние ошибки было устранено.

    Для получения дополнительной информации о команде Очистить:

    4.3. Защита и диагностика

    4.3.1. Отключение по превышению напряжения (OVT)

    Блок питания MagnaDC серии TS имеет программируемую настройку отключения при перенапряжении, которая используется для отключения продукта, если на выходе постоянного тока измеряется нежелательное максимальное значение напряжения. Параметр OVT может быть отрегулирован максимум до 110% от номинального напряжения конкретного источника питания MagnaDC. Состояние перенапряжения должно поддерживаться в течение ~ 30 мс, чтобы ошибка OVT была зарегистрирована.

    Когда происходит сбой OVT, контактор на входе переменного тока размыкается, обеспечивая механический разрыв схем обработки мощности, но оставляя управляющее питание на месте. Аварийный сигнал OVT обозначается загоранием красного светодиода OVT на передней панели, + 5V на контакте 34 внешнего пользовательского ввода / вывода и компьютерной командой, запрашивающей регистр вопросов. Чтобы возобновить работу, выходное напряжение постоянного тока должно быть ниже значения OVT источника питания MagnaDC, должна быть активирована функция сброса, а вход повторно запитан функцией запуска.

    Настройка OVT может быть запрограммирована с передней панели, через аналоговый вход 0–10 В на выводе 4 внешнего пользовательского ввода-вывода или программно с помощью программного обеспечения.

    Заводская настройка OVT по умолчанию составляет 110% от максимального номинального напряжения конкретного источника питания MagnaDC.

    Для получения дополнительной информации о настройке OVT:

    4.3.2. Отключение по току (OCT)

    Блок питания MagnaDC серии TS имеет программируемую настройку отключения при перегрузке по току, которая используется для отключения продукта, если на выходе постоянного тока измеряется нежелательное максимальное значение тока.Параметр OCT может быть отрегулирован максимум на 110% от номинального тока полной шкалы конкретного источника питания MagnaDC. Состояние перегрузки по току должно поддерживаться в течение ~ 60 мс для регистрации сбоя OCT; эта неисправность намеренно задерживается, чтобы избежать ложных срабатываний.

    Когда происходит сбой OCT, контактор на входе переменного тока размыкается, обеспечивая механический разрыв схем обработки мощности, но оставляя управляющее питание на месте. Аварийный сигнал OCT указывается включением красного светодиода OCT на передней панели, + 5V на контакте 32 внешнего пользовательского ввода / вывода и компьютерной командой, запрашивающей сомнительный регистр.Для возобновления работы выходной постоянный ток должен быть ниже значения OCT источника питания MagnaDC, должна быть активирована функция сброса, а вход повторно запитан с помощью функции запуска.

    Настройка OCT может быть запрограммирована с передней панели, через аналоговый вход 0–10 В на выводе 23 внешнего пользовательского ввода-вывода или программно с помощью программного обеспечения.

    Заводская настройка OCT по умолчанию составляет 110% от максимального номинального тока конкретного источника питания MagnaDC.

    Для получения дополнительной информации о настройке OCT:

    4.3.3. Термический отказ (THL)

    Блок питания MagnaDC серии TS имеет внутренние термовыключатели на различных радиаторах для обеспечения работы при температурах в пределах проектных спецификаций продукта. Тепловая неисправность обычно возникает в результате одного из следующих условий:

    • Эксплуатация при температуре окружающей среды выше максимальной, указанной в спецификации.
    • Блокировка забора воздуха.
    • Неисправность внутреннего вентилятора или соленоида.
    • Обрыв электрического контакта с термовыключателями.
    • Температуры охлаждающей жидкости на впуске выше рекомендованных (только для агрегатов с водяным охлаждением).

    При возникновении теплового сбоя контактор на входе переменного тока размыкается, обеспечивая механический разрыв схем обработки мощности, но оставляя мощность управления и мощность вентилятора на месте. Пользователь не может включить источник питания MagnaDC с передней панели, внешнего интерфейса или с помощью компьютерной команды. О перегреве сигнализирует загорание красного светодиода THL на передней панели, + 5В на выводе 9 внешнего пользовательского ввода-вывода и компьютерная команда, запрашивающая сомнительный регистр.

    Для возобновления работы внутренняя тепловая температура должна вернуться к безопасным рабочим температурам, должна быть активирована функция сброса, а на вход снова подано питание с помощью функции запуска. Подождите, пока блок питания MagnaDC остынет после возникновения теплового сбоя, в противном случае продукт сразу же вернется в состояние теплового сбоя после запуска.

    4.3.4. Блокировка (LOC)

    Функция блокировки отключает источник питания MagnaDC путем перехода в состояние мягкой неисправности.Функция безопасности срабатывает всякий раз, когда сигнал + 5В, подаваемый на блокирующий штифт, нарушается. По умолчанию, когда блок питания MagnaDC поставляется с завода, блокировка отключена. Блокировку можно включить с передней панели, через компьютерный интерфейс. После того, как блокировка назначена одному из контактов, перечисленных во внешнем пользовательском вводе / выводе, для работы продукта необходимо наличие + 5В. Есть два способа подачи + 5В на блокирующий штифт:

    • Обеспечение физического короткого замыкания между входящим / выходным сигналом внешнего пользователя (вывод 14) и цифровым входом блокировки.
    • Использование внешнего пользовательского сигнала +5 В относительно сигнала GND внешнего пользовательского ввода-вывода (контакт 25).

    В любом случае внешний сухой контакт может использоваться для срабатывания блокировки.

    Когда сигнал блокировки + 5V прерывается, рассеивающие элементы отключаются от шины постоянного тока с помощью высокоскоростного переключающего устройства, источник питания MagnaDC переводится в состояние мягкой неисправности.

    Чтобы возобновить нормальную работу, сначала необходимо восстановить сигнал + 5V на входе блокировки и подать команду Clear.

    По умолчанию источник питания MagnaDC серии TS поставляется с отключенной функцией блокировки. Для получения дополнительной информации о включении или отключении функции блокировки:

    4.3.5. Обрыв фазы (PHL)

    Источники питания

    MagnaDC контролируют входное напряжение переменного тока для обеспечения номинального входного напряжения. В случае, если фаза A упадет ниже 10% номинального входного напряжения, продукт сработает с сигналом тревоги обрыва фазы.

