Как из постоянного тока сделать переменный простая схема: Как из постоянного тока сделать переменный: описание устройств — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Как из постоянного тока сделать переменный схема

Конвертор — преобразователь постоянного напряжения в постоянное, но другого уровня с промежуточным преобразованием входного напряжения в переменное и трансформацией к нужному уровню. Простая схема двухтактного тиристорного инвертора. Тиристорные выпрямители являются эффективными перспективными инверторами. Применяются на значительной мощности и используются в настоящее время для замены электромашинных агрегатов, преобразующих энергию постоянного тока резервных аккумуляторных батарей в переменный ток, в устройствах гарантированного питания УГП аппаратуры на предприятиях связи. Часто при питании электронных устройств ИП являются низковольтными, а для питания цепей потребления требуются значительные напряжения.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Как измерить переменное напряжение вольтметром для измерения постоянного

Как из постоянного тока сделать больше. Как из постоянного тока сделать переменный?

Как из постоянного тока сделать больше. Как из постоянного тока сделать переменный?

Как из постоянного тока сделать переменный? Какой ток опаснее — постоянный или переменный?

Выпрямитель тока

В розетке постоянный ток или переменный?

Простейший инверт без транзисторов

Постоянный ток

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Преобразователь напряжения 12-220 своими руками (простая схема)

Как измерить переменное напряжение вольтметром для измерения постоянного

Часто при питании электронных устройств ИП являются низковольтными, а для питания цепей потребления требуются значительные напряжения. При этом прибегают к преобразованию напряжения. Для этого используют инверторы и конверторы.

Электромагнитные преобразователи вырабатывают напряжение синусоидальной формы, в то время как полупроводниковые и вибропреобразователи — напряжение прямоугольной формы. В настоящее время имеются статические преобразователи с выходным напряжением по форме близким к синусоидальному.

Недостаток электромагнитного преобразователя: большие габариты и масса. Вибропреобразователи — маломощные и малонадежные. Поэтому наибольшее применение находят полупроводниковые преобразователи с малыми габаритами и массой, высоким КПД и эксплуатационной надежностью. Построение преобразователей на тиристорах и транзисторах следует связывать с величиной питающих напряжений, требуемой мощности, характером изменения нагрузки. Они подразделяются по способу возбуждения на 2 типа: с самовозбуждением и преобразователи с усилением мощности.

Транзисторы могут включаться по схеме с ОЭ, ОК, ОБ, но наиболее широко используются включение с ОЭ, так как в этом случае реализуется максимальное усиление транзисторов по мощности и тем более просто достигаются условия самовозбуждения. Преобразователи с самовозбуждением выполняются на мощных, до нескольких десятков ватт, по однотактным и двухтактным схемам. Простейшая схема однотактного преобразователя представляет собой релаксационный генератор с обратной связью.

При подключении напряжения питания через резистор на базу транзистора подается опирающий потенциал. Транзистор открывается и через первичную обмотку Wк трансформатора протекает ток, который вызывает магнитный поток в магнитопроводах транзистора. Появляющееся при этом напряжение на обмотке Wк трансформируется в обмотке обратной связи Wб, полярность подключения которой такова, что она способствует отпиранию транзистора.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет прямоугольную форму. Полярность подключения силового диода выпрямителя на вторичной обмотке трансформатора определяет способ передачи энергии в нагрузку. Диод открывается когда закрывается транзистор, заряжается конденсатор, который поддерживает постоянство тока в нагрузке. При прямом включении диода передача энергии источника питания Uп в нагрузку Rн происходит в период времени tu, когда транзистор и силовой диод VD1 открыты.

Конденсатор сглаживающего фильтра Cф при этом заряжается выпрямленным напряжением до Uп. В течении паузы tп, когда транзистор закрыт, цепь тока Iн замыкается через дроссель Lф и блокирующий диод VD2, как и в импульсном стабилизаторе с последовательным регулированием. В однотактных преобразователях трансформатор работает с подмагничиванием, для борьбы с которым можно применять сердечник с зарядом.

Однако он не подходит при использовании тор. В нашем случае используется блокирующий конденсатор, который в течении паузы tп разряжаетсячерез обмотку W1, перемагничивая сердечник током разряда. Емкость Cбл. Такой преобразователь с обратным включением диода обеспечивает развязку и защиту выходного напряжения от помех по входным шинам питания. Лучшие массогабаритные показатели имеют двухтактные преобразователи с понижающим трансформатором.

Трансформаторы выполняются на магнитопроводе с прямоугольной петлей гистерезиса. Здесь также используется положительная ОС. Генератор работает следующим образом.

При включении напряжения питания Uп из-за неидентичности параметров один из транзисторов, например VT1, начинает открываться и его коллекторный ток увеличивается. Переключение транзисторов начинается в момент насыщения транзистора. Вследствие этого наведенные во всех обмотках трансф. Напряжения уменьшаются до нуля, а затем изменяют свою полярность. Теперь на базу ранее открытого транзистора VT1 подается отрицательное напряжение, а на базу ранее закрытого транзистора VT2 поступает положительное напряжение и он начинает открываться.

Этот регенеративный процесс формирования фронта выходного напряжения протекает очень быстро. В дальнейшем процессы в схеме повторяются. Такой режим более экономичен, чем при переключении за счет предельного тока коллектора и работа преобразователя более устойчива.

Такие преобразователи используются как задающие генераторы для усилителей мощности и как автономные маломощные источники электропитания. Основные достоинства: простота схемы, а также нечувствительность к короткому замыканию в цепи нагрузки. Недостатком преобразователя с насыщающимся сердечником является наличие выбросов коллекторного тока в момент переключения транзисторов, что увеличивает потери а преобразователе. Для уменьшения последних в схему иногда включают шунтирующие диоды.

При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобразователи с использованием усилителя мощности. В качестве задающего генератора можно использовать преобразователи с самовозбуждением.

Применение таких преобразователей целесообразно если необходимо обеспечить постоянство частоты и напряжения на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения при изменении нагрузки преобразователя. Тиристоры в отличие от транзисторов имеют одностороннее управление. Для запирания тиристоров в схемах преобразователей используются реактивные элементы в основном в виде коммутирующих конденсаторов.

Для обеспечения запирания тиристоров необходимо, чтобы энергия коммутирующего конденсатора была достаточной для того, чтобы в процессе перезаряда обратное напряжение на тиристорах падало достаточно медленно и успело бы обеспечить восстановление их запирающих свойств.

Для уменьшения влияния характера и величины нагрузки на форму и величину выходного напряжения применяют схемы с обратными диодами, которые в свою очередь необходимы для возврата реактивной энергии, накопленной в индуктивной нагрузке и реактивных коммутирующих элементах в источнике питания преобразователя. Особенностью таких источников являются использование процесса преобразования входного напряжения с использованием высокой частоты.

Отсутствие силового транзистора на входе и использование транзисторовна повышенной частоте существенно улучшает массогабаритные характеристики. Работу ИПБВ со стабилизацией входного напряжения с использованием ШИМ легко представлять, рассмотрев диаграммы напряжений на отдельных участках схемы.

С целью упрощения регулировки преобразователь как правило строится по однотактной схеме с обеспечением рекуперации части энергии, накопленной в реактивных элементах в источник входного напряжения.

На выходе преобразователя при напряжениях 5 — 10В ставят выпрямитель со средней точкой. С целью уменьшения времени коммутации силовых транзисторов на их входах применяют цепи обеспечивающие значительное превышение запирающего напряжения по отношению к отрицательному. Иванов-Цыганов А. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. Алексеев О. Шихина: Учебник.

Березин О. Шустов М. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Преобразование переменного тока. Электроэнергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами, т. Между тем имеется ряд технологических процессов, требующих постоянного тока: электролиз, зарядка аккумуляторов и т. Поэтому часто возникает необходимость преобразования переменного тока в постоянный и обратно.

Широко распространенные в начале XX в. Благодаря высоким. Таким образом, появились новые классы машин — трансформаторов и синхронных,- постоянно работающих с выпрямителями.

Однако работа электрической машины на выпрямитель имеет особенности, которые надо учитывать при проектировании этих машин и анализе процессов, происходящих в них. Преобразование переменного тока в постоянный производится с помощью полупроводниковых вентилей, имеющих одностороннюю проводимость. На рис. Через полупроводниковые вентили диоды ток может проходить только тогда, когда положительный потенциал приложен к аноду в направлении вершины треугольника на рис.

Ток в цепи нагрузки обычно сглажен сильнее, чем напряжение, так как цепь нагрузки часто содержит индуктивность, представляющую большое сопротивление для переменной составляющей тока и малое — для постоянной. Кроме того, при использовании схем выпрямления с нулевой точкой имеется постоянная составляющая тока в обмотках рис. Из-за этого резко возрастает действующее значение тока и нужно принимать меры против создания постоянного подмагничивания стержня.

Для предотвращения этого явления, например, в однофазных трансформаторах применяют либо броневую конструкцию рис. Большое влияние на работу выпрямителя рис. Из-за наличия индуктивностей в токопроводящей цепи и индуктивности, обусловленной потоками рассеяния трансформатора, ток с одного вентиля переходит на другой не мгновенно, а за период коммутации Г к, которому соответствует угол коммутации у рис. Для простоты предположим, что ток в нагрузке Id идеально сглажен.

В момент начала коммутации, когда значение ЭДС проходит через нуль и меняет знак, обмотка трансформатора становится замкнутой накоротко и для ее контура можно написать уравнение. Следовательно, из-за коммутации уменьшается выпрямленное напряжение и увеличивается его пульсация.

Поскольку угол коммутации у тем больше, чем больше ток нагрузки I d и индуктивное сопротивление х а, для повышения качества выпрямителя желательно, чтобы питающая его машина имела небольшое индуктивное сопротивление. В трансформаторе х а равно индуктивному сопротивлению, обусловленному потоками рассеяния, и определяется из опыта короткого замыкания В синхронном генераторе.

Таким образом, синхронные генераторы, предназначенные для работы на выпрямитель, должны быть рассчитаны на работу с несинусоидальным током и иметь демпферную обмотку. Преобразование постоянного тока в переменный производится с помощью инверторов, в которых используются управляемые вентили: транзисторы, тиристоры и др.

Схема однофазного инвертора представлена на рис. Включение вентилей инвертора производится поочередно каждый полупериод таким образом, чтобы направление тока во вторичной обмотке трансформатора было противоположно направлению ЭДС в этой обмотке, т. Инверторы имеют сравнительно сложную систему автоматического управления, что ведет к повышению их стоимости и уменьшению надежности по сравнению с неуправляемыми выпрямителями.

Кроме того, в инверторе возможно появление режима сквозного горения, когда ток в обмотке совпадает по фазе с ее ЭДС. Такой режим возможен либо при неисправности в системе управления, либо при слишком большом угле коммутации. При сквозном горении обычно ток возрастает до недопустимого значения и обычно полупроводниковые вентили выходят из строя. Большое число элементов в системе управления и возможность аварийного режима сквозного горения делают надежность инверторов значительно ниже, чем у неуправляемых выпрямителей: наработка на отказ уменьшается в

Как из постоянного тока сделать больше.

Как из постоянного тока сделать переменный?

Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока. Однонаправленный ток англ. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. На рисунке к этой статье красным цветом изображён график постоянного тока.

Если сделать схему снабжения квартиры постоянным током, обратное его преобразование в переменный обойдется значительно дороже.

Как из постоянного тока сделать больше. Как из постоянного тока сделать переменный?

Не первое десятилетие продолжаются споры, какой же вид тока опаснее — переменный или постоянный. Одни утверждают, что именно выправленное напряжение несет большую угрозу, другие искренне убеждены, что синусоида переменного тока, совпав по амплитуде с биением человеческого сердца, останавливает его. Но, как всегда бывает в жизни, сколько людей — столько и мнений. А потому, стоит взглянуть на этот вопрос чисто с научной точки зрения. Но сделать это стоит языком, понятным даже для чайников, так как не у каждого имеется электротехническое образование. При этом, наверняка любому хочется узнать происхождение постоянного и переменного тока. С чего же стоит начать? Да, наверное, с определений — что же такое электричество, почему его называют переменным либо постоянным, какой из этих видов опаснее и почему. Большинству известно, что постоянный ток можно получить от различных блоков или элементов питания, а переменный поступает в квартиры и помещения посредством электросети и благодаря ему работают бытовые электроприборы и освещение.

Как из постоянного тока сделать переменный? Какой ток опаснее — постоянный или переменный?