    Когда обрыв фазы происходит во время работы изделия, контактор на входе переменного тока размыкается, обеспечивая механический разрыв схем обработки мощности, но оставляя мощность управления и мощность вентилятора на месте.Пользователь не может включить источник питания MagnaDC с передней панели, внешнего интерфейса или с помощью компьютерной команды. Когда обрыв фазы происходит, когда продукт находится в режиме ожидания, пользователь также не сможет включить продукт через переднюю панель или внешний интерфейс. Аварийный сигнал обрыва фазы отображается красным светом светодиода PHL на передней панели или командой компьютера, запрашивающей регистр вопросов.

    Изделие не должно эксплуатироваться с дисбалансом фаз.При возникновении аварийного сигнала обрыва фазы проверьте входные соединения переменного тока, чтобы убедиться в надежности соединений. Исследуйте систему питания переменного тока и контролируйте напряжение на шине, чтобы убедиться, что она обеспечивает стабильное линейное напряжение в соответствии с требованиями к номинальному входному напряжению переменного тока источника питания.

    Для возобновления работы сетевое напряжение переменного тока должно вернуться в пределах 10% от номинального входного напряжения переменного тока продукта, должна быть активирована функция сброса, а на вход повторно подано напряжение с помощью функции запуска.

    4.3.6. Ошибка программной линии (PGL)

    Источник питания MagnaDC серии TS контролирует аналоговые программные входы 0–10 В на разъеме внешнего пользовательского ввода-вывода на предмет ошибочного ввода. В случае, если любое приложенное аналоговое входное напряжение превышает 12,5 В, контактор на входе переменного тока размыкается, обеспечивая механический разрыв схем обработки мощности, но оставляя управляющую мощность на месте. Аварийный сигнал PGL обозначается красным светом светодиода PGL на передней панели, + 5В на контакте 27 внешнего пользовательского ввода-вывода и компьютерной командой, запрашивающей сомнительный регистр.

    Для возобновления работы аналоговые входные напряжения должны вернуться к значению ниже 12,5 В постоянного тока, должна быть активирована функция сброса, а вход повторно активирован с помощью функции запуска. Изучите источник ошибочного аналогового входного напряжения, чтобы предотвратить возможное повреждение.

    Осторожно

    Напряжение программирования аналогового входа, превышающее 20 В постоянного тока, приведет к повреждению интегральных схем на плате управления и потребует замены платы управления. Всегда проверяйте аналоговые входные сигналы с помощью внешнего вольтметра перед их подключением к источнику питания MagnaDC.

    4.3.7. Предохранитель (FSE)

    Источники питания

    MagnaDC содержат различные силовые и управляющие предохранители. Авария предохранителя сигнализируется включением красного светодиода FSE на передней панели, + 5В на контакте 15 внешнего пользовательского ввода-вывода и компьютерной командой, запрашивающей сомнительный регистр. Аварийный сигнал предохранителя указывает на то, что один из трех основных предохранителей сгорел.

    Примечание

    Только продукты серии MT. Для схемы обработки мощности программируемые источники питания постоянного тока серии MT оснащены трехфазным автоматическим выключателем переменного тока вместо предохранителей.В случае срабатывания прерывателя или если прерыватель не задействован после включения управляющего питания с помощью переключателя управляющего питания на передней панели, появится аварийный сигнал FSE. После включения выключателя во включенное положение процедуры сброса аварийного сигнала FSE описаны ниже.

    Для возобновления работы необходимо заменить предохранитель, активировать функцию сброса и повторно активировать вход с помощью функции пуска.

    Дополнительные сведения о номиналах предохранителей и замене см. В разделе «Номиналы предохранителей».

    Многоступенчатый метод зарядки CC-CV для литий-ионной батареи

    Зарядка литий-ионной батареи с использованием стратегии постоянного тока и постоянного напряжения (CC-CV) при –10 ° C позволяет достичь только 48,47% от нормальной емкости. Чтобы улучшить плохие характеристики зарядки при низкой температуре, принцип работы зарядки аккумулятора при низкой температуре анализируется с использованием электрохимической модели и модели эквивалентной схемы RC первого порядка; кроме того, предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. В предлагаемой многоступенчатой ​​стратегии CC-CV зарядный ток уменьшается, чтобы продлить процесс зарядки, когда напряжение на клеммах достигает напряжения отключения зарядки.Результаты зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV получены при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C по сравнению с результатами CC-CV и двухступенчатой ​​стратегии CC-CC. Результаты сравнения показывают, что при целевых температурах зарядные емкости увеличиваются с помощью многоступенчатой ​​стратегии CC-CV, и примечательно, что зарядная емкость может достигать 85,32% от номинальной емкости при −10 ° C; также сокращается время зарядки.

    1. Введение

    Благодаря преимуществам нулевого загрязнения, высокой энергоэффективности и плюралистичности источников энергии электромобили (EV) стали новой точкой развития автомобильной промышленности [1–3].Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях из-за их высокой плотности энергии, длительного срока службы и высокого уровня безопасности [4]. Но технология аккумуляторов по-прежнему не может удовлетворить потребности электромобилей в отношении больших расстояний, быстрого восстановления емкости и использования при низких температурах [5]. При низкой температуре химическая активность аккумулятора снижается, сопротивление увеличивается, а емкость уменьшается. Процесс зарядки более сложен, чем процесс разряда при низкой температуре [6, 7].

    В последние годы была проделана большая работа по стратегиям зарядки.В [8] для получения быстрой зарядки был предложен трехступенчатый метод зарядки Ni / MH аккумулятора. В [9] была предложена оптимальная стратегия зарядки током, основанная на граничных кривых зарядного тока. Кривые граничного зарядного тока были получены путем анализа повышения температуры и поляризационного напряжения в процессе зарядки. Период зарядки был уменьшен, а емкость увеличена с помощью стратегии. В [10] предложена стратегия заряда с изменяемым напряжением, которая может обнаруживать и динамически отслеживать подходящую скважность зарядного импульса.По сравнению с обычной стратегией CC-CV скорость зарядки была увеличена на 14%, а эффективность зарядки — на 3,4%. В [11] была построена модель оценки SOC, а процесс зарядки CC-CV контролировался SOC батареи. Емкость заряда можно контролировать, чтобы получить более высокий уровень заряда и избежать перезарядки. В [12] был использован алгоритм Ant Colony System для выбора оптимального зарядного тока среди пяти состояний зарядки, время зарядки было уменьшено, а срок службы батареи увеличен на 25%.В [13] для получения быстрого заряда использовался алгоритм на основе Тагучи. При использовании стратегии зарядки емкость аккумулятора может достигать 75% за 40 минут. В [14] был предложен метод зарядки с нечетким управлением на основе постоянной поляризации для адаптации приема зарядного тока с каскадами SOC батареи. Стратегия зарядки может сократить время зарядки без явного повышения температуры. Ruan et al. и Zhao et al. [15, 16] исследовали температурные характеристики процесса зарядки и разрядки. Температура увеличилась больше в процессе разрядки по сравнению с повышением температуры в процессе зарядки.Перед процессом зарядки был добавлен импульсный процесс зарядки / разрядки, чтобы аккумулятор можно было предварительно нагреть. Аккумулятор мог начать процесс зарядки при относительно высокой температуре, а емкость заряда увеличивалась при низкой температуре.