Главная — Схемотехника — Переменное напряжение в постоянное. Как из постоянного тока сделать переменный? Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь.

Выпрямитель тока

При выработке электроэнергии получают переменный ток. Передача и потребление энергии тоже, в основном, осуществляются на переменном токе. Но есть приборы, аппараты и системы, работающие на постоянном токе. Возникает потребность преобразовывать переменный сигнал в постоянный. Для этого служат выпрямители.

В розетке постоянный ток или переменный?

Вам нужно всего два компонента, чтобы собрать простейший инвертор, преобразующий постоянный ток 12 В в В переменного тока. Вернуться назад 80 1 2 3 4 5. Установите галочку:. Комментарии Интересно сколько проработает такая схема?! Как счас помню на выставку делал какую-то плакат-схему, как раз на релюхах что-то типа бегущих огней, что-то они там показывали красивое. Выгорали просто напросто контакты от коммутации больших токов и на замену.

Принципиальная схема преобразования постоянного тока ячеек в сделать вывод о возможности применения усилителя постоянного тока для.

Простейший инверт без транзисторов

Содержание: Повышение переменного напряжения Цепи постоянного тока. Повысить переменное напряжение можно двумя способами — использовать трансформатор или автотрансформатор. Основная разница между ними состоит в том, что при использовании трансформатора есть гальваническая развязка между первичной и вторичной цепью, а при использовании автотрансформатора её нет. Гальваническая развязка — это отсутствие электрического контакта между первичной входной цепью и вторичной выходной.

Постоянный ток

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Что больнее: переменный ток или постоянный — ElectroBOOM

By Gazibalonchik , May 2, in Начинающим. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Конденсаторы Panasonic.

Если для измерения постоянного напряжения Вы пользуетесь вольтметром с измерительной головкой магнитоэлектрической системы, то обращали внимание, что при неправильной полярности подключения щупов вольтметра к источнику измеряемого напряжения, стрелка измерительной головки отклоняется в обратную сторону за нуль и зашкаливает.

Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В

Высокая продуктивность переменного тока, в отличие от постоянного, подтверждается на протяжении длительного времени не только теоретическим способом, но и практическим. Однако иногда возникают некоторые трудности, когда есть доступ к постоянному току, а переменный добыть невозможно. Именно в таких ситуациях возникает идея о создании преобразователя напряжения для дома. По сути, электрический ток — это направленное перемещение электрически заряженных частичек, спровоцированное влиянием электрического поля. В электролитах они называются ионами анионы и катионы , в проводниках и полупроводниках такими частичками являются электроны.

Постоянный ток менее опасен и пороговые значения его в 3—4 раза выше, чем переменного тока частотой 50 Гц. Однако при разрыве цепи постоянного тока ниже порогового ощутимого возникают резкие болевые ощущения, вызываемые током переходного процесса. Положение о меньшей опасности постоянного тока по сравнению с переменным справедливо при напряжениях до В.

Преобразователь напряжения своими руками — ServiceYard-уют вашего дома в Ваших руках.

Различие между видами электротока
Определение и назначение преобразователя
Классификация
Самостоятельное изготовление преобразователей напряжения
Видеоматериал

Идея создать преобразователь напряжения своими руками появляется в том случае, когда имеется доступ к току постоянному, но нужен переменный. Необходимость в создании прибора по преобразованию электронапряжения с 12 до 220 Вт возникает и при использовании маломощных электроприборов: ноутбука, планшета, зарядного устройства для смартфона или ЛЕД-телевизора. Разберемся, насколько это реальная задача.

к содержанию ↑

Различие между видами электротока

Определение электрического тока из школьного учебника — “упорядоченное движение заряженных частиц”. Рассмотрим, чем отличаются переменный и постоянный ток:

При действии постоянного тока колеблется его величина, но знак остается постоянным.
У переменного тока с течением времени изменяется не только величина, но и знак. Различают положительный и отрицательный полупериоды. К положительному полупериоду относится все, что находится выше уровня нуля. То, что ниже нулевого уровня, — это отрицательный полупериод.

к содержанию ↑

Определение и назначение преобразователя

Преобразователь электроэнергии — это электроприбор, рассчитанный на изменение электротока по напряжению, частоте, видам сигнала и числу фаз. При изготовлении преобразователей часто применяют приборы на полупроводниках, поскольку они обеспечивают лучшие показатели по КПД.

к содержанию ↑

Классификация

Различают 2 разновидности преобразователей:

Инверторы.
Выпрямители.

Важно! Выпрямители предназначены для преобразования переменного тока в постоянный, а инверторы — с точностью до наоборот.

к содержанию ↑

Самостоятельное изготовление преобразователей напряжения

Если имеется правильная схема, то в домашних условиях можно собрать как выпрямители, так и инверторы. Рассмотрим самый простой вариант.

Общие правила

Для начала — несколько базовых рекомендаций тому, кто желает создать преобразователь своими руками:

Применяйте обыкновенный мультивибратор, который будет служить распределителем. Конечно, он уступает современным распределителям на микросхемах, но для простейшего прибора его вполне достаточно.

Важно! Мультивибратор стабильно функционирует, так что частых поломок опасаться не следует. Устойчивы мультивибраторы и к неблагоприятным погодным условиям.

Используйте готовый трансформатор UPS. За счет объема сердечника трансформатора есть возможность сбросить примерно 0,3 кВт по входной мощности.

Данная схема инвертора напряжения своими руками имеет единственный минус: защита на входе и выходе электротока отсутствует. При возникновении КЗ полевые ключи перегреваются, пока совсем не выходят из строя.

Однако преимуществ у нее тоже предостаточно:

Высокая ремонтопригодность.
Минимум финансовых затрат.
Компактная плата.
Хорошая работоспособность в любых погодных условиях.
Наличие в продаже комплектующих для ремонта.
Частота на выходе в 50 Гц.

Простейший выпрямитель

Схема простейшего выпрямителя состоит из 3 основных составляющих:

Выпрямитель с одной ограниченной проводимостью. Его назначение — преобразование электронапряжения из переменного в импульсное.
Силовой трансформатор.
Прибор, предназначенный для фильтрации напряжения импульсного типа.

Основные рекомендации по изготовлению выпрямительного прибора следующие:

Основная составляющая часть прибора — это трансформатор (стационарный или переносной).
Корректировать величину напряжения можно реостатом.
Ручная корректировка напряжения реостата неудобна. Гораздо рациональнее включить микросхему для стабилизации напряжения.
Используйте около 12-15 конденсаторов различной емкости. Их использование делает ток более равномерным.
Чтобы выравнивание тока было более мягким, используйте в схеме несколько реостатов.
Объедините цепь в единый поток и отведите на диод, подключенный к обыкновенной розетке.
Все приведенные действия относятся к проводу с фазой, его нужно подсоединить к розетке.

к содержанию ↑

Видеоматериал

Для сборки понижающего преобразователя напряжения своими руками понадобится трансформатор со второй катушкой, обмотанной медной проволокой большей толщины. Это — обязательное условие, чтобы избежать мгновенного выхода трансформатора из строя. Есть и универсальные устройства, которые могут работать и на повышение, и на понижение электронапряжения.

Схемы инверторов — преобразователей напряжения с 12 на 220 Вольт

Простые схемы преобразователей, принципы работы, виды инверторов по
формам выходного напряжения.

Инвертор (в узком электротехническом понимании этого слова) – это устройство для преобразования постоянного тока в переменное с изменением величины действующего значения напряжения. В ещё более узком – преобразователь постоянного напряжения (12, 24 или 48 В) в переменное 220 В.
И наконец, в радикально узком понимании – штуковина, позволяющая запитать от автомобильного аккумулятора различные бытовые приборы, рассчитанные на сетевое питание, а короче – весьма полезный и удобный в хозяйстве прибамбас!

По форме выходного напряжения инверторы подразделяются на следующие виды:

Постоянное выпрямленное напряжение 220 В или переменное импульсное напряжение высокой частоты (десятки килогерц). Используются такие преобразователи крайне редко, т. к. непригодны для многих источников потребления, мало того, для некоторых могут представлять серьёзную опасность и угрозу полного кирдыка.

Меандр 50 Гц. Используются также редко, так как выходное напряжение содержит большое количество высокочастотных составляющих. Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства импульсных источников питания, ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп. Малопригодны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока.

Модифицированное синусоидальное напряжение 50Гц. От инверторов с модифицированной синусоидой работает практически всё, но менее эффективно, чем с чистой синусоидой. Некоторые приборы могут больше греться, сильнее гудеть и работать с пониженной мощностью. Нежелательны для работы с электродвигателями и компрессорами, а так же чувствительной радиоаппаратурой с 50-герцовыми трансформаторами.

Чистое синусоидальное напряжение. Пригодно без всяких ограничений для любых потребителей электроэнергии!

Из сказанного выше вытекает, что предпочтительными и более универсальными являются инверторы с выходным напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Причём, для их реализации подходят готовые низкочастотные силовые трансформаторы необходимой номинальной мощности, включённые «задом на перёд». То есть — его вторичная низковольтная обмотка служит первичной, а высоковольтная первичная — вторичной. Именно такие схемы мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

Схема, изображённая на Рис.1, а также комментарии к ней заимствованы из книги М. А. Шустова «Практическая схемотехника», раздел — «Преобразователи напряжения».

Рис.1 Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

«Максимальная выходная мощность преобразователя — 100 Вт, КПД — до 50%.
Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ3 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы устанавливают без изолирующих прокладок на общий радиатор.
Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника — около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10А каждая. Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R1 и R2″.
Так как мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, а мощные эмиттерные повторители повторяют эту форму, то и в нагрузке будет протекать переменный ток, напоминающий по форме синусоиду и дополнительных мер по сглаживанию не требуется.

Значительно повысить КПД инвертора можно, если применить в качестве силовых каскадов не повторители напряжения, а транзисторы, работающие в ключевом режиме.
Такая модификация преобразователя приведена на Рис.2.

Рис.2 Схема простого преобразователя напряжения с повышенным КПД

Принцип работы преобразователя такой же, как и у предыдущего устройства. Задающий генератор (Т1, Т2) формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц. Напряжения с выходов задающего генератора подаются на два однотипных ключевых каскада (Т3, Т4), которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора. Поскольку мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, ключевые транзисторы срабатывают с некоторой задержкой, обуславливая формирование на выходе инвертора подобие модифицированного синусоидального напряжения.
С указанными на схеме элементами выходная мощность преобразователя составляет около 200 Вт. Дальнейшего повышения КПД и увеличения мощности инвертора можно добиться простой заменой биполярных ключевых элементов на мощные MOSFET транзисторы, как это показано на Рис.2.

Многочисленные и довольно популярные схемы инверторов, построенные на специализированных микросхемах для импульсных источников питания (типа TL494, TL594 и др.) обладают следующими преимуществами: высоким КПД и не менее высокой стабильность частоты, мало зависящей от напряжения питания и внешних условий.
Приведём для примера подобную схему импульсного преобразователя напряжения +12V в ~220V мощностью 100W, опубликованную в журнале «Радиоконструктор» — 07 — 17.

Рис.3 Принципиальная схема импульсного преобразователя напряжения +12V в ~220V

«Эквивалентная частота генерации составляет 50 Гц и задаётся величиной сопротивления резистора R5 и ёмкостью конденсатора С5. Резистором R4 регулируется скважность выходных импульсов. Им можно регулировать выходное напряжение.
На выходах микросхемы (выводы 9 и 10) выделяются противофазные импульсы, немного задержанные относительно друг друга, чтобы не вызывать сквозного тока в схеме выходного каскада в моменты переключения. Импульсы поступают на мощные ключевые полевые транзисторы VT1 и VT2. Диоды VD2 и VD3 защищают эти транзисторы от выбросов отрицательной ЭДС на первичной обмотке импульсного трансформатора Т1.

Трансформатор Т1 — готовый низкочастотный силовой трансформатор номинальной мощностью 100W с одной первичной обмоткой на 220V и вторичной обмоткой на 18V с отводом от середины. Можно попробовать и трансформатор с вторичной обмоткой на 12V с отводом от середины или на 24V с отводом от середины. Но во втором случае, боюсь, что выходное напряжение окажется несколько ниже 220V.
Трансформатор включён «задом на перёд», то есть, его вторичная низковольтная обмотка теперь служит первичной, а высоковольтная первичная — вторичной.
Подключив нагрузку и мультиметр, резистором R4 выставить напряжение на нагрузке 220V».