    Все стратегии зарядки, предложенные в [8–14], в разной степени увеличивают характеристики зарядки аккумулятора. Но производительность зарядки при низких температурах не рассматривается. Хотя стратегия зарядки с предварительным нагревом при низкой температуре, предложенная в [15, 16], может увеличить зарядную емкость, процесс самоподогрева требует слишком много времени и не может работать в условиях низкого SOC.В этой статье анализируется зарядная характеристика литий-ионного аккумулятора при различных температурах, используется электрохимическая модель и модель эквивалентной схемы первого порядка для теоретического анализа плохих низкотемпературных характеристик литий-ионного аккумулятора и предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV. Многоступенчатая стратегия CC-CV сравнивается со стратегиями CC-CV и двухэтапной CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C.

    2. Экспериментальная
    2.1. Аккумулятор и оборудование

    Используемый аккумулятор представляет собой литий-ионный цилиндрический аккумулятор 18650 с нормальной емкостью 1.37 Ач, нормальное напряжение 3,2 В и напряжение отключения 3,6 В. Максимальные скорости зарядки и разрядки составляют 1 ° C и 2 ° C соответственно. Материал положительного электрода — LiFePO 4 , материал отрицательного электрода — LiC 6 . Тестер аккумуляторов — это тестер аккумуляторов LD с 8 каналами тестирования, и процесс тестирования можно программировать и контролировать с помощью компьютера. Аккумулятор испытывали в температурной камере, чтобы гарантировать постоянство температурного параметра. Подробные параметры тестера батарей и температурной камеры приведены в таблице 1.Схема эксперимента представлена ​​на рисунке 1.

    точность 9066 9066 Температурный допуск

    Аккумуляторное оборудование Максимальный испытательный ток 20 A
    Максимальное испытательное напряжение 5 В Испытательное
    0,1%

    Температурная камера Максимальная температура 150 ° C
    Минимальная температура −40 ° C
    1 ° C


    2.2. Экспериментальный процесс

    В ходе экспериментов тестировались стратегии зарядки аккумулятора: CC-CV, двухступенчатый CC-CV и многоступенчатый CC-CV. Температурные точки испытания составляли 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C. Стратегии зарядки объясняются следующим образом.

    Для стратегии CC-CV процесс постоянного тока заряжался при 0,3 C до напряжения отключения 3,6 В, а процесс постоянного напряжения заряжался при 3.6 В в течение 5 мин.

    Для двухступенчатой ​​стратегии CC-CV в первом процессе постоянного тока была зарядка при 1 ° C до напряжения отключения 3,6 В. Затем во втором процессе постоянного тока зарядный ток был уменьшен до 0,5 ° C. ток зарядки был уменьшен, напряжение на клеммах упало ниже 3,6 В, что позволило продлить процесс постоянного тока до тех пор, пока напряжение на клеммах снова не достигнет напряжения отключения. При постоянном напряжении зарядка осуществлялась при 3,6 В в течение 5 мин [17].

    Для многоступенчатой ​​стратегии CC-CV процесс постоянного тока был разделен на десять этапов. Максимальные и минимальные значения составляли 1 ° C и 0,1 ° C соответственно, а зарядный ток уменьшался на 0,1 ° C, когда напряжение на клеммах достигало напряжения отключения. Процесс зарядки при постоянном напряжении составлял 3,6 В в течение 5 мин.

    3. Зарядная характеристика аккумулятора при низкой температуре
    3.1. Характеристика зарядной емкости при разной температуре

    Выбранный аккумулятор был заряжен по стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и -10 ° C для получения характеристики зарядной емкости при низкой температуре.Перед каждым процессом зарядки при разной температуре аккумулятор разряжался пустым при 25 ° C и выдерживался в течение шести часов, чтобы обеспечить равномерную температуру всей батареи. Как показано на Рисунке 2, зарядные емкости при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C составляют 1,309 Ач, 1,196 Ач и 0,664 Ач соответственно. Емкость заряда снижается на 8,6% при 0 ° C и на 49,3% при −10 ° C по сравнению с емкостью при 25 ° C. Емкость зарядки сильно уменьшается при −10 ° C.


    3.2. Характеристика OCV при разной температуре

    Батарея была протестирована по правилу гибридной импульсной характеристики мощности (HPPC), которое подробно описано в «Руководстве по тестированию аккумуляторов Freedom CAR» [18], чтобы получить OCV, омическое сопротивление () и сопротивление поляризации ().SOC можно рассчитать по следующей формуле: где — начальное значение SOC батареи, AHC — нормальная емкость батареи при 25 ° C, и — разрядный (положительный) или зарядный (отрицательный) ток. Как кривые OCV, показанные на рисунке 3, OCV отражает тенденцию к увеличению с понижением температуры, а разница OCV при разных температурах относительно более очевидна при низком SOC.


    3.3. и характеристика при разной температуре

    Как показано на рисунках 4 и 5, оба значения и увеличиваются с понижением температуры.остается стабильным при увеличении SOC, и увеличение составляет почти 258% при -10 ° C. увеличивается с увеличением SOC и снижением температуры, и максимальное увеличение составляет почти 257% при -10 ° C с 90% SOC.



    4. Электрохимическая модель и эквивалентная схема первого порядка
    4.1. Электрохимический литий-ионный аккумулятор модели

    Doyle et al. предложили теорию пористого электрода для анализа электрохимического процесса литий-ионного аккумулятора [19].Одномерная геометрия состоит из коллектора отрицательного / положительного тока, отрицательного / положительного электродов и разделителя. Материал коллектора отрицательного тока — медь, а материал коллектора положительного тока — алюминий. Активным материалом положительного электрода является LiFePO 4 , а активным материалом отрицательного электрода — LiC 6 . Сепаратор представляет собой пористую полиолефиновую мембрану. Электролит представляет собой соль лития, растворенную в жидкой смеси этиленкарбоната (EC) и диметилкарбоната (DMC) в соотношении 1: 1 или 2: 1.Пример одномерной геометрии процесса зарядки показан на рисунке 6 [20], а химическое уравнение зарядки:


    В процессе зарядки электроны перемещаются от положительного электрода к отрицательному через внешнюю цепь, и Li + перемещается от положительного электрода к отрицательному через сепаратор в электролите. Поскольку процесс зарядки представляет собой химическую реакцию, на характеристики реакции влияют концентрация и диффузия Li + .Концентрация литий-иона в фазе электролита изменяется со временем и может быть описана вторым законом Фика по координате, показанной на рисунке 6 [21]: где — концентрация литий-иона в фазе электролита, — коэффициент диффузии Li + . в фазе электролита — число переноса ионов лития по отношению к скорости растворителя, — постоянная Фарадея, — плотность тока переноса заряда.