Многие схемы, построенные на TL494, TL594 и т. д., при всех своих достоинствах, часто обладают одним, но существенным недостатком. Если не позаботиться о корректной установке «мёртвого времени» ИМС (в приведённой схеме — резистором R4), то напряжения на выходе преобразователей будет иметь форму, близкую к форме меандра со всеми вытекающими отсюда последствиями. Причём, никакие дополнительные дроссели, а также конденсаторы во вторичной обмотке трансформатора — к существенному результату не приведут!

А вот уважаемый товарищ А. П. Семьян в своей книжке «500 схем для радиолюбителей» порадовал нас оригинальным схемотехническим решением с формированием модифицированного синуса посредством цифровой микросхемы 561ИЕ8 (Рис.4).

Рис.4 Схема простого импульсного преобразователя напряжения на микросхеме 561ИЕ8

На элементах DD1.1, DD1.2 собран задающий генератор с частотой 500 Гц. Делитель на DD2 формирует две импульсные последовательности частотой 50 Гц со сдвинутыми на 180° фазами для управления силовыми ключами VT1 и VT2 двухтактного преобразователя.
Чтобы избежать сквозных токов переключения между выключением одного ключа и включением другого существует «мёртвая зона», равная 10% длительности периода. При подаче высокого уровня (логической «1») на вход «Блокировка» оба выходных ключа запираются.
Выходная мощность преобразователя ограничена мощностью силового трансформатора Т1 и максимальным допустимым током выходных транзисторов.
Коэффициент трансформации силового трансформатора Кт = 20.

В качестве выходных транзисторов подойдут IRFZ034 (15А), IRFZ044 и RG723A (30A), IRFZ046 (50A), IRFP064 (100А). Для надёжности устройства рекомендуется иметь двойной запас по току и тройной — по напряжению. Силовые цепи должны быть по возможности короче и выполнены проводами соответствующего сечения.

Создание преобразователей с чистым 50-герцовым синусом обычно сопряжено с использованием микроконтроллерных прибамбасов, что делает рассмотрение этого вопроса (для нас доблестных электронщиков) не таким уж и простым и в рамках данной статьи — нецелесообразным.

4.5 Сравнение переменного тока и постоянного тока – Колледж Дугласа, физика 1207

Глава 4 Электрический ток, сопротивление и закон Ома

Резюме

Объясните различия и сходства между переменным и постоянным током.
Рассчитать среднеквадратичное значение напряжения, тока и средней мощности.
Объясните, почему переменный ток используется для передачи энергии.

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор, и особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

На рис. 2 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, заданным

В = Vo sin(2 π f t)

, где В — напряжение в момент времени t, В _o — пиковое напряжение, а f — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I = V/R , поэтому переменный ток равен

I = Io sin(2 π f t)

, где I — ток в момент времени t , а Io = Vo / R — пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рисунке 1(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I = V / R . Если резистор представляет собой, например, люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток многократно проходит через нуль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Потребляемая мощность P = IV . Используя выражения для I и V выше, мы видим, что зависимость мощности от времени имеет вид .

Налаживание связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проводите рукой вперед-назад между лицом и флуоресцентной лампочкой. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рисунок 3. Мощность переменного тока в зависимости от времени. Поскольку напряжение и ток здесь совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до I ₀ В ₀ . Средняя мощность (1/2)I ₀ В ₀ .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке выше среднее мощность P _{среднее} равно P _авен = ¹ / ₂ Io Vo.

Это видно из графика, так как площади выше и ниже линии ¹ / ₂ Io Vo равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем средний или среднеквадратический ток I _RMS и среднее или среднеквадратичное напряжение В _RMS соответственно

, где rms означает среднеквадратичное значение, особый тип среднего значения. В общем, для получения среднеквадратичного корня конкретную величину возводят в квадрат, находят ее среднее (или среднее) и извлекают квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас

P _{среднее значение} = I _{среднеквадратичное значение} В _{среднеквадратичное значение}

что дает

, как указано выше. Это стандартная практика цитировать I _{среднеквадратичное значение} , V _{среднеквадратичное значение} и P _ave , а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей напряжение переменного тока составляет 120 В, что означает, что V _{действ. СВЧ печь потребляет Р _{среднее} =1,0кВт, и т.д. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи.}

Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается как

Различные выражения для мощности переменного тока P _ave являются

P _ave = I _{действ.} В _{действ.}

P _ave = ( V _rms ) ² / R и

P _ave = (I _{СКЗ) ²} В _СКЗ

Пример 1: Пиковое напряжение и мощность переменного тока

(a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая мощность, потребляемая лампочкой переменного тока мощностью 60,0 Вт?

Стратегия

Нам говорят, что В _{среднеквадратичное значение} равно 120 В, а P _ave равно 60,0 Вт. Мы можем использовать определение мощности, чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем найти пиковое напряжение. пиковая мощность от заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения для пикового напряжения V ₀ и замену известного значения для V _{Стремения} . что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение равно 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом

Мы знаем, что средняя мощность равна 60,0 Вт, поэтому

P _o = 2(60,0 Вт) = 120 Вт

Обсуждение

Итак, мощность колеблется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за цикл), а мощность в среднем составляет 60 Вт.

Большинство крупных систем распределения электроэнергии работают на переменном токе. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоких напряжениях, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве стран мира), которые мы используем дома и на работе. Экономия за счет масштаба делает строительство нескольких очень крупных электростанций дешевле, чем строительство множества мелких. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно, чтобы потери энергии в пути были сведены к минимуму. Как мы увидим, высокое напряжение может передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкое напряжение. (См. рис. 4.) Из соображений безопасности напряжение у пользователя снижено до привычных значений. Решающим фактором является то, что переменное напряжение намного проще увеличивать и уменьшать, чем постоянное, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

Рисунок 4. Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для снижения потерь мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое электростанцией, повышается с помощью пассивных устройств, называемых трансформаторами (см. главу 23.7 «Трансформаторы»), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)
Пример 2: потери мощности меньше для высоковольтной передачи
(a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 200 кВ? б) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом? в) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?
Стратегия
Имеем P _пр = 100 МВт , В _{действующее значение} = 200 кВ , а сопротивление линий 0 Ом = 1. Используя эти данные, мы можем найти ток, протекающий (от P = IV ), а затем мощность, рассеиваемая в линиях P = I ² R ), и берем отношение к общей передаваемой мощности.
Решение
Чтобы найти ток, преобразуем соотношение P _ave = I _{действующее значение} В _{действующее значение} и подставим известные значения. Это дает
Решение

Зная силу тока и учитывая сопротивление линий, мощность, рассеиваемая в них, находится из P _AVE = I _ОБЗОР ² R. Замена. 250 кВт

Решение

Потери в процентах представляют собой отношение этой потерянной мощности к общей или потребляемой мощности, умноженное на 100:

Обсуждение

Одна четвертая процента является приемлемой потерей. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое напряжение. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредны. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

PhET Исследования: Генератор

Генерировать электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рис. 5. Генератор

Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического тока только в одном направлении. Это относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
Источник напряжения системы переменного тока (AC) выдает В = В _o sin 2 πf t , где В — напряжение в момент времени t, В _o — пиковое напряжение, а f — частота в герцах.
В простой цепи I = V/R , а переменный ток равен I = I _o sin 2 πf t , где I – ток в момент времени t , а 3 o

Средняя мощность переменного тока .
Средний (действующий) ток I _rms и среднее (rms) напряжение В _{rms s} равны и , где rms означает среднеквадратичное значение.
Таким образом, P _ave = I _СКЗ В _СКЗ .
Закон Ома для переменного тока: В _{действ.}
Выражения для средней мощности цепи переменного тока
P _ave = I _{действ.} В _{действ.}
P _ave = ( V _rms ) ² / R и
P _ave = (I _{СКЗ) ²} В _СКЗ

Упражнения с задачами

1: а) Чему равно тепловое сопротивление лампочки мощностью 25 Вт, работающей от сети переменного тока 120 В? б) Если рабочая температура лампы 2700°С, каково ее сопротивление при 2600°С?

2: Некоторое тяжелое промышленное оборудование использует переменный ток с пиковым напряжением 679 В. Каково среднеквадратичное значение напряжения?

3: Определенный автоматический выключатель срабатывает при среднеквадратичном токе 15,0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4: Военные самолеты используют переменный ток с частотой 400 Гц, потому что на этой более высокой частоте можно проектировать более легкое оборудование. Каково время одного полного цикла этой мощности?

5: Турист из Северной Америки берет свою бритву мощностью 25 Вт и 120 В переменного тока в Европу, находит специальный адаптер и подключает ее к сети 240 В переменного тока. Предполагая постоянное сопротивление, какую мощность потребляет бритва при ее поломке?

6: В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце о потерях мощности для Примера 2. (a) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи 1 Ом . (c) Какой процент потерь это представляет?

7: Кондиционер небольшого офисного здания работает от сети переменного тока 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость работы кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней, а электроэнергия стоит 9.00 центов/кВт • ч?

8: Какова пиковая потребляемая мощность микроволновой печи на 120 В переменного тока, которая потребляет 10,0 А?

9: Каков пиковый ток через комнатный обогреватель мощностью 500 Вт, работающий от сети переменного тока 120 В?

10: Два разных электрических устройства имеют одинаковую потребляемую мощность, но одно предназначено для работы от сети переменного тока 120 В, а другое от сети переменного тока 240 В. а) Каково отношение их сопротивлений? б) Каково отношение их токов? (c) Если предположить, что его сопротивление не изменится, во сколько раз увеличится мощность, если устройство на 120 В переменного тока подключить к сети 240 В переменного тока?

11: Нихромовая проволока используется в некоторых радиационных нагревателях. (a) Найдите необходимое сопротивление, если средняя выходная мощность должна составлять 1,00 кВт при использовании переменного тока 120 В. б) Какой длины нихромовой проволоки с площадью поперечного сечения 5 мм ² мм потребуется, если рабочая температура составляет 500°С? в) Какую мощность он потребляет при первом включении?

12: Найдите время после t=0, когда мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц впервые достигает следующих значений: (а) В _o /2 (б) В _o (в) 0,

13: (а) В какие два раза в первый период после t=0 мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц равно В _{среднеквадратичное значение} ? (б) -V_ _СКЗ ?

постоянный ток: (DC) поток электрического заряда только в одном направлении

переменный ток: (AC) поток электрического заряда, который периодически меняет направление на противоположное

Напряжение переменного тока: напряжение, которое колеблется синусоидально во времени, выраженное как В = В ₀ sin 2 πft , где В — напряжение в момент времени t, В ₀ — пиковое напряжение2, а 9004 f — пиковое напряжение2 частота в герцах

Переменный ток: ток, синусоидально колеблющийся во времени, выражается как I = I ₀ sin 2 πft , где I — ток в момент времени t, I ₀ — пиковый ток, а f — частота в герцах

Действующее значение тока: среднеквадратичное значение тока, где I ₀ пиковое значение тока в системе переменного тока

среднеквадратичное значение напряжения: среднеквадратичное значение напряжения, где В ₀ пиковое напряжение в системе переменного тока

Переменный ток против постоянного тока

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Объяснять различия и сходства между переменным и постоянным током.
Рассчитать среднеквадратичное значение напряжения, тока и средней мощности.
Объясните, почему переменный ток используется для передачи энергии.

Переменный ток

Большинство рассмотренных выше примеров, особенно те, в которых используются батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он, таким образом, также является постоянным. Постоянный ток (DC) представляет собой поток электрического заряда только в одном направлении. Это устойчивое состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник переменного напряжения. Переменный ток (AC) представляет собой поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь известна как цепь переменного тока. Примеры включают коммерческую и жилую энергию, которая удовлетворяет многие из наших потребностей. На рис. 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичной мощности постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

Рис. 1. (a) Напряжение постоянного тока и ток постоянны во времени после установления тока. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока с частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковые напряжения источников переменного тока сильно различаются.

Рис. 2. Разность потенциалов V между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V имеет вид [латекс]V={V}_{0}\sin\text{ 2}\pi {ft}\\[/latex].

На рисунке 2 показана схема простой цепи с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока , заданным

[латекс]V={V}_{0}\sin\text{2}\pi {ft}\\[/latex],

, где В — напряжение в момент времени t , В ₀ — пиковое напряжение, а f — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I=V/R , поэтому Переменный ток равен

[латекс]I={I}_{0}\sin 2\pi{ft}\\[/латекс],

, где I — ток в момент времени t , и I ₀ = V ₀ /R – пиковый ток. В этом примере говорят, что напряжение и ток совпадают по фазе, как показано на рисунке 1(b).