    Распределение Li-иона в твердой фазе также описывается вторым законом диффузии Фика в полярных координатах [21]: где — концентрация Li-иона в твердом теле, — коэффициент диффузии Li + в твердом состоянии. фаза, — радиус сферической частицы.

    Формула Аррениуса показывает коэффициент диффузии Li + в твердой фазе, как показано ниже [21]: где — энергия активации диффузии. — универсальная газовая постоянная, — эталонный коэффициент диффузии при, — эталонная температура, — температура. Формула (5) показывает, что коэффициент диффузии уменьшается с понижением температуры. В [14] указано, что диффузионная поляризация твердой фазы доминирует над общей поляризацией, а поляризация твердой фазы увеличивается с уменьшением коэффициента диффузии.Увеличение поляризации приводит к более высокому напряжению поляризации по сравнению с напряжением при нормальной температуре, пространство для увеличения напряжения на клеммах во время процесса зарядки постоянным током уменьшается, и зарядная емкость уменьшается.

    Плотность тока переноса заряда может быть получена с помощью следующей формулы Батлера-Фольмера [20]: где — плотность тока обмена, и — коэффициенты переноса анода и катода, и — поверхностный потенциал над потенциалом, который можно получить, используя по следующей формуле [20]: где — потенциал твердой фазы, — потенциал фазы электролита, — напряжение холостого хода.

    можно описать так, как показано ниже [20]: где — коэффициент скорости реакции, — максимальная концентрация литий-ионов в электродах, и — это концентрация литий-ионов на поверхности активных частиц.

    можно получить по следующей формуле [20]: где — энергия активации реакции, — коэффициент скорости реакции при. С понижением температуры коэффициент скорости реакции уменьшается. Как показывает формула (7), уменьшается с понижением температуры. Реакция зарядки затруднена из-за уменьшения коэффициента скорости реакции.Поскольку параметр не зависит от времени, препятствие для зарядки можно рассматривать как резистивный процесс. Увеличение импеданса также приводит к увеличению напряжения на клеммах и уменьшению зарядной емкости.

    Анализ электрохимической модели процесса зарядки при низкой температуре показывает, что основное препятствие состоит в поляризации и увеличении импеданса. Это увеличение можно проанализировать с помощью модели эквивалентной схемы, поляризацию можно смоделировать параллельными емкостью и сопротивлением, а сопротивление можно смоделировать сопротивлением.В следующей части используется модель эквивалентной схемы первого порядка.

    4.2. Модель эквивалентной схемы первого порядка

    Модель эквивалентной схемы первого порядка используется для анализа процесса зарядки [21, 22]. Как показано на рисунке 7, представляет собой омическое сопротивление, представляет собой напряжение во включенном состоянии и, соответственно, представляет поляризационную емкость и поляризационное сопротивление, представляет собой напряжение во включенном состоянии и, OCV представляет собой напряжение холостого хода, представляет собой напряжение на клеммах и представляет собой зарядку. Текущий.Могут быть получены следующие формулы:


    Принимая во внимание и, можно получить следующее: где.

    Из формул (10) — (11) видно, что определяется OCV,,, и. Как упоминалось выше, OCV мало изменяется при понижении температуры, а и значительно увеличивается при понижении температуры. Увеличение можно объяснить медленной кинетикой электрохимической реакции под влиянием температуры. Процесс постоянного тока в стратегии CC-CV ограничен напряжением отключения, а зарядная емкость в основном зависит от процесса постоянного тока.При низкой температуре и увеличении, и увеличении, и выше, чем при нормальной температуре. Напряжение отключения достигается раньше, а процесс постоянного тока прекращается раньше [23]. Увеличение и зависит от конструктивных параметров батареи и не может контролироваться в процессе зарядки. Единственный параметр, которым можно управлять, — это зарядный ток. Как было предложено в [17], для двухэтапной стратегии CC-CV процесс зарядки постоянным током был разделен на два этапа.Первый этап — это зарядка аккумулятора с максимальной скоростью заряда до достижения напряжения отключения. Ток зарядки второй ступени был уменьшен до половины максимальной скорости зарядки, а напряжение на клеммах можно уменьшить, чтобы продлить процесс зарядки постоянным током для увеличения емкости. В соответствии с текущим процессом снижения двухэтапной стратегии CC-CV, в этой статье предлагается многоступенчатая стратегия CC-CV с более подробными текущими ставками. Как только напряжение отключения быстро достигается при низкой температуре, напряжение на клеммах может быть уменьшено с уменьшением зарядного тока, а процесс зарядки постоянным током может быть многократно продлен для увеличения зарядной емкости.Между тем, зарядный ток уменьшается по сравнению с максимальной скоростью, и многоступенчатая система может автоматически и постепенно выбирать оптимальный зарядный ток, чтобы максимально использовать высокую скорость зарядки и сократить период зарядки.

    5. Результат и обсуждение
    5.1. Анализ различных стратегий зарядки при 25 ° C

    На рисунках 8–10 показаны кривые напряжения на клеммах с различными стратегиями зарядки при 25 ° C. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,25 В при низком диапазоне SOC от 0% до 10%, в то время как напряжения на клеммах двухступенчатой ​​стратегии CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии CC-CV увеличиваются примерно до 3.4 В. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,4 В при достижении SOC 90% и резко возрастает до 3,6 В в конце зарядки. Напряжения на клеммах двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV стратегии увеличиваются до 3,6 В с SOC 85%. При уменьшении тока напряжение на клеммах двухступенчатой ​​стратегии CC-CV уменьшается до 3,49 В и снова увеличивается до 3,6 В с увеличением SOC на 7%. В отличие от двухступенчатой ​​стратегии CC-CV, напряжение на клеммах многоступенчатой ​​стратегии CC-CV имеет большее время уменьшения, чтобы увеличить заряд SOC до более высокого уровня.