Ток в резисторе колеблется туда-сюда точно так же, как управляющее напряжение, поскольку I = V/R . Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, поскольку ток многократно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстрое для ваших глаз, но если вы помахаете рукой между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что светоотдача колеблется, означает, что мощность колеблется. Потребляемая мощность 9{2}\text{2}\pi {ft}\\[/latex], как показано на рис. 3.

Установление связей: домашний эксперимент — освещение переменного/постоянного тока

Проведите рукой вперед-назад между лицо и люминесцентная лампочка. Наблюдаете ли вы то же самое с фарами на вашем автомобиле? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

Рис. 3. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь совпадают по фазе, их произведение неотрицательно и колеблется между 0 и I ₀ V ₀ . Средняя мощность равна (1/2) I ₀ В ₀ .

Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на рисунке 3, средняя мощность P _ave равна

[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V }_{0}\\[/латекс].

Это видно из графика, так как области выше и ниже (1/2) I ₀ V ₀ прямые равны, но это можно доказать и с помощью тригонометрических тождеств. Точно так же мы определяем среднеквадратичное значение тока или I _{действующее значение} и среднее значение напряжения действующее значение В _{действующее значение} как

[латекс] {I} _ {\ text }=\frac{{I}_{0}}{\sqrt{2}}\\[/latex]

[латекс]{V}_{\text{rms}}=\frac{{ V}_{0}}{\sqrt{2}}\\[/latex].

P _авен = I _{среднеквадратичное значение} В _{среднеквадратичное значение} ,

что дает

{I} _ {\ {I} {} {P} {} {} {} {} {P} {} {}} } {0}}{\sqrt{2}}\cdot \frac{{V}_{0}}{\sqrt{2}}=\frac{1}{2}{I}_{0}{V} _{0}\\[/latex],

, как указано выше. Стандартной практикой является указывать I _{среднеквадратичное значение} , V _{среднеквадратичное значение} и P _ave , а не пиковые значения. Например, в большинстве бытовых электросетей используется переменное напряжение 120 В, а это означает, что В _{среднеквадратичное значение} составляет 120 В. Общий автоматический выключатель на 10 А прерывает I _{среднеквадратичное значение} более 10 А. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет P _авен. кВт = 1,0033, а скоро. Вы можете думать об этих среднеквадратичных и средних значениях как об эквивалентных значениях постоянного тока для простой резистивной цепи. Подводя итог, можно сказать, что при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны уравнениям для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока закон Ома записывается 9{2}R\\[/латекс].

Пример 1. Пиковое напряжение и мощность переменного тока

Стратегия

Нам говорят, что В _{среднеквадратичное значение} составляет 120 В, а P _ave составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать [латекс] {V}} _{\ text frac{{V}_{0}}{\sqrt{2}}\\[/latex] , чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

Решение для (a)

Решение уравнения [латекс]{V}_{\text{rms}}=\frac{{V}_{0}}{\sqrt{2}}\\[ /латекс] для пикового напряжения В ₀ и подстановка известного значения для В _{среднеквадратичного значения} дает

[латекс]{V}_{0}=\sqrt{2}{V}_{\ text{rms}}=1,414(120\text{V})=170 \text{V}\\[/latex]

Обсуждение для (a)

Это означает, что переменное напряжение колеблется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение равно постоянным 120 В.

Решение для (b)

Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

[латекс]{P}_{0}={I}_{0}{V}_{0}=\text{2}\left(\frac{1}{2}{I}_ {0}{V}_{0}\right)=\text{2}{P}_{\text{ave}}\\[/latex].

Мы знаем, что средняя мощность равна 60,0 Вт, поэтому

P ₀ = 2(60,0 Вт) = 120 Вт. раз в секунду (дважды в каждом цикле), а мощность в среднем составляет 60 Вт.

Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

Рисунок 4. Энергия распределяется на большие расстояния при высоком напряжении для уменьшения потерь мощности в линиях передачи. Напряжения, генерируемые на электростанции, повышаются пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования. (Источник: GeorgHH, Wikimedia Commons)

Пример 2. Меньшие потери мощности для высоковольтной передачи выпуск

(а) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 200 кВ? (b) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом (c) Какой процент мощности теряется в линиях передачи?

Стратегия

Имеем P _пр. = 100 МВт, В _{действ. Используя эти данные, мы можем найти ток, протекающий (от P = IV ), а затем мощность, рассеиваемую в линиях ( P = I ² R ), и берем отношение к общей переданной мощности.}

Решение

Чтобы найти ток, преобразуем соотношение P _ave = I _{действ.} В 3 действ. Это дает

[латекс] {I} _ {\ text {rms}} = \ frac {{P} _ {\ text {ave}}} {{V} _ {\ text {rms}}} = \ frac {\text{100}\times {\text{10}}^{6}\text{W}}{\text{200}\times {\text{10}}^{3}\text{V}} =500\text{ A}\\[/латекс]. 9{2} r \\ [/latex] замена известных значений приведено

P _AVE = I _ОБРАТА ² R = (500 A) ² (1,0023) = 250 = (500 A) ² (1,0023) = кВт

Решение

Потери в процентах представляют собой отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

[латекс]\text{% потерь=}\frac{\text{250 кВт} }{\text{100 МВт}}\times \text{100}=0\text{.}\text{250%}\\[/latex].

Обсуждение

Одна четвертая процента — допустимая потеря. Заметим, что если бы передавалось 100 МВт мощности при напряжении 25 кВ, то понадобился бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого нужны более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было производить экономично, то в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в одной из последующих глав, в сверхпроводниках также существует предел тока. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи мощности, а напряжение переменного тока гораздо легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупномасштабных систем распределения электроэнергии.

Широко известно, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредны. Так что не только напряжение определяет опасность. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что удары переменного тока более вредны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные споры, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Теслой, которые выступали за использование переменного тока в первых системах распределения электроэнергии. Переменный ток преобладает во многом благодаря трансформаторам и меньшим потерям мощности при передаче высокого напряжения.