    На рисунке 11 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при 25 ° C. Емкость зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV составляет 1,309 Ач, 1,299 Ач и 1,368 Ач соответственно. Возможности двухэтапных стратегий CC-CV и нескольких CC-CV выше, чем у стратегии CC-CV для текущего процесса уменьшения. Многоступенчатый CC-CV имеет самую высокую зарядную емкость, потому что процесс уменьшения тока многоступенчатой ​​стратегии CC-CV имеет больше градиентов, чем двухступенчатая стратегия CC-CV.Периоды зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV стратегии зарядки составляют 223 мин, 67,4 мин и 94,7 мин соответственно. Очевидно, что стратегия зарядки CC-CV имеет самый длительный период зарядки при низкой постоянной скорости зарядки. Хотя полный период зарядки двухступенчатого CC-CV короче, чем у многоступенчатого CC-CV, многоступенчатая стратегия зарядки CC-CV имеет большую емкость зарядки. Период зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV короче, чем период зарядки двухступенчатой ​​стратегии CC-CV в той же точке 94 зарядки SOC.8%.


    5.2. Анализ различных стратегий зарядки при 0 ° C

    Как показано на рисунке 12, в отличие от напряжения на клеммах при 25 ° C, напряжение на клеммах стратегии CC-CV увеличивается до 3,35 В при низком диапазоне SOC от 0% до 10%. Увеличивается крутизна увеличения напряжения на клеммах в диапазоне SOC от 10% до 80%. Повышение напряжения на клеммах в направлении напряжения отключения и резкое повышение при 25 ° C с диапазоном SOC выше 80% исчезают. Увеличение напряжения на клеммах указывает на то, что нормальный процесс зарядки CC-CV был изменен увеличением внутреннего сопротивления при низкой температуре.


    Как показано на рисунках 13-14, первая стадия зарядки двухступенчатой ​​стратегии CC-CV длится недолго до достижения напряжения отключения для увеличения внутреннего сопротивления и высокой скорости зарядки. Вторая стадия зарядки снижает уровень зарядного тока на 0,5 C, а напряжение на клеммах уменьшается на 0,23 В и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение отключения. В отличие от двухступенчатой ​​стратегии CC-CV, ток уменьшается на 0,1 C в многоступенчатой ​​стратегии CC-CV.Напряжения на клеммах ступеней зарядки постоянным током 1–0,7 ° C быстро увеличиваются при SOC ниже 22%. Напряжения на клеммах 0,6–0,4 ° C на ступенях зарядки постоянным током растут медленнее с SOC от 22% до 73,4%. Напряжения на клеммах 0,3–0,1 ° C на ступенях зарядки постоянным током снова быстро увеличиваются, при этом SOC превышает 73,4%. Кривая напряжения на клеммах многоступенчатого CC-CV показывает, что многоступенчатая стратегия CC-CV может автоматически выбирать оптимальный ток зарядки путем ограничения напряжения отключения и уменьшения тока.



    Результат зарядки при 0 ° C показывает, что емкость стратегии зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV составляет 1,196 Ач, 0,758 Ач и 1,246 Ач соответственно. По сравнению с результатом зарядки при 25 ° C, зарядные способности CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV снижаются на 8,2%, 39,5% и 8,9% соответственно. Поскольку основная скорость зарядки двухступенчатой ​​стратегии CC-CV на 0,5 ° C выше, чем 0,3 ° C для стратегии CC-CV, и скорость зарядки больше не уменьшается, двухступенчатая стратегия CC-CV имеет наибольшее снижение снижения емкости зарядки. при 0 ° C.Поскольку многоступенчатая стратегия CC-CV имеет скорость зарядки на 0,2 ° C и 0,1 ° C ниже, чем 0,3 ° C для стратегии CC-CV, емкость зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV выше, чем у стратегии CC-CV.

    На рисунке 15 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при 0 ° C. Периоды зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV составляют 183,4 мин, 68,7 мин и 148 мин. Тенденция кривой многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV показывает очевидную скорость увеличения емкости, хотя скорость замедляется для уменьшения тока в более поздний период.Как показано пунктирной линией, период зарядки многоступенчатой ​​CC-CV короче, чем у двухступенчатой ​​стратегии CC-CV с тем же SOC зарядки 55,32%. Многоступенчатый CC-CV по-прежнему имеет максимальную емкость зарядки и минимальный период зарядки при 0 ° C.


    5.3. Анализ различных стратегий зарядки при –10 ° C

    На рисунках 16–18 показаны кривые напряжения на клеммах с различными стратегиями зарядки при –10 ° C. Напряжение на клеммах стратегии CC-CV достигает напряжения отключения в точке 48 SOC.67%. Напряжение на клеммах первой ступени двухступенчатой ​​стратегии CC-CV увеличивается прямо по направлению к напряжению отключения, а вторая ступень увеличивает SOC только до 32,26%. Все напряжения на клеммах зарядного тока при 1–0,6 ° C многоступенчатой ​​стратегии CC-CV быстро увеличиваются до напряжения отключения с ростом SOC менее 10%. Напряжения на клеммах зарядного тока при 0,5–0,1 ° C увеличиваются медленнее, примерно на 75% от роста SOC. Все кривые напряжения на клеммах показывают, что напряжение увеличивается быстрее при более низкой температуре и более высокой скорости зарядного тока.




    Результат зарядки при -10 ° C показывает, что емкость CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV составляет 0,664 Ач, 0,442 Ач и 1,169 Ач, соответственно. По сравнению с результатом зарядки при 25 ° C, зарядные способности CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV снижаются на 47,08%, 62,56% и 14,53% соответственно. Можно указать, что зарядная емкость CC-CV сильно уменьшается, и первая стадия двухступенчатой ​​стратегии CC-CV наоборот становится пределом емкости.Многоступенчатая стратегия CC-CV может поддерживать зарядную емкость выше 80% даже при −10 ° C.

    На рисунке 19 показаны кривые SOC для различных стратегий зарядки при −10 ° C, а периоды зарядки для стратегий зарядки CC-CV, двухступенчатой ​​CC-CV и многоступенчатой ​​CC-CV составляют 101,7 мин, 39,38 мин и 197,1 мин. , соответственно. Кривая двухступенчатой ​​стратегии зарядки CC-CV показывает очевидную сложность увеличения емкости при такой температуре. Хотя крутизна увеличения напряжения на клеммах двухступенчатой ​​стратегии CC-CV близка к таковой для многоступенчатой ​​стратегии CC-CV, емкость заряда значительно отличается.Сравнение кривых SOC показывает, что период зарядки многоступенчатой ​​стратегии CC-CV по-прежнему является самым коротким в той же точке SOC. Многоступенчатый CC-CV по-прежнему имеет максимальную емкость зарядки при -10 ° C.