PhET Исследования: Генератор

Нажмите, чтобы загрузить симуляцию. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

Постоянный ток (DC) — это поток электрического тока только в одном направлении. Это относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
Источник напряжения системы переменного тока (AC) выдает [latex]V={V}_{0}\text{sin 2}\pi {ft}\\[/latex], где В — это напряжение в момент времени t , В ₀ — пиковое напряжение, а f — частота в герцах.
В простой цепи I = V/R , а переменный ток равен [latex]I={I}_{0}\text{sin 2}\pi {ft}\\[/latex], где I – это ток в момент времени с по , а [latex]{I}_{0}={V}_{0}\text{/R}\\[/latex] – пиковый ток.
Средняя мощность переменного тока составляет [латекс]{P}_{\text{ave}}=\frac{1}{2}{I}_{0}{V}_{0}\\[/latex].
Средний (действующий) ток I _{действующий} и среднее (действующее) напряжение В _{действующее значение} являются [латекс] {I} _ {\ text {rms}} = \ frac {{I} _ {0} }{\sqrt{2}}\\[/латекс] и [латекс]{V}_{\text{rms}}=\frac{{V}_{0}}{\sqrt{2}}\\ [/latex], где rms означает среднеквадратичное значение.
Таким образом, P _ср = I _СКЗ В _СКЗ .
Закон Ома для переменного тока: [латекс]{I}_{\text{rms}}=\frac{{V}_{\text{rms}}}{R}\\[/latex] . 9{2}R\\[/latex], аналогично выражениям для цепей постоянного тока.

Концептуальные вопросы

1. Приведите пример использования переменного тока не в домашнем хозяйстве. Точно так же приведите пример использования постоянного тока, отличного от питания от батарей.

2. Почему напряжение, ток и мощность проходят через нуль 120 раз в секунду для электричества переменного тока с частотой 60 Гц?

3. Вы едете в поезде, глядя вдаль через его окно. Когда мимо пролетают близкие объекты, вы замечаете, что ближайшие флуоресцентные лампы составляют пунктир штрихов. Объяснять.

Задача и упражнения

1. (a) Каково тепловое сопротивление лампочки мощностью 25 Вт, работающей от сети переменного тока 120 В? б) Если рабочая температура лампы 2700°С, каково ее сопротивление при 2600°С?

2. Некоторое тяжелое промышленное оборудование использует переменный ток с пиковым напряжением 679 В. Каково среднеквадратичное значение напряжения?

3. Определенный автоматический выключатель срабатывает при среднеквадратичном токе 15,0 А. Каков соответствующий пиковый ток?

4. В военных самолетах используется переменный ток с частотой 400 Гц, потому что на этой более высокой частоте можно проектировать более легкое оборудование. Каково время одного полного цикла этой мощности?

5. Турист из Северной Америки берет свою бритву мощностью 25,0 Вт и 120 В переменного тока в Европу, находит специальный адаптер и подключает ее к сети 240 В переменного тока. Предполагая постоянное сопротивление, какую мощность потребляет бритва при ее поломке?

6. В этой задаче вы проверите утверждения, сделанные в конце потерь мощности для Примера 2 выше. а) Какой ток необходим для передачи 100 МВт мощности при напряжении 25,0 кВ? (b) Найдите потери мощности в линии передачи с сопротивлением 1,00 Ом. (c) Какой процент потерь это представляет?

7. Кондиционер небольшого офисного здания работает от сети переменного тока 408 В и потребляет 50,0 кВт. а) Каково его эффективное сопротивление? (b) Какова стоимость работы кондиционера в жаркий летний месяц, когда он работает по 8 часов в день в течение 30 дней, а электроэнергия стоит 9 центов/кВт⋅час?

8. Какова пиковая потребляемая мощность микроволновой печи на 120 В переменного тока, потребляющей 10,0 А?

9. Каков пиковый ток через комнатный обогреватель мощностью 500 Вт, работающий от сети переменного тока 120 В?

10. Два разных электрических устройства имеют одинаковую потребляемую мощность, но одно предназначено для работы от сети переменного тока 120 В, а другое от сети переменного тока 240 В. а) Каково отношение их сопротивлений? б) Каково отношение их токов? (c) Если предположить, что его сопротивление не изменится, во сколько раз увеличится мощность, если устройство на 120 В переменного тока подключить к сети 240 В переменного тока?

11. В некоторых радиационных нагревателях используется нихромовая проволока. (a) Найдите необходимое сопротивление, если средняя выходная мощность должна составлять 1,00 кВт при использовании переменного тока 120 В. б) Какой длины нихромовая проволока, имеющая площадь поперечного сечения 500 мм ² , требуется, если рабочая температура составляет 500ºC (c) Какая мощность будет потребляться при первом включении?

12. Найдите время после t = 0 , когда мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц впервые достигает следующих значений: а) В ₀ /2 б) В ) 0.

13. (a) В какие два момента времени в первый период после t = 0 мгновенное напряжение переменного тока частотой 60 Гц равно В _{среднеквадратичное значение} ? (б) — В _{среднеквадратичное значение} ?

Глоссарий

постоянный ток:: (DC) поток электрического заряда только в одном направлении

переменный ток:: (AC) поток электрического заряда, который периодически меняет направление на противоположное

Напряжение переменного тока:: напряжение, которое колеблется синусоидально во времени, выраженное как В = В ₀ sin 2 πft , где В напряжение в момент времени t, В ₀ – пиковое напряжение, f – частота в герцах

Переменный ток:: ток, синусоидально колеблющийся во времени, выраженный как I = I ₀ sin 2 πft , где I — ток в момент времени t, I ₀ — пиковый ток, а
f
частота в герцах

Действующее значение тока:: среднеквадратичное значение тока, [latex]{I}_{\text{rms}}={I}_{0}/\sqrt{2}\\[/latex], где I ₀ пиковый ток в системе переменного тока

Среднеквадратичное значение напряжения:: среднеквадратичное значение напряжения, [latex]{V}_{\text{rms}}={V}_{0}/\sqrt{2}\\[/latex], где В ₀ — пиковое напряжение в системе переменного тока

Выбранные решения проблем и упражнений

2. 480 В

4. 2,50 мс

6. (a) 4,00 КА (B) 16,0 МВт (C) 16,0%

8. 2,40 кВт

. 10. а) 4,0 (б) 0,50 (в) 4,0

12. (a) 1,39 мс (b) 4,17 мс (c) 8,33 мс