    5.4. Анализ многоступенчатой ​​стратегии CC-CV

    На рисунке 20 показаны кривые емкости для различных значений зарядного тока многоступенчатой ​​стратегии CC-CV при разной температуре, и соответствующая высокая зарядная емкость скорость зарядного тока уменьшается с понижением температуры.Зарядная емкость при 1 C составляет 1,162 Ач, что превышает 80% емкости аккумулятора, а при других скоростях зарядки требуется только восстановить оставшуюся емкость при 25 ° C. Хотя высокая скорость зарядки не работает при понижении температуры, величина зарядного тока при максимальной зарядной емкости 0,28 Ач составляет 0,5 C при 0 ° C. Уровень зарядного тока при максимальной зарядной емкости 0,266 Ач составляет 0,3 C при −10 ° C. Основная емкость заряжается в диапазоне значений зарядного тока при низкой температуре. Многоступенчатый CC-CV может автоматически выбирать оптимальный ток зарядки по двум причинам.Предел напряжения отключения может остановить этап зарядки с неоптимальной скоростью зарядного тока. Многоступенчатая система имеет десять значений зарядного тока от максимальной 1 C до минимальной 0,1 C, что обеспечивает потребности в зарядке при различных температурах. Многоступенчатая стратегия CC-CV — это стратегия зарядки в широком диапазоне температур, обеспечивающая высокую зарядную емкость и малый период зарядки.


    6. Заключение

    Из презентации выше видно, что зарядная емкость стратегии CC-CV может быть только 48.47% нормальной емкости при −10 ° C. Процесс зарядки анализируется с помощью электрохимической модели литий-ионного аккумулятора и модели эквивалентной схемы первого порядка. Увеличение внутреннего сопротивления является основным ограничением зарядной емкости при низкой температуре. Предлагаемая многоступенчатая стратегия CC-CV может расширить процесс зарядки постоянным током для получения большей емкости за счет снижения скорости зарядки, когда напряжение на клеммах достигает напряжения отключения. Экспериментальные результаты показывают, что емкость заряда при многоступенчатой ​​стратегии CC-CV при 25 ° C, 0 ° C и −10 ° C равна 1.368 Ач, 1,246 Ач и 1,169 Ач соответственно. По сравнению со стратегиями CC-CV и двухступенчатой ​​CC-CV, многоступенчатая стратегия CC-CV имеет наибольшую емкость зарядки и самые короткие периоды зарядки при заданных температурах.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

    Благодарности

    Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (NNSF) Китая (грант №51105220).

    ЗАКОН AMPERES

    ЗАКОН AMPERES

    Магнитное поле на расстоянии r от очень длинного прямого провода, несущего установившийся ток I, имеет величину, равную

    (31.)

    и направление, перпендикулярное r и I. Интеграл по путям по окружности с центром вокруг проволоки (см. рисунок 31.1) равно

    (31.2)

    Здесь мы использовали тот факт, что магнитное поле является касательным в любой точке на круговой траектории интегрирования.

    Рисунок 31.1. Магнитное поле, создаваемое током. Любой произвольный путь можно рассматривать как набор радиальных сегменты (r изменяется, а [theta] остается постоянным) и круглые сегменты ([тета] изменяется, а r остается постоянным). Для радиальных сегментов магнитная поле будет перпендикулярно перемещению и продукту скейлера между магнитное поле и смещение равны нулю.Рассмотрим теперь небольшой циркуляр отрезок траектории вокруг проволоки (см. рисунок 31.2). Интеграл по путям на этом круговом отрезке равно

    (31.3)

    Рисунок 31.2. Интеграл по небольшому круговому пути. Уравнение (31.3) показывает, что вклад этого циркуляра отрезок к общему интегралу по путям не зависит от расстояния r и только зависит от изменения угла [Дельта] [тета]. Для замкнутого пути общее изменение угла будет 2 пи, и уравн.(31.3) можно переписать как

    (31,4)

    Это выражение — Закон Ампера :

    «Интеграл от B вокруг любого замкнутого математического пути равен u 0 раз больше тока, перехваченного областью, охватывающей путь «

    Пример: Задача 31.5

    Шесть параллельных алюминиевых проводов небольшого, но конечного радиуса лежат в тот же самолет. Провода разделены равным расстоянием d, и они несут равные токи I в том же направлении.Найдите магнитное поле в центре первый провод. Предположим, что токи в каждом проводе распределены равномерно. по его поперечному сечению.

    Схематическое изображение проблемы показано на рисунке 31.3. Магнитное поле генерируется одиночным проводом равно

    (31,5)

    где r — расстояние от центра провода. Уравнение (31.5) имеет вид правильно для всех точек за пределами провода, и поэтому может использоваться для определения магнитное поле, создаваемое проводами 2, 3, 4, 5 и 6.Поле на центр провода 1 из-за тока, протекающего в проводе 1, может быть определен с помощью Закон Ампера и равен нулю. Суммарное магнитное поле в центре провод 1 можно найти путем векторного сложения вкладов каждого из шести провода. Поскольку направление каждого из этих вкладов одинаково, полное магнитное поле в центре провода 1 равно

    (31.6)

    Рисунок 31.3. Проблема 31.5

    Соленоид — это устройство, используемое для создания однородного магнитного поля.Оно может быть изготовленным из тонкого проводящего провода, намотанного в спиральную спиральную катушку, состоящую из множества витков. Магнитное поле внутри соленоида можно определить, суммируя магнитные полей, порожденных N отдельными кольцами (где N — количество витков соленоид). Мы ограничимся обсуждением магнитного поля, создаваемого соленоид к тому, который генерируется идеальным соленоидом, который бесконечно длинный, и имеет очень плотно намотанные катушки.

    Идеальный соленоид обладает поступательной и вращательной симметрией.Однако, поскольку силовые линии магнитного поля должны образовывать замкнутые контуры, магнитное поле не может быть направлен в радиальном направлении (в противном случае будут созданы силовые линии или разрушен на центральной оси соленоида). Таким образом, мы заключаем, что силовые линии в соленоиде должны быть параллельны оси соленоида. Величина магнитного поля можно получить, применив закон Ампера.

    Рисунок 31.4. Идеальный соленоид. Рассмотрим путь интеграции, показанный на рисунке 31.4. Путь интеграл магнитного поля вокруг этого пути интегрирования равен

    (31,7)

    где L — горизонтальная длина пути интегрирования. Текущий вложенный по пути интегрирования равен N . I 0 где N — число витков на пути интегрирования, а I 0 — это ток в каждом витке соленоида. Используя закон Ампера, заключаем, что

    (31.8)

    или

    (31,9)

    где n — количество витков соленоида на единицу длины. Уравнение (31.9) показывает, что магнитное поле B не зависит от положения внутри соленоид. Мы заключаем, что магнитное поле внутри идеального соленоида равно униформа.

    Пример: Задача 31.14

    По длинному соленоиду из n витков на единицу длины проходит ток I, и через по длинной прямой проволоке, идущей вдоль оси этого соленоида, проходит ток I ‘.Найдите суммарное магнитное поле внутри соленоида на расстоянии r от оси. Опишите форму силовых линий магнитного поля.

    Магнитное поле, создаваемое соленоидом, однородное, направленное параллельно оси соленоида, и имеет величину, равную

    (31.10)

    Магнитное поле длинного прямого провода, по которому течет ток I ‘, имеет величина равна

    (31.11)

    и направлена ​​перпендикулярно направлению r и I ‘.Направление Таким образом, провод B перпендикулярен направлению В соль . Чистое магнитное поле внутри соленоида равно векторная сумма B провода и B sol . Его величина равна на номер

    (31.12)

    Угол a между направлением магнитного поля и осью z равен по

    (31,13)

    Пример: проблема 31.15

    Коаксиальный кабель состоит из длинного цилиндрического медного провода с радиусом r 1 в окружении цилиндрической оболочки с внутренним радиусом r 2 и внешний радиус r 3 (см. рисунок 31.5). Проволока и оболочка несут равные и противоположные токи I равномерно распределены по их объемам. Находить формулы для магнитного поля в каждой из областей r 1 , r 1 2 , r 2 3 и r> r 3 .

    Силовые линии магнитного поля представляют собой круги с центром на оси симметрии магнитного поля. коаксиальный кабель. Сначала рассмотрим путь интегрирования с r 1 . Интеграл по путям B на этом пути равен

    . (31,14)

    Ток, заключенный в этом пути интеграции, равен

    . (31,15)

    Применяя закон Фарадея, мы можем связать вложенный ток с интегралом по путям из Б

    (31.16)

    Следовательно, магнитное поле B равно

    . (31.17)

    Рисунок 31.5. Проблема 31.15. В области между проводом и оболочкой закрытый ток равен I, а интеграл по путям магнитного поля равен уравнение (31.14). Закон Ампера гласит, что

    (31.18)

    а магнитное поле равно

    (31,19)

    В третьей области (r 2 3 ) интеграл по путям магнитного поля вдоль круговой траектории радиуса r определяется выражением экв.(31,14). Включенный ток равен

    (31.20)

    Следовательно, магнитное поле равно

    . (31.21)

    Ток на пути интегрирования с радиусом r> r 3 равна нулю (так как ток в проводе и в оболочке течет в противоположные направления). Следовательно, магнитное поле в этой области также равняется нулю.

    Магнитная сила, действующая на частицу с зарядом q, движущуюся со скоростью v, равна равно

    (31.22)

    Эта сила всегда перпендикулярна направлению движения частицы, и поэтому изменит только направление движения, а не величину скорости. Если заряженная частица движется в однородной магнитной поле с напряженностью B, перпендикулярное скорости v, то величина магнитной силы определяется как

    (31,23)

    и его направление перпендикулярно v. В результате этой силы частица будет совершать равномерное круговое движение.Радиус круга равен определяется требованием, чтобы сила магнитного поля была равна центростремительная сила. Таким образом

    (31,24)

    Радиус орбиты r равен

    . (31,25)

    где p — импульс заряженной частицы. Расстояние, пройденное частица за один оборот равна

    (31,26)

    Время T, необходимое для совершения одного оборота, равно

    . (31.27)

    Частота этого движения равна

    . (31,28)

    и называется циклотронной частотой . Уравнение (31.28) показывает что циклотронная частота не зависит от энергии частицы, и зависит только от его массы m и заряда q.

    Влияние магнитного поля на движение заряженной частицы можно использовать для определения некоторых его свойств. Одним из примеров является измерение заряд электрона.Электрон, движущийся в однородном магнитном поле, будет описал круговое движение с радиусом, задаваемым уравнением (31.25). Предположим, что электрон ускоряется потенциалом V 0 . Конечная кинетическая энергия электрона равно

    (31.29)

    Импульс электрона p определяется его кинетической энергией

    (31.30)

    Таким образом, радиус кривизны траектории электрона равен

    . (31.31)

    Уравнение (31.31) показывает, что измерение r можно использовать для определения отношение массы к заряду электрона.

    Другое приложение влияния магнитного поля на движение заряженная частица — циклотрон. Циклотрон состоит из вакуумированной полости. помещен между полюсами большого электромагнита. Полость разрезается на две части Г-образные фигуры (называемые деэ) с промежутком между ними. Колеблющийся высокий напряжение подключается к пластинам, создавая колеблющееся электрическое поле в область между двумя деями.Заряженная частица, инжектированная в центр циклотрон будет совершать равномерное круговое движение в течение первой половины один оборот. Частота движения частицы зависит от ее массы, ее заряд и напряженность магнитного поля. Частота генератора выбирается таким образом, что каждый раз, когда частица пересекает зазор между деформациями, она будет ускоряться электрическим полем. По мере увеличения энергии иона его радиус кривизны будет увеличиваться, пока не достигнет края циклотрон и извлекается.При движении в циклотроне ион будет много раз пересеките пропасть между деями, и она будет ускорена до максимума энергии.

    До сих пор мы предполагали, что направление движения заряженного частица перпендикулярна направлению магнитного поля. Если это в этом случае произойдет равномерное круговое движение. Если направление движения ион не перпендикулярен магнитному полю, это приведет к спиральному движению. Скорость заряженной частицы можно разложить на две составляющие: одну параллельно и один перпендикулярно магнитному полю.Магнитная сила действующее на частицу будет определяться составляющей ее скорости перпендикулярно магнитному полю. Проекция движения частица на плоскости x-y (предполагается, что она перпендикулярна магнитному полю) будет круглым. Магнитное поле не повлияет на компонент движение параллельно полю, и эта составляющая скорости останется постоянный. Конечным результатом будет спиральное движение.

    Заряженная частица, движущаяся в области с электрическим и магнитным полем, будет испытать общую силу равную

    (31.32)

    Эта сила называется силой Лоренца .

    Рисунок 31.6. Заряженная частица движется в скрещенных E и B поля. Рассмотрим частный случай, когда электрическое поле перпендикулярно магнитному полю. Движение заряженной частицы в таком регион может быть достаточно сложным. Заряженная частица с положительным зарядом q и скорость v движется в этом поле (см. рисунок 31.6). Направление частица, показанная на рисунке 31.6 перпендикулярна как электрическому полю, так и магнитное поле. Электрическая сила, действующая на частицу, направлена вдоль направления электрического поля и имеет величину, равную

    (31,33)

    Магнитная сила, действующая на заряженную частицу, направлена ​​перпендикулярно к как v, так и B, и имеет величину

    (31,34)

    Суммарная сила, действующая на частицу, складывается из этих двух компонентов и имеет величина, равная

    (31.35)

    Если заряженная частица имеет скорость, равную

    (31,36)

    тогда результирующая сила будет равна нулю, и движение частицы будет быть равномерным линейным движением. Устройство со скрещенными электрическим и магнитным полями называется селектором скорости. Если прорезь размещена в соответствующем положения, он будет переносить только те частицы, скорость которых определена величинами электрического и магнитного полей.

    Рисунок 31.7. Ток в магнитном поле. Метод, используемый для определения плотности и знака заряда. носителей в металле основана на силах, действующих на скрещенные поля E и B на носители заряда. На схеме, показанной на рисунке 31.7, показана металлическая полоса. проводящий ток в указанном направлении и помещенный в однородный магнитный поле с направлением магнитного поля, перпендикулярным электрическое поле (которое генерирует ток I). Предположим, что носители заряда в материал — электроны, то электроны будут двигаться в направлении противоположный току (см. рисунок 31.7). Поскольку магнитное поле перпендикулярно электрическому полю, оно также перпендикулярно направлению движения электронов. В результате действия магнитной силы электроны отклоняются вниз, и на низ полоски. В то же время дефицит отрицательного заряда будет создаваться в верхней части полосы. Это распределение зарядов будет генерировать электрическое поле, перпендикулярное внешнему электрическому полю и под действием В условиях равновесия электрическая сила, создаваемая этим полем, уравновешивает магнитная сила, действующая на электроны.Когда это происходит, внутренний электрическое поле, E в , равно произведению электрона скорости v d и напряженности магнитного поля B. результатом внутреннего электрического поля будет создана разность потенциалов между верхом и низом полосы. Если металлическая полоса имеет ширину w, тогда разность потенциалов [Delta] V будет равна

    (31,37)

    Этот эффект называется эффектом Холла.

    Скорость дрейфа электронов зависит от тока I в проводе, его площадь поперечного сечения A и плотность электронов n (см. главу 28):

    (31,38)

    Комбинируя уравнение (31.38) и уравнение (31.37), мы получаем следующее выражение для [Дельта] V

    (31,39)

    Следовательно, для определения n можно использовать измерение [Delta] V.

    Ток I, протекающий по проводу, эквивалентен накоплению зарядов движется с определенной скоростью v d по проволоке.Количество заряд dq, присутствующий в отрезке dL провода, равен

    (31,40)

    Если провод помещен в магнитное поле, на него будет действовать магнитная сила. каждый из носителей заряда, и в результате на провод. Предположим угол между направлением тока и направлением поля равно [theta] (см. рисунок 31.8). Магнитная сила, действующая на отрезке dL провода равно

    (31.41)

    Полная сила, действующая на провод магнитным полем, может быть найдена следующим образом: интегрируя уравнение (31.41) по всей проволоке.

    Рисунок 31.8. Магнитная сила на проводе.

    Пример: Задача 31.33

    Весы можно использовать для измерения силы магнитного поля. Рассмотрим петлю из провода, по которой проходит точно известный ток, как показано на рисунке. 31.9, который частично погружен в магнитное поле. Сила, которую магнитное поле, действующее на петлю, можно измерить с помощью весов, и это позволяет рассчитать напряженность магнитного поля.Предположим, что длина короткой стороны петли 10,0 см, сила тока в проводе 0,225 A, а магнитная сила составляет 5,35 x 10 -2 Н. Какова сила магнитное поле?

    Рассмотрим три сегмента токовой петли, показанные на рисунке 31.9, которые погружен в магнитное поле. Магнитная сила, действующая на сегменты 1 и 3 имеют одинаковую величину, но направлены в противоположном направлении, и поэтому Отмена. Величина магнитной силы, действующей на сегмент 2, может быть рассчитывается с использованием ур.(31,41) и равно

    (31,42)

    Эта сила измеряется с помощью весов и равна 5,35 x 10 -2 . N. Таким образом, сила магнитного поля равна

    . (31.43)

    Рисунок 31.9. Токовая петля погружена в магнитное поле.

    Если токовая петля погружена в магнитное поле, результирующая магнитная сила будет быть равным нулю. Однако крутящий момент на этом контуре, как правило, не будет равняется нулю.Предположим, прямоугольная токовая петля помещена в однородную магнитное поле (см. рисунок 31.10). Угол между нормалью тока петля и магнитное поле равно тета. Магнитные силы, действующие на верхняя и нижняя части токового контура равны

    (31,44)

    где L — длина верхнего и нижнего края. Крутящий момент, приложенный к токовая петля относительно ее оси равна

    (31.45)

    Рисунок 31.10. Токовая петля помещена в однородное магнитное поле. Используя определение магнитного дипольного момента u, обсуждаемое в главе 30 уравнение (31.45) можно переписать как

    (31,46)

    где

    (31,47)

    Используя векторные обозначения, уравнение (31.45) можно переписать как

    (31,48)

    где направление магнитного момента определяется с помощью правой правило.

    Работа, которая должна выполняться против магнитного поля, чтобы вращать ток петля на угол d [theta] равна — [tau] d [theta]. Изменение в потенциальная энергия токовой петли при ее вращении между [theta] 0 и [theta] 1 задаются как

    (31,49)

    Обычно в качестве опорной точки выбирается [theta] 0 = 90 градусов. а также U ([theta] 0 ) = 0 Дж. Если этот выбор сделан, мы можем переписать уравнение.(31,50) как

    (31,50)

    В векторной записи:

    (31.51)

    Потенциальная энергия токовой петли имеет минимум, когда u и B равны параллельно и максимум, когда u и B антипараллельны.


    Отправляйте комментарии, вопросы и / или предложения по электронной почте на адрес [email protected] и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса. .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *