что это такое и где они применяются? — 2017 — Блог — Пресс-центр — Компания — KЭAЗ

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 (4). 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 обратной полярностью. 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.

Перейти в каталог

.:Все о радиоэлектронике:.

Главная >> Курс радиоэлектроники >> Постоянный и переменный ток…

---

Что такое переменный ток и переменное напряжение?
Когда мы говорили о токе, то мы не упоминали о том, какой он может быть, этот ток. А быть он может двух основных видов — постоянным и переменным. Чтобы разобраться с этими терминами, необходимо вспомнить, что ток — это упорядоченное движение электронов. И вот когда эти электроны все время движутся в одном и том же направлении, то такой ток называется постоянным. Но под понятием упорядоченное движение следует также понимать то что в один момент электроны движутся в одном направлении а во второй момент — в обратном и так без остановки. Вот такой ток уже называется переменным. Если говорят о постоянном и переменном напряжении, то имеется в виду что у постоянного напряжения + и — всегда «находятся на одном месте». Примером постоянного напряжения может послужить обыкновенная батарейка, на её корпусе вы всегда найдете обозначения + и -. А у переменного + и — меняются через некоторой отрезок времени. Следственно постоянное напряжение создает постоянный ток, и соответственно переменное напряжение — переменный ток. Примером переменного напряжения может послужить обыкновенная электросеть. Постоянный ток обозначается одной прямой линией, а переменный одной волнистой линией. Я думаю, вам не раз приходилось видеть надписи 220В, перед которой стоит горизонтальная волнистая линия. Это и есть обозначение переменного тока. Обратите внимание на то, что устройства, в который используется постоянный ток, в подавляющем количестве, не допускают чтобы при подключения к ним питания контакты + и — перепутались между собой, поскольку если их перепутать то прибор может попросту «сгореть». А вот для переменного напряжения это уже не актуально, припустим, вы включаете в розетку… да что угодно, и не важно какой именно стороной вставить вилку в розетку, прибор все ровно будет работать. Наверняка, вам также приходилось возле надписей 220В замечать и надпись на подобие 50Гц. Это частота переменного тока. И означает она, сколько раз в секунду меняется «плюс с минусом» местами. Надпись 50Гц (Герц) означает, что за одну секунду полярность напряжения меняется 50 раз.

Графики
Для того чтобы представить, как именно происходит изменение полярности переменного напряжения необходимо разбираться в графиках, которые показывают напряжение в разные моменты времени. Давайте посмотрим на график, демонстрирующий постоянное напряжение (он слева). Припустим, что этот график показывает напряжение на контактах лампочки фонарика.

Начиная с точки 0 и до точки «а» график показывает, что напряжение равно нулю. Или другими словами говоря его там вообще нет (фонарик выключен). В момент времени «а» (в нашем варианте на контактах лампочки) появляется напряжение равное U1, которое остается без изменений в течении времени от «а» до «б» (фонарик включен). В момент времени «б» Напряжение снова пропадает (стает равным нулю). Если посмотреть на второй график, который отображает переменное напряжение, то думаю, несложно разобраться что именно происходит с переменным напряжением в разные моменты времени. В нулевой точке оно равно нулю. На протяжении времени от «0» до «а» напряжение плавно возрастает до значения U1 и в этот же момент начинает спадать. В результате чего в момент времени «б» достигает нулевой отметки. Но как видно на графике, напряжение продолжает падать и становится отрицательным. В точке «г» достигает минимума, и снова начинает возрастать. Это явление повторяется на протяжении существования напряжения (пока свет не отключат :-). Следует заметить, что переменное напряжение может быть не только такой формы. Оно может быть, например, прямоугольной или практически любой другой формы. Теперь еще раз взгляните на этих два графика, и вспомните, как обозначается постоянный и переменный ток (напряжение).

Наверх

Как определить переменное или постоянное напряжение. Переменный ток и постоянный ток: отличие

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Представить жилище современного человека без электрических розеток невозможно. И поэтому многие хотят знать больше о силе, несущей цивилизации тепло и свет, заставляющей работать все наши электроприборы. И начинают с вопроса: какой ток в нашей розетке, постоянный или переменный? И какой из них лучше? Чтобы ответить на вопрос, какой ток в розетке и чем обусловлен этот выбор, выясним, чем они отличаются.

Источники постоянного напряжения

Все эксперименты, проводимые учеными с электрическим током, начинались именно с него. Первые, еще примитивные, источники электроэнергии, подобные современным батарейкам, способны были выдавать именно постоянный ток.

Его основная особенность – неизменность величины тока в любой момент времени. Источниками, кроме гальванических элементов, являются специальные генераторы, аккумуляторы. Мощным источником постоянного напряжения является атмосферное электричество – разряды молний.

Источники переменного напряжения

В отличие от постоянного, величина переменного напряжения изменяется во времени по синусоидальному закону. Для него существует понятие периода – времени, за которое происходит одно полное колебание, и частоты – величины, обратной периоду.

В электрических сетях России принята частота переменного тока, равная 50 Гц. Но в некоторых странах эта величина равна 60 Гц. Это нужно учитывать при приобретении бытовых электроприборов и промышленного оборудования, хотя большая его часть прекрасно работает в обоих случаях. Но лучше в этом убедиться, прочитав инструкцию по эксплуатации.

Преимущества переменного тока

В наших розетках протекает переменный ток. Но почему именно он, чем он лучше постоянного?

Дело в том, что только величину переменного напряжения можно изменять с помощью преобразовательных устройств – трансформаторов. А делать это приходится многократно.

Теплоэлектростанции, гидроэлектростанции и атомные электростанции находятся далеко от потребителей. Возникает необходимость передачи больших мощностей на расстояния, исчисляемые сотнями и тысячами километров. Провода линий электропередач имеют малое сопротивление, но все же оно присутствует. Поэтому ток, проходя по ним, нагревает проводники. Более того, за счет разности потенциалов в начале и конце линии, к потребителю приходит меньшее напряжение, чем было на электростанции.

Бороться с этим явлением можно, либо уменьшив сопротивление проводов, либо снизив значение тока. Уменьшение сопротивления возможно только с увеличением сечением проводов, а это дорого, а порой – невозможно технически.

А вот уменьшить ток можно, увеличив значение напряжения линии. Тогда при передаче одной и той же мощности ток по проводам пойдет меньший. Уменьшаться потери на нагрев проводов.

Технически это выглядит так. От генераторов переменного тока электростанции напряжение подается на повышающий трансформатор. Например, 6/110 кВ. Далее по линии электропередач напряжением 110 кВ (сокращенно – ЛЭП-110 кВ) электрическая энергия отправляется до следующей распределительной подстанции.

Если эта подстанция предназначена для питания группы деревень в районе, то напряжение понижается до 10 кВ. Если при этом нужно отправить весомую часть принятой мощности энергоемкому потребителю (например, комбинату или заводу), могут использоваться линии напряжением 35 кВ. На узловых подстанциях для разделения напряжения между потребителями, находящихся на разном удалении и потребляющими разные мощности, используются трехобмоточные трансформаторы. В нашем примере это – 110/35/6 кВ.

Теперь напряжение, полученное на сельской подстанции, претерпевает новое преобразование. Его величина должна стать приемлемой для потребителя. Для этого мощность проходит через трансформатор 10/0,4 кВ. Напряжение между фазой и нулем линии, идущей к потребителю, становится равным 220 В. Оно и доходит до наших розеток.

Думаете, что это все? Нет. Для полупроводниковой техники, являющейся начинкой наших телевизоров, компьютеров, музыкальных центров эта величина не подойдет. Внутри них 220 В понижаются до еще меньшего значения. И преобразуется в постоянный ток.

Вот такая метаморфоза: передавать на большие расстояния лучше переменный ток, а нужен нам, в основном – постоянный.

Еще одно достоинство переменного тока: проще погасить электрическую дугу, неизбежно возникающую между размыкающимися контактами коммутационных аппаратов. Напряжение питания изменяется и периодически переходит через нулевое положение. В этот момент дуга гаснет самостоятельно при соблюдении определенных условий. Для постоянного напряжения потребуется более серьезная защита от подгорания контактов. Но при коротких замыканиях на постоянном токе повреждения электрооборудования от действия электрической дуги серьезнее и разрушительнее, чем на переменном.

Преимущества постоянного тока

Энергию от источников переменного напряжения нельзя хранить. Его можно использовать для зарядки аккумуляторной батареи, но выдавать она будет только постоянный ток. А что будет, если в силу каких-то причин остановится генератор на электростанции или оборвется линия питания села? Его жителям придется пользоваться фонариками на батарейках, чтобы не остаться в темноте.

Но и на электростанциях тоже есть источники постоянного напряжения – мощные аккумуляторные батареи. Ведь для того, чтобы запустить остановившееся из-за аварии оборудование, необходимо электричество. У механизмов, без которых запуск оборудования электростанции невозможен, электродвигатели питаются от источников постоянного напряжения. А также – все устройства защиты, автоматики и управления.

Также на постоянном напряжении работает электрифицированный транспорт: трамваи, троллейбусы, метро. Электродвигатели постоянного тока имеют больший вращающий момент на низких скоростях вращения, что необходимо электропоезду для успешного трогания с места. Да и сама регулировка оборотов двигателя, а, следовательно, и скорости движения состава, проще реализуется на постоянном токе.

И . Прежде чем подробно разбирать эти термины следует вспомнить, что понятие электрического тока заключается в упорядоченном движении частиц, имеющих электрические заряды. Если электроны постоянно осуществляют движение в одном направлении, то ток носит название постоянного. Но, когда электроны в один момент времени двигаются в одном направлении, а в другой момент осуществляется движение в другом направлении, то это является упорядоченным движением заряженных частиц, двигающихся без остановки. этот ток называют переменным. Существенным различием между ними считают то, что у постоянного значения «+» и «-» постоянно находятся на одном определенном месте.

Что такое постоянное напряжение

В качестве примера постоянного напряжения служит обычная батарейка. На корпусе любой батарейки есть обозначения «+» и «-». Это говорит о том, что при постоянном токе эти значения имеют постоянное местоположение. У переменного наоборот, значения «+» и «-» изменяются через определенные короткие промежутки времени. Поэтому обозначение постоянного тока применяется в виде одной прямой линии, а обозначение переменного — в виде одной волнистой линии.

Отличие постоянного тока от переменного

Большинство устройств, использующих постоянный ток, не позволяют при подключении источника питания путать контакты, поскольку в таком случае прибор может просто выйти из строя. При переменном этого не произойдет. Если вставить вилку в розетку любой стороной, то прибор все равно будет работать. Кроме того, существует такое понятие, как частота переменного тока. Она показывает, сколько раз в течение секунду меняются местами «минус» с «плюсом». Например, частота в 50 герц означает, изменение полярности напряжения за секунду 50 раз.

На представленных графиках видно изменение напряжения в различные временные моменты. На графике слева, для примера показано напряжение на контактах лампочки карманного фонарика. На отрезке времени с «0» до точки «а» напряжение вообще отсутствует, так как фонарик выключен. В точке времени «а» возникает напряжение U1, которое не меняется в промежутке времени «а» — «б», когда фонарик включен. При выключении фонарика в момент времени «б» напряжение снова становится равным нулю.

На графике переменного напряжения можно наглядно увидеть, что напряжение в различных точках, то поднимается до максимума, то становится равным нулю, то падает до минимума. Это движение происходит равномерно, через одинаковые промежутки времени и повторяется до тех пор, пока не отключат свет.

В чём разница переменного и постоянного тока

Общее понятие электрического тока можно выразить как движение различных заряженных частиц (электронов, ионов) в некотором направлении. А его величину охарактеризовать числом заряженных частиц, которые прошли через проводник за определенный промежуток времени.

Если величина заряженных частиц в 1 кулон проходит через определенное сечение проводника за время в 1 секунду, тогда можно говорить о силе тока в 1 ампер протекающего через проводник. Таким образом определяется количество ампер или сила тока. Это общее понятие тока. А теперь рассмотрим понятие переменного и постоянного тока и их различие.

Постоянный электрический ток по определению — это ток, который течёт только в одном направлением и не меняет его со временем. Переменный ток характерен тем, что меняет свое направление и величину со временем. Если графически постоянный ток отображается как прямая линия, то переменный ток течет по проводнику по закону синуса и графически отображается как синусоида.

Так как переменный ток меняется по закону синусоиды, то он имеет такие параметры как период полного цикла, время которого обозначается буквой Т. Частота переменного тока обратна периоду полного цикла. Частота переменного тока выражается числом полных периодов в определенный промежуток времени (1 сек).

Таких периодов в нашей электросети переменного тока равно 50, что соответствует частоте 50 Гц. F = 1/Т, где период для 50 Гц равен 0,02 сек. F =1/0,02 = 50 Гц. Обозначается переменный ток английскими буквами AC и знаком «~». Постоянный ток имеет обозначение DC и значок «-». Кроме того переменный ток может быть однофазным или многофазным. В основном используется трехфазная сеть.

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

Переменный ток имеет много преимуществ перед постоянным током. Низкие потери при передаче переменного тока в линиях электропередач (ЛЭП) по сравнению с постоянным током. Генераторы переменного тока простые и дешевые. При передаче на большие расстояния по ЛЭП высокое напряжение достигает 330 тысяч вольт с минимальным током.

Чем меньше ток в ЛЭП, тем меньше потерь. Передача постоянного тока на большие расстояния понесет немалые потери. Также высоковольтные генераторы переменного тока значительно проще и дешевле. Из переменного напряжения легко получить более низкое напряжение через простые трансформаторы.

Также, значительно дешевле получить постоянное напряжение из переменного, чем наоборот, использовать дорогие преобразователи постоянного напряжения в переменное. Такие преобразователи имеют низкий КПД и большие потери. По пути передачи переменного тока используют двойное преобразование.

Сначала с генератора получает 220 — 330 Кв, и передают на большие расстояния до трансформаторов, которые понижают высокое напряжение до 10 Кв и далее идут подстанции которые понижают высокое напряжение до 380 В. С этих подстанций электроэнергия расходится по потребителям и поступает в дома и на электрощиты многоквартирного дома.

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

Для однофазного напряжения характерна одна синусоида, а для трехфазного три синусоиды, смещенные на 120 градусов относительно друг друга. Трехфазная сеть также имеет свои преимущества перед однофазными сетями. Это меньше габариты трансформаторов, электродвигатели также конструктивно меньших размеров.

Имеется возможность изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя. В трехфазной сети можно получить 2 напряжения — это 380 В и 220 В, которые используются для изменения мощности двигателя и регулировки температуры нагревательных элементов. Используя трехфазное напряжение в освещении можно устранить мерцание люминесцентных ламп, для чего их подключают к разным фазам.

Постоянный ток используется в электронике и во всех бытовых приборах, так как он легко преобразуется из переменного за счёт его деления на трансформаторе до нужной величины и дальнейшего выправления. Источником постоянного тока являются аккумуляторы, батареи, генераторы постоянного тока, светодиодные панели. Как видно различие в переменном и постоянном токе немалое. Теперь мы узнали — Почему в нашей розетки течет переменный ток, а не постоянный?

Несмотря на то, что электрический ток является незаменимой частью современной жизни, многие пользователи не знают о нем даже основополагающих сведений. В данной статье, опустив курс базовой физики, рассмотрим, чем отличается постоянный ток от переменного, а также какое он находит применение в современных бытовых и промышленных условиях.

Вконтакте

Различие типов тока

Что такое ток, рассматривать здесь не будем, а сразу перейдем к основной теме статьи. Переменный ток отличается от постоянного тем, что он непрерывно изменяется по направлению движения и своей величине .

Изменения эти осуществляются периодами через равные временные отрезки. Для создания подобного тока применяют специальные источники или генераторы, выдающие переменную ЭДС (электродвижущую силу), которая регулярно изменяется.

Основополагающая схема упомянутого устройства для генерации переменного тока довольно проста. Это рамка в виде прямоугольника, изготавливаемая из медных проволок, которая закрепляется на ось, а затем при помощи ременной передачи вращается в поле магнита. Кончики этой рамки припаиваются к медным контактным колечкам, скользящим по непосредственно контактным пластинкам, вращаясь синхронно с рамкой.

При условии равномерного ритма вращения начинает индуцироваться ЭДС, которая периодически изменяется. Измерить ЭДС, возникшую в рамке, возможно специальным прибором. Благодаря появлению реально определить переменную ЭДС и вместе с ней переменный ток.

В графическом исполнении эти величины характерно изображаются в виде волнообразной синусоиды . Понятие синусоидального тока зачастую относится к переменному току, поскольку подобный характер изменения тока является наиболее распространенным.

Переменный ток – алгебраическая величина, а его значение в конкретный временной момент именуется мгновенным значением. Знак непосредственно самого переменного тока определяется по направлению, в котором в данный временной момент проходит ток. Следовательно, знак бывает положительным и отрицательным.

Характеристики тока

Для сравнительной оценки всевозможных переменных токов применяют критерии, именуемые параметрами переменного тока , среди которых:

• период;
• амплитуда;
• частота;
• круговая частота.

Период – отрезок времен, когда производится законченный цикл изменения тока. Амплитудой называют максимальное значение. Частотой переменного тока назвали количество законченных периодов за 1 сек.

Перечисленные выше параметры дают возможность отличать различные виды переменных токов, напряжений и ЭДС.

При расчете сопротивления разных цепей воздействию переменного тока допустимо подключить еще один характерный параметр, именуемый угловой либо круговой частотой . Этот параметр определяется скоростью вращения вышеупомянутой рамки под определенным углом в одну секунду.

Важно! Следует понимать, чем отличается ток от напряжения. Принципиальная разница известна: ток является количеством энергии, а напряжением называется мера .

Переменный ток получил свое название, потому что направление движения у электронов безостановочно изменяется, как и заряд. У него встречается различная частота и электрическое напряжение.

Это и является отличительной чертой от постоянного тока, где направление движения электронов неизменно . Если сопротивление, напряжение и сила тока неизменны, а ток течет только в одну сторону, то такой ток является постоянным.

Для прохождения постоянного тока в металлах потребуется, чтобы источник постоянного напряжения оказался замкнут на себя при помощи проводника, которым и является металл. В отдельных ситуациях для выработки постоянного тока применяют химический источник энергии, который называется гальваническим элементом.

Передача тока

Источники переменного тока – обычные розетки. Они располагаются на объектах разнообразного назначения и в жилых помещениях. К ним подключаются различные электрические приборы, которые получают необходимое для их работы напряжение.

Использование переменного тока в электрических сетях является экономически обоснованным, поскольку величина его напряжения может преобразовываться к уровню необходимых значений. Совершается это при помощи трансформаторного оборудования с допускаемыми незначительными потерями. Транспортировка от источников электроснабжения к конечным потребителям является более дешевой и простой.

Передача тока к потребителям начинается непосредственно с электростанции, где используется разновидность чрезвычайно мощных электрических генераторов. Из них получают электрический ток, который по кабелям направляется к трансформаторным подстанциям. Зачастую подстанции располагают неподалеку от промышленных либо жилых объектов электрического потребления. Полученный подстанциями ток преобразуется в трехфазное переменное напряжение.

В батарейках и аккумуляторах содержится постоянный ток , который отличается устойчивостью свойств, т.е. они не изменяются со течением времени. Он используется в любых современных электрических изделиях, а еще в автомобилях.

Преобразование тока

Рассмотрим отдельно процесс преобразования переменного тока в постоянный. Данный процесс производится при помощи специализированных выпрямителей и включает три шага:

1. Первым шагом подключается четырехдиодный мост заданной мощности. Это в свою очередь позволяет задать движение однонаправленного типа у заряженных частиц. Кроме того, он понижает верхние значения у синусоид, свойственных переменному току.
2. Далее подключается фильтр для сглаживания либо специализированный конденсатор. Это осуществляется с диодного моста на выход. Сам же фильтр способствует исправлению впадин между пиковыми значениями синусоид. А подключение конденсатора значительно снижает пульсации и приводит их к минимальным значениям.
3. Затем производится подключение устройств, стабилизирующих напряжение, с целью снижения пульсаций.

Данный процесс, в случае необходимости, способен производиться в двух направлениях, конвертируя постоянный и переменный ток.

Еще одной отличительной чертой является распространение электромагнитных волн по отношению к пространству. Доказано, что постоянный тип тока не позволяет электромагнитным волнам распространяться в пространстве, а переменный ток может вызывать их распространение. Кроме того, при транспортировке переменного тока по проводам индукционные потери значительно меньше, нежели при передаче постоянного тока.

Обоснование выбора тока

Разнообразие токов и отсутствие единого стандарта обуславливается не только потребностью в различных характеристиках в каждой индивидуальной ситуации. В решении большинства вопросов перевес оказывается в пользу переменного тока. Подобная разница между видами токов обуславливается следующими аспектами:

• Возможность передачи переменного тока на значительные расстояния. Возможность преобразования в разнородных электрических цепях с неоднозначным уровнем потребления.
• Поддержание постоянного напряжения для переменного тока оказывается в два раза дешевле, нежели для постоянного.
• Процесс преобразования электрической энергии непосредственно в механическую силу осуществляется со значительно меньшими затратами в механизмах и двигателях переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток все время изменяет свое направление в отличие от постоянного, который протекает только в одном направлении. Постоянный ток вырабатывают батареи и источники постоянного тока, а переменный – генераторы сигналов и государственные энергетические системы.

 

Синусоидальные колебания

Форма переменного тока или напряжения может принимать самые различные виды. Наиболее распространенной является синусоидальная форма переменного напряжения или тока (рис. 2.1). Синусоидальное колебание имеет два максимальных значения, или пика: положительный пик и отрицательный. Пиковое значение называется также амплитуде синусоиды. Значение синусоидального напряжения, измеренное от пика до пика (размах), является разностью потенциалов между положительным пиком и отрицательным.
Размах = Положительная амплитуда + Отрицательная амплитуда = Удвоенная амплитуда.

Рис. 2.1. Синусоидальные колебания переменного тока

 

Среднеквадратическое значение

Постоянный ток имеет постоянное значение, и это значение можно использовать во всех вычислениях. Значение же переменного тока изменяется во времени. Чтобы преодолеть эту трудность, за «постоянное» значение переменного тока приняли и используют его среднеквадратическое значение.
Среднеквадратическое значение переменного тока является эквивалентом значения постоянного тока, при котором вырабатывается такая же мощность, что и при исходном значении переменного тока. Если известно среднеквадратическое значение переменного тока, то его можно использовать для вычисления мощности так же, как если бы это было постоянное напряжение или ток. Например:

 

 

Мощность пост. тока = Постоянный ток х Постоянное напряжение;
Мощность перем. Тока = Среднеквадр. значение тока х Среднеквадр. значение напряжения.

 

Значения переменного тока и напряжения всегда задают в виде среднеквадратической величины, за исключением специально оговоренных случаев.
Пример 1
Какое сопротивление имеет домашний электрический обогреватель мощностью 1 кВт?
Решение
Домашние обогреватели работают от сетевого напряжения, имеющего среднеквадратическое значение 240 В (в России 220 В. — Прим. перев.). Мощность, потребляемая обогревателем, составляет 1 кВт = 1000 Вт. Из формулы P = V2/R определяем

P = V2/R = 240*240/1000 = 57, б Ом.

 

Соотношение между пиковыми и среднеквадратическими значениями

Среднеквадратическое значение сигнала переменного тока зависит от его формы. Так, среднеквадратическое значение синусоидального сигнала составляет 0,707 его пикового значения (амплитуды). Заметим, что это справедливо только для синусоидального сигнала. Например, если амплитуда синусоидального сигнала Vр = 10 В, то его среднеквадратическое значение составит Vср.кв. = 0,707 * Vр = 0,707 * 10 = 7,07 В (см. рис. 2.2). Из соотношения Vср.кв. = 0,707 * Vр следует, что

Vр = 1/0,707 * Vср.кв. = 1,414 * Vср.кв.

Рис. 2.2. Среднеквадратическое значение синусоидального сигнала.

Рис. 2.3. Постоянная составляющая сигнала переменного тока.

 

Постоянная составляющая в сигнале переменного тока

До сих пор мы имели дело с сигналами переменного тока, которые не содержали постоянной составляющей. Рассмотрим два синусоидальных сигнала, изображенных на рис. 2.3. Левый сигнал не имеет постоянной составляющей, и его положительный пик равен отрицательному. Правый же сигнал содержит составляющую постоянного тока величиной 5 В.
Постоянная составляющая переменного тока называется также средним, или усредненным значением сигнала переменного тока.
Определим постоянную составляющую сигнала, имеющего прямоугольную форму (рис. 2.4).

Рис. 2.4.

 

1. Сначала определим положение нулевого уровня.
2. Вычислим площадь А1, лежащую выше нулевого уровня:
А1 = 4*1 = 4.

3. Вычислим площадь А2, лежащую ниже нулевого уровня:
А2 = 2*1 = 2.

4. Вычислим суммарную площадь:
А1 – А2 = 4 – 2 = 2.

5. Отсюда среднее значение напряжения за период равно
Суммарная площадь/Время периода = 2/3 = 0,67 В.

 

Среднеквадратическое значение сложных сигналов

Как уже говорилось, соотношение
Среднеквадратическое значение = 0,707 амплитуды
справедливо только для синусоидальных сигналов. Среднеквадратическое значение сигналов, имеющих другую форму, может быть определено следующим образом.
1. Определить площадь сигнала за один период. Заметим, что при определении площади отрицательное значение превращается в положительное.
2. Определить среднее значение площади сигнала за период.
3. Вычислить квадратный корень из средней площади сигнала за период.
Определим среднеквадратическое значение сигнала, имеющего форму меандра (рис. 2.5(а)). Площадь положительного полупериода этого сигнала равна 3 * 3 = 9. Площадь отрицательного полупериода составля¬ет (-3) * (-3) = 9. Среднее значение площади за период, следовательно, равно 9. Отсюда среднеквадратическое значение напряжения будет корень из 9 = 3 В.

Рис. 2.5. Сравнение среднеквадратических значений
прямоугольного и синусоидального сигналов.

 

Для сравнения определим среднеквадратическое значение синусоидального напряжения, имеющего значение положительной и отрицательной амплитуды +3 В и –3 В соответственно (рис. 2.5(б)): 0,707 * 3 В = 2,12 В.

Как видим, прямоугольный сигнал имеет большее среднеквадратическое значение. Это объясняется тем, что площадь под прямоугольной огибающей больше, чем площадь под синусоидой, хотя оба сигнала имеют одинаковые значения положительного и отрицательного пиков. В данном случае среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала равно его пиковому значению.

На рис. 2.6 изображен прямоугольный сигнал, имеющий только положительные значения. Среднеквадратическое значение этого сигнала меньше его пикового значения.
При однополупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение напряжения равно половине его амплитуды.
При двухполупериодном выпрямлении среднеквадратическое значение такое же, как у полной синусоиды, т. е. 0,707 амплитуды (рис. 2.7), поскольку при вычислении среднеквадратического значения положительная полуволна сигнала идентична отрицательной, положительный полупериод идентичен отрицательному.
Заметим, что постоянная составляющая, или среднее значение сигнала, это просто усредненное значение напряжения за один период, не имеющее никакого отношения к среднеквадратическому значению.

Рис. 2.6. Среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала, имеющего только положительную полярность.

 

Рис. 2.7. (а) При однополупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,5 амплитуды.
(б) При двухполупериодном выпрямлении синусоидального напряжения его среднеквадратическое значение равно 0,707 амплитуды.

 

В этом видео наглядно рассказывается о типах тока, в том числе о переменном токе:

 

Добавить комментарий

Переменный ток

Большинство студентов, изучающих электричество, в начале своего обучения встречаются с таким понятием как постоянный ток, что означает электрический ток, имеющий постоянное направление, и/или обладающий напряжением постоянной полярности.

Постоянный ток представляет собой вид электричества, создаваемого батареей (с положительным и отрицательными выводами), или же вид заряда, возникающего при трении определенных материалов друг о друга.

Однако постоянный ток не единственный используемый «вид» электричества. Некоторые источники электроэнергии (особенно роторные электромеханические генераторы) производят напряжение, меняющее свою полярность.

Постоянный ток и переменный ток

Так же как знакомое нам условное обозначение батарейки на рисунке представляет собой условное обозначение любого источника постоянного напряжения, кружок с волнистой линией внутри обозначает источник напряжения переменного тока.

Можно было бы подумать, что практическое применение переменного тока ограничено. И действительно, в некоторых случаях переменный ток уступает постоянному по части практического применения. В тех системах, где электричество используется для рассеивания энергии в форме тепла, полярность или направление тока не имеет значения, — вполне достаточно, чтобы напряжения и тока хватало нагрузке для производства необходимого тепла (рассеивания энергии).   Однако, используя переменный ток, можно создавать гораздо более эффективные электрогенераторы, электродвигатели, системы распределения энергии, таким образом, в высокомощных системах преобладает использование именно переменного тока. Чтобы понять, почему это так, нам нужно узнать немного о переменном токе как таковом.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Это основополагающий принцип работы генератора переменного тока, или альтернатора. 

 

Принцип работы альтернатора

Заметьте, как меняется полярность напряжения на катушках, когда при вращении возле них оказываются разные полюсы магнита. При соединении с нагрузкой такое напряжение будет создавать ток, который будет периодически менять направление своего движения. Чем быстрее вращается вал альтернатора, тем быстрее будет вращаться магнит, и тем чаще в результате напряжение будет менять полярность, а ток – направление за определённый промежуток времени.

Несмотря на то, что генераторы постоянного тока работают по тому же принципу электромагнитной индукции, их устройство гораздо сложнее, чем у их соперников, генераторов переменного тока. У генераторов постоянного обмотка помещается на вал в то место, где в альтернаторах находится магнит, и эта вращающаяся обмотка соприкасается с неподвижными угольными «щётками». Всё это необходимо для того, чтобы переключать изменяющуюся полярность во внешней схеме, чтобы на последней создавалась постоянная полярность:  

Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор на рисунке выше производит два импульса напряжения за одно вращение вала. Чтобы генератор постоянного тока производил постоянное напряжение, а не короткие импульсы за каждый полупериод вращения, создаётся набор обмоток, которые периодически входят в контакт с щётками.  На схеме выше в упрощенной форме показано то, что вы увидите на практике.

Проблемы, связанные с возникновением и прерыванием электрического контакта при движении обмотки, очевидны (искрение и перегрев), особенно если вал генератора вращается с большой скоростью. Если в среде вокруг генератора содержатся легковоспламеняемые или взрывчатые пары, проблемы, связанные с искрообразованием усугубляются. Для работы генератор переменного тока (альтернатора) не требуются щёток и коллектор и поэтому он застрахован от проблем, обычно возникающих при использовании генераторов постоянного тока.

Генераторы переменного тока также имеют очевидные преимущества при использовании их в электродвигателях по сравнению с генераторами постоянного тока. В отличие от электродвигателей постоянного тока, в двигателях переменного тока не требуется соприкосновения щёток с движущейся обмоткой.  На самом деле электродвигатели постоянного и переменного тока по своему устройству очень похожи на электрогенераторы.

Таким образом, становится понятно, что конструкция генераторов и электродвигателей переменного тока гораздо проще по сравнению с генераторами и двигателями постоянного тока. Относительная простота этих устройств на практике выглядит как много большая надежность и рентабельность. Для чего же еще используют переменный ток? Наверняка должно быть что-то кроме его использования в генераторах и двигателях! И действительно есть. Существует электромагнитный эффект, известный как взаимная индуктивность, возникающий, когда две или более обмоток размещены таким образом, что переменное магнитное поле, создаваемое одной из обмоток наводит напряжение в другой. Если на одну из таких обмоток мы подадим переменный током, то на другой мы также получим переменное напряжение. Это устройство известно как трансформатор. 

Трансформатор преобразует переменное напряжение и ток

Главное значение трансформатора состоит в его способности повышать и понижать напряжение на второй обмотке. Напряжение переменного тока, возникающее во вторичной обмотке равно напряжению переменного тока на первичной обмотке, умноженному на коэффициент отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Если же со вторичной обмотки ток подаётся в нагрузку, то изменение тока на вторичной обмотке будет прямо противоположным: ток первичной обмотки умножается на коэффициент отношения числа витков первичной к числу витков вторичной обмотки. Механическим аналогом подобных отношений может служить пример с крутящим моментом и скоростью (вместо напряжения и тока, соответственно):  

Зубчатая передача, применяемая для увеличения скорости, понижает крутящий момент. Понижающий трансформатор понижает напряжение и усиливает ток

Если соотношение витков обмоток обратное, т.е. первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, то трансформатор увеличивает напряжение источника до более высокого уровня:  

Зубчатая передача увеличивает крутящий момент и снижает скорость. Повышающий  трансформатор повышает напряжение и уменьшает ток

Способность трансформатора увеличивать и уменьшать переменное напряжение дает переменному току несопоставимое преимущество над постоянным в области распределения энергии (см. рисунок ниже). Гораздо эффективнее передавать электроэнергию на большие расстояния при высоком напряжении и малом токе (провода меньшего диаметра с меньшими потерями на сопротивление), а затем понижать напряжение и усиливать тока при подаче энергии конечным потребителям.

Трансформаторы обеспечивают эффективную высоковольтную передачу электрической энергии на большие расстояния

Благодаря трансформаторам передачу электрической энергии на большие расстояния стала гораздо более практичной. Без возможности эффективного увеличения и уменьшения напряжения было бы непомерно дорого создавать системы энергообеспечения для больших расстояний (более нескольких десятков километров).

Трансформаторы работают только на переменном токе. Поскольку явление взаимоиндукции основано на переменных магнитных полях, а постоянный ток способен создавать только постоянные магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать на постоянном токе. Конечно, на первичную обмотку трансформатора можно подавать постоянный прерывистый (импульсный) ток, чтобы создать переменное магнитное поле (как это делается в автомобильной системе зажигания для создания искры в свече зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но в таком варианте постоянный ток ничем не отличается от переменного.  Возможно, именно по этой причине переменный ток находит более широкое применение в высокомощных системах.

• РЕЗЮМЕ:
  
• Постоянный ток представляет собой напряжение или ток, который сохраняет постоянную полярность или направление.
• Переменный ток представляет собой напряжение или ток, который меняет полярность или направление с течением времени.
• Электромеханические генераторы переменного тока, называемые альтернаторами, имеют более простое устройство, нежели электромеханические генераторы постоянного тока.
• Устройство электродвигателей постоянного и переменного тока сходно с устройством соответствующих генераторов.
• Трансформатор представляет собой пару обмоток, используемых для передачи переменного тока с одной обмотки на другую.  Часто число витков каждой обмотки устанавливается таким, чтобы создавать увеличение или уменьшение напряжения при переходе с первичной на вторичную обмотку.
• Напряжение вторичной обмотки  = напряжение первичной обмотки (число витков вторичной обмотки/число витков первичной обмотки).
• ток вторичной обмотки = ток первичной обмотки (число витков первичной обмотки/число витков вторичной обмотки)

Как узнать переменный или постоянный ток?!

 Как узнать переменный или постоянный ток и в чем их разница?

                              Я думаю большинство знает, что переменное напряжение обозначается:

                               А постоянный напряжение обозначается так:

Переменное апряжение это наши розетки 220V, а постоянное напряжение в батарейках, аккумуляторах, блоках питания и т.д. Одним из вариантов узнать постоянное напряжение или переменное можно при помощи индикаторной отвертки, а замерить переменное и постоянное можно мультиметром.

Первое что мы делаем, это касаемся по очереди каждого провода индикаторной отверткой.
При постоянном напряжении индикаторная отвертка гореть не будет к какому проводу ее не приложи.
Затем, если она не засветилась, выставляем на мультиметре значения постоянного напряжения  и замеряем его выставив в максимальное значение.  На моем мультиметре максимальное значение постоянного и переменного напряжения равняется 500V.

А вот с переменным напряжением на одном контакте точно начнет светиться, при условии что подано питание. Замерить его можно аналогичным способом, выставив мультиметр в положение переменного напряжения на максимальное значение.

И нужно помнить о том, что в большинстве случаев нельзя при постоянном напряжении путать плюс и минус, иначе подключаемое устройство может выйти из строя.

Теперь усложним задачу, мы выяснили что у нас постоянное напряжение, но на китайском адаптере  нет обозначений плюса и минуса и два провода одинакового цвета, как быть в этой ситуации?

Данная проблема решается просто, мы прикладываем контакты нашего мальтиметра (выставив его в максимальное положение) к проводам и смотрим показатели. Если на экране мультиметра значение со знаком минус ( — 12 ), то СОМ разъем касается провода с плюсом. Поменяв их местами минус исчезнет, но значение останется прежним (  12 ). На черном СОМ кабеле нашего мультиметра будит минус, а на красном плюс.

Переменное напряжение и его параметры

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказал, как рассчитать индуктивность катушки выполненной на разомкнутом сердечнике (например, ферритовой антенны, контурных катушек радиоприёмников, катушек с построечными сердечниками и т. д.). Сегодняшняя статья посвящена переменному напряжению и параметрам, которые его характеризуют.

Что такое переменное напряжение?

Как известно электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, которое возникает под действием разности потенциалов или напряжения. Одной из основных характеристик любого типа напряжения является его зависимость от времени. В зависимости от данной характеристики различают постоянной напряжение, значение которого с течением времени практически не изменяется и переменное напряжение, изменяющееся во времени.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Переменное напряжение в свою очередь бывает периодическим и непериодическим. Периодическим называется такое напряжение, значения которого повторяются через равные промежутки времени. Непериодическое напряжение может изменять своё значение в любой период времени. Данная статья посвящена периодическому переменному напряжению.

Постоянное (слева), периодическое (в центре) и непериодическое (справа) переменное напряжение.

Минимальное время, за которое значение переменного напряжения повторяется, называется периодом. Любое периодическое переменное напряжение можно описать какой-либо функциональной зависимостью. Если время обозначить через t, то такая зависимость будет иметь вид F(t), тогда в любой период времени зависимость будет иметь вид

где Т – период.

Величина обратная периоду Т, называется частотой f. Единицей измерения частоты является Герц, а единицей измерения периода является Секунда

Наиболее часто встречающаяся функциональная зависимость периодического переменного напряжения является синусоидальная зависимость, график которой представлен ниже

Синусоидальное переменное напряжение.

Из математики известно, что синусоида является простейшей периодической функцией, и все другие периодические функции, возможно, представить в виде некоторого количества таких синусоид, имеющих кратные частоты. Поэтому необходимо изначально рассмотреть особенности синусоидального напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение в любой момент времени, мгновенное напряжение, описывается следующим выражением

где U_m – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла),

φ – начальная фаза, определяемая смещением синусоиды относительно начала координат, определяется точкой перехода отрицательной полуволны в положительную полуволну.

Величина (ωt + φ) называется фазой, характеризующая значение напряжения в данный момент времени.

Таким образом, амплитуда U_m, угловая частота ω и начальная фаза φ являются основными параметрами переменного напряжения и определяют его значение в каждый момент времени.

Обычно, при рассмотрении синусоидального напряжения считают, что начальная фаза равна нулю, тогда

В практической деятельности, довольно часто, используют ещё ряд параметров переменного напряжения, такие как, действующее напряжение, среднее напряжение и коэффициент формы, которые мы рассмотрим ниже.

Что такое действующее напряжение переменного тока?

Как я писал выше, одним из основных параметров переменного напряжения является амплитуда U_m, однако использовать в расчётах данную величину не удобно, так как временной интервал в течение, которого значение напряжения u равно амплитудному U_m ничтожно мал, по сравнению с периодом Т напряжения. Использовать мгновенное значение напряжения u, также не очень удобно, вследствие больших объёмов расчётов. Тогда возникает вопрос, какое значение переменного напряжения использовать при расчётах?

Для решения данного вопроса необходимо обратиться к энергии, которая выделяется под воздействием переменного напряжения, и сравнить её с энергией, которая выделяется под воздействием постоянного напряжения. Для решения данного вопроса обратимся к закону Джоуля – Ленца для постоянного напряжения

Для переменного напряжения мгновенное значение выделяемой энергии составит

где u – мгновенное значение напряжения

Тогда количество энергии за полный период от t₀ = 0 до t₁ = T составит

Приравняв выражения для количества энергии при переменном напряжении и постоянном напряжении и выразив полученное выражение через постоянное напряжение, получим действующее значение переменного напряжения

Получившееся выражение, позволяет вычислить действующее значение напряжение U для периодического переменного напряжения любой формы. Из выше изложенного можно сделать вывод, что действующее значение переменного напряжения называется такое постоянное напряжение, которое за такое же время и на таком же сопротивлении выделяет такую же энергию, которая выделяется данным переменным напряжением.

Действующее значение синусоидального напряжения.

Вычислим действующее значение синусоидального напряжения

Стоит отметить, все напряжения электротехнических устройств определяются, как правило, действующим значением напряжения.

Для определения амплитудного значения синусоидального напряжения необходимо преобразовать полученное выражение

Таким образом если в розетке у нас U = 230 В, следовательно, амплитудное значение данного напряжения

Действующее напряжение также имеет название эффективного напряжения и среднеквадратичного напряжения.

С действующим напряжением разобрались, теперь рассмотрим среднее значение напряжение.

Что такое среднее значение переменного напряжения?

Ещё одним параметром переменного напряжения, который его характеризует, является средним значением переменного напряжения. В отличие от действующего значения переменного напряжения, которое характеризует работу переменного напряжения, среднее значение напряжения характеризует количество электричества, которое перемещается из одной точки цепи в другую, под действием переменного напряжения. Среднее значение напряжения за период определяется следующим выражением

где Т – период переменного напряжения,

f_u(t) – функциональная зависимость напряжения от времени.

Таким образом, среднее значение переменного напряжения численно будет равно высоте прямоугольника с основанием T, площадь которого равна площади, ограниченной функцией f_u(t) и осью Ox за период Т.

Среднее значение переменного напряжения.

В случае синусоидальной функции, можно говорить только о среднем значении за полупериод, так как в течение всего периода положительная полуволна компенсируется отрицательной полуволной, и тогда среднее за период напряжение будет равно нулю.

Таким образом, среднее за полупериод Т/2 значение переменного напряжения синусоидальной формы будет равно

где U_m – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла).

Какие коэффициенты, характеризуют переменное напряжение?

Иногда возникает необходимость охарактеризовать форму переменного напряжения. Для этой цели существует ряд параметров данного переменного напряжения:

1. Коэффициент формы переменного напряжения k_ф – показывает как относится действующее значение переменного напряжения U к его среднему значению U_cp.

Так для синусоидального напряжения коэффициент формы составит

2. Коэффициент амплитуды переменного напряжения k_а – показывает как относится амплитудное значение переменного напряжения U_m к его действующему значению U

Так для синусоидального напряжения коэффициент амплитуды составит

На сегодня всё, в следующей статье я рассмотрю прохождение переменного напряжения через сопротивление, индуктивность и емкость.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

California Instruments серии MX — Системы питания переменного и постоянного тока

Серия California Instruments MX состоит из нескольких мощных систем питания переменного и постоянного тока, которые обеспечивают контролируемый выход переменного и постоянного тока для приложений ATE и тестирования продукции.

Эта мощная испытательная система переменного и постоянного тока охватывает широкий спектр приложений питания переменного и постоянного тока по доступной цене. Используя самые современные методы переключения ШИМ, серия California Instruments MX сочетает в себе компактность, надежность и функциональность в компактном напольном шасси, размером не больше типичного офисного копировального аппарата.Эта более высокая удельная мощность была достигнута без необходимости прибегать к сложным схемам охлаждения или дополнительной монтажной проводке. Просто поверните устройство MX15, MX22.5, MX30 или MX45 в указанное место (используя прилагаемые ролики), подключите его, и серия MX готова к работе за вас.

Простое управление
Устройством серии MX можно полностью управлять с помощью контроллера передней панели, управляемого через меню. ЖК-дисплей с подсветкой отображает меню, данные настройки и результаты измерений.Доступны интерфейсы дистанционного управления IEEE-488, RS232C, USB и LAN, а также драйверы инструментов для популярных сред программирования ATE. Это позволяет легко интегрировать серию MX в автоматизированную испытательную систему.

Для расширенных тестовых приложений версия с программируемым контроллером предлагает полную генерацию сигналов произвольной формы, измерения во временной и частотной областях, а также захват формы сигналов напряжения и тока.

Конфигурации
MX15 обеспечивает до 15 кВА однофазной выходной мощности.MX22.5, MX30 и MX45 обеспечивают мощность до 22,5 кВА, 30 кВА и 45 кВА соответственно. Они работают с одно- или трехфазным выходом в режиме переменного или переменного + постоянного тока. В режиме постоянного тока доступно 50% уровня мощности переменного тока. На моделях MX-P также поддерживается режим переменного + постоянного тока.

Для более высоких требований к мощности доступны модели MX90 и MX135. Системы MX45 с несколькими шкафами всегда работают в трехфазном режиме вывода. Доступные реконфигурируемые модели MX90 и MX135 (обозначение -MB) имеют несколько контроллеров
, которые позволяют разделить систему высокой мощности на два или три отдельных блока MX45 для использования в отдельных приложениях.Эта возможность реконфигурировать систему обеспечивает еще больший уровень гибкости, который обычно не встречается в энергосистемах.

Оценка и испытание продукции
Все чаще производители оборудования и приборов большой мощности должны полностью оценивать и тестировать свою продукцию в широком диапазоне условий входной линии. Встроенная функция генерации переходных процессов на выходе и возможность измерения обратного отсчета в серии MX предлагает удобство мощной и простой в использовании интегрированной тестовой системы
.

Особенности и преимущества
Основные характеристики

• Источник питания постоянного и переменного тока высокой мощности
  • Программируемый источник питания переменного и постоянного тока для преобразования частоты и испытаний продукции
• Расширяемые уровни мощности
  • Доступная выходная мощность 15, 22,5, 30 и 45 кВА на блок и конфигурации с несколькими блоками для требований мощности
    до 135 кВА и выше
• Одно- и трехфазный режим
  • Программирование фазового режима на MX22.5-3Pi, MX30-3Pi и MX45-3Pi позволяет переключаться между однофазным и трехфазным выходными режимами
    
• Генерация сигналов произвольной и гармонической формы
  • Определяемая пользователем форма волны напряжения и программирование искажений
• Регенеративное, двунаправленное «зеленое» решение для энергетики
  • Автоматический переход между режимами питания от источника и потребителя обеспечивает возможность рекуперации в режиме AC
    .Восстановите до 100% номинальной выходной мощности обратно в энергосистему в режиме потребителя
    . (Опция -SNK)
• Пульт дистанционного управления
  • Стандартные RS232C и USB вместе с дополнительным IEEE- 488 и интерфейсы LAN доступны для автоматизированных тестовых приложений
    

В чем разница между сваркой на переменном и постоянном токе?

Что такое сварка постоянным током?

Постоянный ток — это электрический ток постоянной полярности, протекающий в одном направлении.Этот ток может быть положительным или отрицательным. При сварке постоянным током, поскольку магнитное поле и ток дуги постоянны, образуются стабильные дуги.

Преимущества

Преимущества сварки постоянным током:

• Более плавная сварка, чем у AC
• Более стабильная дуга
• Меньше брызг
• Негатив постоянного тока обеспечивает более высокую скорость наплавки при сварке тонких листов.
• Позитив постоянного тока обеспечивает большее проникновение в металл шва

Недостатки

Недостатками сварки постоянным током являются:

• Сварка постоянным током не может решить проблемы с дугой
• Оборудование дороже, так как токи постоянного тока требуют внутреннего трансформатора для переключения тока

Приложения

Сварка

на постоянном токе идеально подходит для соединения более тонких металлов, а также используется в большинстве приложений для сварки штангой, включая сварку TIG сталей.Этот вид сварки также подходит для потолочных и вертикальных работ.

Что такое сварка на переменном токе?

Переменный ток — это электрический ток, который меняет направление много раз в секунду. Ток с частотой 60 Гц будет менять полярность 120 раз в секунду. При сварке на переменном токе, поскольку магнитное поле и ток быстро меняют направление, нет чистого отклонения дуги.

Преимущества

Преимущества сварки на переменном токе:

• Переменный ток между положительной и отрицательной полярностью обеспечивает более устойчивую дугу при сварке магнитных деталей
• Устраняет проблемы с дугой
• Обеспечивает эффективную сварку алюминия
• Сварочные аппараты переменного тока дешевле аппаратов постоянного тока

Недостатки

Недостатками сварки на переменном токе являются:

• Больше брызг
• Качество сварки не такое гладкое, как при сварке постоянным током
• Менее надежен и поэтому более сложен в обращении, чем сварка постоянным током

Приложения

При переключении на положительный ток переменного тока он также помогает удалять оксид с поверхности металла — следовательно, он подходит для сварки алюминия.

Сварка

переменным током также широко используется в судостроении, особенно для сварных швов, поскольку она позволяет устанавливать ток выше, чем при сварке постоянным током. Сварка на переменном токе также обеспечивает быстрое заполнение и используется для сварки толстых листов вниз.

Одно из основных применений сварки на переменном токе — это намагничивание материалов. Это делает его полезным для ремонта техники.

Как TWI может помочь?

TWI была в авангарде разработки процессов дуговой сварки и, как таковая, предлагает ряд сопутствующих услуг.Достижения включают в себя изобретение процесса сварки MIG с двумя проволоками (используемого для увеличения скорости сварки и скорости наплавки металла или для придания формы сварному шву) и технологии управления транзисторами, которая проложила путь для TWI к разработке импульсной сварки TIG, сварки MIG с коротким замыканием и импульсной сварки. MIG процессы.

Наша команда, состоящая из более чем 20 профессионалов в области сварки, в том числе высококвалифицированных международных инженеров-сварщиков, может предоставить квалифицированные рекомендации по любому вопросу, связанному с соединением материалов.

Напишите нам на contactus @ twi.co.uk, чтобы узнать больше.

Циферблаты, кнопки, символы и дисплей цифрового мультиметра

Это руководство познакомит вас с основами анатомии цифрового мультиметра. Чем больше вы познакомитесь со своим собственным цифровым мультиметром, тем более ценным он станет, поскольку вы сможете максимально использовать его возможности.

Циферблат цифрового мультиметра

Это составное изображение, а не реальный циферблат. На нем показаны различные функции, имеющиеся на нескольких циферблатах цифрового мультиметра Fluke.Ни одна модель не содержит всех этих функций. На многих моделях некоторые значки функций отображаются желтым цветом. Это означает, что для выбора этих измерений необходимо нажать желтую функциональную кнопку цифрового мультиметра.

1. Переключатель ВКЛ / ВЫКЛ
2. AUTO-V / LoZ: предотвращает считывание показаний из-за паразитного напряжения; обнаружен на Fluke 114
3. Напряжение переменного тока / LoZ: использует низкое входное сопротивление
4. Напряжение переменного тока с фильтром нижних частот
5. VCHEKTM: позволяет одновременно проверять напряжение или целостность цепи; найдено на Fluke 113
6. Напряжение переменного тока
7. Милливольт переменного тока
8. Напряжение постоянного тока
9. Милливольт постоянного тока
10. Температура
11. Непрерывность: Сопротивление в сочетании со звуковой кнопкой
13. Емкость
14. Проверка диодов
15. Ампер и миллиампер переменного, постоянного тока
16. Микроампер переменного и постоянного тока

Кнопки цифрового мультиметра

Это составное изображение.Фактический ассортимент и разнообразие кнопок может варьироваться в зависимости от модели цифрового мультиметра.

1. Кнопка включения / выключения.
2. Мин Макс: Сохраняет входные значения; издает звуковой сигнал, когда значение нарушается и устанавливается новое значение. Peak Min Max: Регистрирует прерывистые или переходные события, которые происходят в отслеживаемом сигнале; фиксирует максимальное значение за очень короткое время (микросекунды).
3. Удерживать: Захватывает и удерживает стабильное измерение. AutoHOLD: Захватывает измерение, подает звуковой сигнал и блокирует измерение на дисплее для последующего просмотра.Автоматически обновляется с новым стабильным чтением.
4. Функциональная кнопка: Желтая кнопка активирует вторичные функции, показанные желтыми значками вокруг шкалы (часто температура и емкость).
5. Кнопки меню: Активирует функции, относящиеся к меню на дисплее.
6. Звуковой сигнал: Включает звуковой сигнал проверки целостности.
7. Относительный режим (REL): Сохраняет существующие показания (дельта) и сбрасывает отображение на ноль. Устанавливает относительную контрольную точку для сравнения со следующим показанием.
8. Кнопки курсора: Разрешить ввод данных, прокрутку меню, настройку дисплея и другие задачи.
9. Частота и рабочий цикл измерение.
10. Диапазон: Переключение в ручной режим и циклическое переключение всех диапазонов. Автоматический выбор диапазона восстанавливается при нажатии в течение двух секунд.
11. (i) info: Отображает информацию о текущей функции или элементах на дисплее в момент нажатия кнопки.
12. Яркость: Переключает подсветку дисплея между выключенной, низкой и высокой.
13. Выберите: (только 3000 FC) Выбирает / отменяет выделенный беспроводной модуль на дисплее. Удерживайте в течение одной секунды, чтобы привязать все выбранные модули к измерителю и остановить процедуру обнаружения.
14. Вверх / вниз: (только 3000 FC) Перемещает выделение на дисплее к следующему беспроводному модулю, отображаемому на дисплее.

Гнезда для цифрового мультиметра

Не все измерители выходят за пределы входного гнезда для миллиампер (мА) и микроампер (мкА).

1. A (амперы)
   Вход красного измерительного провода для:
   • Измерение тока до 10 A.
   • Текущие измерения частоты и рабочего цикла.
   • Дополнительные токовые клещи на выходе мА для измерения тока 400 А или более, вплоть до предела клещей.
2. мА, мкА (миллиампер, микроампер)
   Вход красного измерительного провода для:
   • Измерения тока от 0 мкА до 400 мА (до 600 мА в течение 18 часов).
   • Текущие измерения частоты и рабочего цикла.
   • Дополнительные токовые клещи на выходе мА для измерений до 600 А переменного тока.
3. COM
   Черный ввод измерительного провода для:
   • Все измерения.
   • Низкое / отрицательное соединение для измерения цепи или принадлежностей.
   • Также известен как «терминал возврата». COM — это сокращение от обычного.
4. Напряжение (В), сопротивление (Ом), проверка диодов (стрелка плюс символ), емкость (другой символ), температура.
   Красный вход щупа для:
   • Измерения напряжения, сопротивления, диода, емкости, частоты, рабочего цикла и, если возможно, температуры.
   • Также можно использовать красный провод клещей при использовании токовых клещей с эффектом Холле.

Важно: Входное гнездо, выбранное для красного тестового провода, ДОЛЖНО соответствовать параметру, выбранному на шкале. На циферблате установлено напряжение переменного тока? Убедитесь, что красный измерительный провод подключен к разъему, предназначенному для измерения напряжения, а не тока. В противном случае риску подвергаются счетчик, оборудование и технический специалист.

Дисплей цифрового мультиметра

Special 1 x

Auto Hold активен Индикатор заряда батареи

Идентификатор

Ссылка

Основная

6

Цифры

x

2

Полярность

x

9037

4

Относительный режим (REL)

x

5

Сглаживание

379

7

Высоковольтный вход (если 30 В или выше, переменный или постоянный ток)

x

8

x

9

Удержание дисплея

x

10

Пик мин. Макс.

Мин. Макс. Запись

x

12

Режим фильтра нижних частот

x

13

14

Режим записи

x

15

Единицы измерения

x

16

Выбранный диапазон

9037 -режим разрешения

x

18

Автоматический или ручной диапазон

x

19

Аналоговый столбик

Связанные ресурсы

Высоковольтные источники питания переменного и постоянного тока

Технологии и топологии, разработанные и применяемые XP Glassman, позволяют нам предлагать компактные и надежные источники питания высокого напряжения, которые легко адаптируются к большинству приложений и при этом являются самыми простыми в отрасли в обслуживании.Почти во всех поставках XP Glassman в качестве первичной изолирующей среды используется воздух и используется автономный высокочастотный ШИМ-преобразователь.

Воздушная изоляция

Хотя воздушная изоляция не подходит для сверхминиатюрных модулей, работающих в суровых условиях окружающей среды, она предлагает легкую ремонтируемую конструкцию, которая сводит к минимуму потери паразитной емкости для большинства приложений. Мы разработали высоковольтные структуры, которые включают эквипотенциальную градацию и электростатическое экранирование чувствительных компонентов, что обеспечивает превосходную стабильность и точность.Все наши высоковольтные сборки основаны на хорошо известной концепции умножителей напряжения Кокрофта-Уолтона (или ее вариациях) для достижения высоких выходов постоянного тока при минимизации пиков вторичных напряжений трансформатора. Использование воздуха позволяет при необходимости принудительно охлаждать компоненты ВН. Принудительное воздушное охлаждение позволяет нам включить увеличенное значение последовательного защитного сопротивления (где это возможно), что минимизирует пиковые токи разряда при возникновении дуги или перегрузки. (ПРИМЕЧАНИЕ: для некоторых моделей или приложений требуется внешнее последовательное защитное сопротивление.Это не только защищает высоковольтные компоненты и нагрузку заказчика, но также снижает энергию разряда, возникающую во время дуги, и сводит к минимуму импульс электромагнитных помех (EMI), который может повредить или нарушить работу чувствительных элементов управления и микроконтроллеров. Все эти методы повышают надежность всей высоковольтной сборки, а также элементов управления и питания всей конструкции источника питания.

При напряжении выше 150 кВ в наших конструкциях используется «стек» под открытым небом, исключающий высоковольтный соединитель и кабель, которые были бы массивными при таких напряжениях.Тороидальные клеммы и эквипотенциальные поверхности используются для минимизации электростатических полей. Для блоков 150 кВ и ниже мы монтируем высоковольтную сборку в запатентованном высоковольтном изолированном корпусе, стенки которого могут выдерживать полное напряжение. Этот кожух изготовлен из огнестойких материалов и спроектирован так, чтобы обеспечить равномерный градиент поверхности для минимизации короны. Он, в свою очередь, монтируется на заземленном шасси.

Одной из проблем увеличения частоты преобразования в высоковольтных источниках питания является отраженная паразитная емкость.Это обусловлено близостью поверхностей к земле. В большой высоковольтной структуре отраженная паразитная емкость может быть значительной. Если используется твердое или жидкое капсулирование, эта емкость намного выше, чем в воздухе, поскольку диэлектрическая проницаемость воздуха составляет 1,0, в то время как большинство герметиков имеют порядок 3-4,5. Емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости изоляции.

Наши высоковольтные трансформаторы обычно имеют пиковое напряжение 6 кВ или менее на вторичных обмотках и используют специальные универсальные методы намотки для создания самонесущей обмотки большого диаметра с подходящими градиентами напряжения.Кроме того, мы обычно используем U-образные сердечники с большими окнами, которые дают достаточно места для правильных градиентов.

ШИМ

В источниках питания

XP Glassman HV используется наша запатентованная технология преобразователя PWM для преобразования основной мощности. Обычно сетевое напряжение переменного тока выпрямляется и фильтруется в шины постоянного тока непосредственно от линии без трансформаторов. Во многих случаях повышающий преобразователь с коррекцией коэффициента мощности используется для обеспечения регулируемой шины 400 В постоянного тока. Это обеспечивает коэффициент мощности, очень близкий к единице, что практически устраняет линейные гармонические токи и снижает ВА, потребляемую от сети.Напряжение шины постоянного тока подается на преобразователь и передается на высоковольтный узел через высоковольтные трансформаторы, которые обеспечивают изоляцию линии от земли. Сигналы возбуждения преобразователя поступают на коммутационные устройства преобразователя с помощью изолирующих трансформаторов, которые также обеспечивают изоляцию между фазой и землей.

В большинстве наших расходных материалов используется преобразователь, работающий на частотах переключения от 30 кГц до 70 кГц и использующий в качестве переключающих элементов полевые транзисторы или IGBT. Эффективность преобразования превышает 90%.Топология преобразователя хорошо подходит для управления повышающими трансформаторами с большим передаточным числом, поскольку он использует энергию, запасенную в паразитной и межобмоточной емкости трансформатора, для переключения вторичного напряжения, а не для ее рассеивания в демпфере или коммутационных потерях.

Преобразователь имеет широтно-импульсную модуляцию и использует встроенные магнитные элементы для хранения энергии преобразования. Это топология включения с нулевым током, которая исключает потери при включении. Он работает на фиксированных частотах, что помогает минимизировать составляющую пульсаций частоты переключения и улучшает реакцию контура управления.Эта конструкция преобразователя по своей природе ограничена по току, так что даже без какого-либо внешнего управления или защиты преобразователь может непрерывно работать в режиме полного короткого замыкания и даже может выдерживать полное короткое замыкание на вторичных обмотках трансформатора в течение неограниченного времени.

Цепи управления

Во всех расходных материалах XP Glassman используется быстродействующий контур обратной связи по напряжению и току с автоматическим кроссовером. Кроме того, используются методы для обеспечения безопасного, хорошо контролируемого нарастания напряжения в любых условиях, включая восстановление после дуги, перегрузки или короткого замыкания.Это предотвращает опасные выбросы напряжения при любых условиях восстановления.

Во всех источниках питания XP Glassman используется избыточный датчик пониженного напряжения, так что источник питания полностью защищен от любых возмущений входного линейного напряжения вплоть до нуля. Это обеспечивает безопасную работу во время перебоев в работе или больших пропаданий линии. Все напряжения смещения рельсов получаются из одного источника, так что рост и спад напряжений смещения во время включения и выключения остаются в том же соотношении, что и при нормальной работе.Это исключает любую возможность потери управления операционными усилителями с обратной связью и генерирования неправильных управляющих сигналов.

В расходные материалы XP Glassman входят различные возможности местного и дистанционного управления. Управление и мониторинг через интерфейсы RS232, USB и Ethernet также доступны во многих поставках. Дополнительный внешний последовательный интерфейс доступен для источников без встроенного цифрового управления. Все компьютерные интерфейсы обеспечивают полную гальваническую развязку между главным компьютером и источником питания до 1000 В переменного тока.Это очень важно в условиях повышенного шума и переходных процессов, в которых работают высоковольтные источники питания. Этот метод полностью изолирует и защищает чувствительные компьютерные схемы как со стороны пользователя, так и самого источника питания.

Дуговая защита

В большинстве конструкций XP Glassman используется быстрое обнаружение дуги и защита. Каждый раз, когда высоковольтный источник питания разряжается, накопленная энергия внутри высоковольтной сборки передается на последовательные ограничивающие резисторы в источнике.Эти резисторы необходимы для ограничения тока разряда до уровня, который защищает высоковольтные диоды и конденсаторы и снижает генерируемые электромагнитные помехи. Поскольку большинство источников питания XP Glassman имеют быстрое время восстановления напряжения, мощность, которая будет рассеиваться в последовательных ограничивающих резисторах во время повторяющейся дуги, пропорциональна произведению энергии и частоты повторения дуги. Это может во много раз превышать значение запасенной энергии.

Из-за соображений размера и компоновки установка достаточного количества ограничивающих резисторов, чтобы справиться со всем этим рассеянием, не всегда практична.Несмотря на то, что резисторы относятся к высокоэнергетическому типу и могут выдерживать короткие вспышки электрической дуги, они могут быть не в состоянии выдерживать постоянное искрение. Защита обеспечивается схемой подсчета дуги, которая запрещает генерацию высокого напряжения, когда количество дуг превышает безопасный предел в течение определенного периода времени. Этот метод обеспечивает разумное рассеивание средней мощности в ограничивающих резисторах. Наши схемы определения дуги реагируют в течение микросекунд с порогом, который обеспечивает защиту источника питания без чрезмерных «неприятных» срабатываний.После отключения источника питания автоматический сброс обычно выполняется в течение 5 секунд. Как вариант, блок питания может быть отключен навсегда. Сброс питания может быть выполнен с помощью внешнего сигнала. Функция гашения дуги блокирует преобразователь на фиксированный период времени после каждой дуги. Это позволяет дуге погаснуть.

Хотя основная цель схемы определения дуги — защита источника питания, в некоторых приложениях она также может защитить нагрузку, приводимую в действие источником питания.Например, для ионных источников, где обычно используется внешний последовательный резистор, функция подсчета дуги не требуется. Однако быстрое гашение дуги с помощью функции «гашения дуги» защищает ионный источник от повреждений. Продолжительность блокировки, чувствительность и частоту функции определения дуги можно изменить для любого приложения, если параметры остаются в пределах диапазона, необходимого для поддержания защиты источника питания. Если внешний резистор используется последовательно с нагрузкой, следует проконсультироваться с заводом-изготовителем, чтобы можно было правильно отрегулировать порог чувствительности датчика дуги.

Соединитель ВН

Стандартная система соединителей XP Glassman HV, используемая выше 6 кВ, включает трубку с глубоким отверстием и подпружиненным контактом. Глубина разъема зависит от уровня напряжения. Эта глубина рассчитана таким образом, чтобы, если источник питания работает без вставки ответного кабеля, персонал не может контактировать с опасным напряжением. Экран ответного кабеля заканчивается на шасси для безопасности.

2.7: Подробнее о «полярности» переменного тока

Комплексные числа полезны для анализа цепей переменного тока, поскольку они обеспечивают удобный метод символического обозначения фазового сдвига между величинами переменного тока, такими как напряжение и ток.Однако большинству людей нелегко понять эквивалентность абстрактных векторов и реальных величин схемы. Ранее в этой главе мы видели, как источники переменного напряжения получают значения напряжения в сложной форме (величина и фазовый угол ), а также маркировку полярности. Поскольку у переменного тока нет установленной «полярности», как у постоянного тока, эта маркировка полярности и их отношение к фазовому углу имеют тенденцию вводить в заблуждение. Этот раздел написан с целью прояснить некоторые из этих вопросов.

Напряжение по своей сути является относительной величиной . Когда мы измеряем напряжение, у нас есть выбор, как подключить вольтметр или другой прибор для измерения напряжения к источнику напряжения, поскольку есть две точки, между которыми существует напряжение, и два измерительных провода на приборе, с помощью которых связь. В цепях постоянного тока мы явно обозначаем полярность источников напряжения и падения напряжения, используя символы «+» и «-», а также используем испытательные провода с цветовой кодировкой (красный и черный).Если цифровой вольтметр показывает отрицательное напряжение постоянного тока, мы знаем, что его измерительные провода подключены «назад» к напряжению (красный провод подключен к «-», а черный — к «+»).

Полярность батарей обозначается внутренними символами: короткая сторона батареи всегда является отрицательной (-) стороной, а длинная линия всегда положительной (+): (рисунок ниже)

Условная полярность батареи.

Хотя было бы математически правильно представить напряжение батареи в виде отрицательного числа с маркировкой обратной полярности, это было бы явно нетрадиционным: (рисунок ниже)

Совершенно нестандартная маркировка полярности.

Интерпретация таких обозначений может быть проще, если обозначения полярности «+» и «-» рассматривать как контрольные точки для измерительных проводов вольтметра, где «+» означает «красный», а «-» означает «черный». Вольтметр, подключенный к указанной выше батарее с красным проводом к нижней клемме и черным проводом к верхней клемме, действительно будет указывать на отрицательное напряжение (-6 вольт). На самом деле, эта форма записи и интерпретации не так уж необычна, как вы могли подумать: она часто встречается в задачах анализа сети постоянного тока, где знаки полярности «+» и «-» сначала рисуются в соответствии с обоснованным предположением, а затем интерпретируются как правильные. или «назад» в соответствии с математическим знаком рассчитанной цифры.

Однако в цепях переменного тока мы не имеем дело с «отрицательными» величинами напряжения. Вместо этого мы описываем, в какой степени одно напряжение помогает или противостоит другому, с помощью фазы , : временного сдвига между двумя формами сигнала. Мы никогда не описываем переменное напряжение как отрицательное по знаку, потому что возможность полярной записи позволяет векторам указывать в противоположном направлении. Если одно переменное напряжение прямо противоположно другому переменному напряжению, мы просто говорим, что одно на 180 ^o не совпадает по фазе с другим.

Тем не менее, напряжение между двумя точками является относительным, и у нас есть выбор, как мы можем подключить прибор для измерения напряжения между этими двумя точками. Математический знак показаний вольтметра постоянного тока имеет значение только в контексте подключения его измерительных проводов: к какой клемме прикасается красный провод и к какой клемме прикасается черный провод. Точно так же фазовый угол переменного напряжения имеет значение только в контексте знания, какая из двух точек считается «опорной» точкой.Из-за этого факта, знаки полярности «+» и «-» часто помещаются на клеммах переменного напряжения на схематических диаграммах, чтобы дать заявленному фазовому углу систему отсчета.

Давайте рассмотрим эти принципы с помощью графических средств. Во-первых, принцип соотношения подключений щупов к математическому знаку показаний вольтметра постоянного тока: (рисунок ниже)

Цвета испытательных проводов служат ориентиром для интерпретации знака (+ или -) показаний счетчика.

Математический знак на дисплее цифрового вольтметра постоянного тока имеет значение только в контексте подключения его измерительных проводов. Рассмотрим использование вольтметра постоянного тока для определения того, помогают ли два источника постоянного напряжения друг другу или противостоят друг другу, предполагая, что оба источника не имеют маркировки относительно их полярности. Использование вольтметра для измерения на первом источнике: (рисунок ниже)

(+) Показание показывает, что черный — (-), красный — (+).

Это первое измерение +24 на левом источнике напряжения говорит нам, что черный провод измерителя действительно касается отрицательной стороны источника напряжения №1, а красный провод измерителя действительно касается положительного полюса.Таким образом, мы знаем, что источник №1 — это батарея, обращенная в эту ориентацию: (Рисунок ниже)

Источник 24 В поляризован (-) на (+).

Измерение другого неизвестного источника напряжения: (рисунок ниже)

(-) Показания показывают, что черный — (+), красный — (-).

Это второе показание вольтметра, однако, составляет отрицательных (-) 17 вольт, что говорит нам о том, что черный измерительный провод на самом деле касается положительной стороны источника напряжения № 2, в то время как красный измерительный провод на самом деле касается отрицательного.Таким образом, мы знаем, что источник №2 — это батарея, обращенная в направлении противоположно направлению : (рисунок ниже)

Источник 17 В поляризован с (+) на (-)

Любому опытному изучающему электричество постоянного тока должно быть очевидно, что эти две батареи противостоят друг другу. По определению, противоположные напряжения вычитают друг из друга, поэтому мы вычитаем 17 вольт из 24 вольт, чтобы получить общее напряжение на обоих: 7 вольт.

Тем не менее, мы могли бы изобразить два источника в виде невзрачных прямоугольников, помеченных точными значениями напряжения, полученными с помощью вольтметра, а отметки полярности указывают на размещение испытательных проводов вольтметра: (Рисунок ниже)

Показания вольтметра по счетчикам.

В соответствии с этой схемой отметки полярности (которые указывают на размещение измерительного провода измерителя) указывают источники , помогающие друг другу. По определению, вспомогательные источники напряжения складывают друг с другом, чтобы сформировать общее напряжение, поэтому мы добавляем 24 вольт к -17 вольт, чтобы получить 7 вольт: все же 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 просто ориентацию измерительного провода измерителя — и включать математические знаки этих значений напряжения в наши расчеты, результат всегда будет правильно.Опять же, обозначения полярности служат в качестве систем отсчета для размещения математических знаков цифр напряжения в надлежащем контексте.

То же самое верно и для переменного напряжения, за исключением того, что фазовый угол заменяет математический знак . Чтобы связать несколько напряжений переменного тока под разными фазовыми углами друг с другом, нам нужна маркировка полярности, чтобы обеспечить систему отсчета для фазовых углов этих напряжений. (Рисунок ниже)

Возьмем для примера следующую схему:

Фазовый угол заменяет знак ±. Маркировка полярности показывает, что эти два источника напряжения помогают друг другу, поэтому, чтобы определить общее напряжение на резисторе, мы должны сложить цифры напряжения 10 В ∠ 0 и 6 В ∠ 45 вместе, чтобы получить 14,861. V ∠ 16,59 ^o . Однако было бы вполне приемлемо представить источник 6 В как 6 В 225 , с обратным набором маркировок полярности, и при этом получить такое же общее напряжение: (рисунок ниже)

Переворачивание проводов вольтметра на источнике 6 В изменяет фазовый угол на 180 ^o .

6 В 45 ^o с отрицательным слева и положительным справа точно такие же, как 6 В ∠ 225 ^o с положительным слева и отрицательным справа: маркировка с изменением полярности идеально дополняет сложение из 180 ^o к обозначению фазового угла: (рисунок внизу)

Изменение полярности добавляет 180 ^o к фазовому углу

В отличие от источников напряжения постоянного тока, символы которых определяют полярность посредством коротких и длинных линий, символы напряжения переменного тока не имеют маркировки собственной полярности.Следовательно, любые знаки полярности должны быть включены в качестве дополнительных символов на схему, и не существует единого «правильного» способа их размещения. Однако они должны коррелировать с заданным фазовым углом, чтобы отображать истинное фазовое соотношение этого напряжения с другими напряжениями в цепи.

ОБЗОР

• Маркировка полярности иногда наносится на напряжение переменного тока в принципиальных схемах, чтобы обеспечить систему отсчета для их фазовых углов.

Переменный ток и постоянный ток

Синусоидальная кривая, которая представляет положительную и отрицательную фазы переменного тока.

Электрический ток — это поток заряда по проводнику, например по медному проводу. Когда он течет в одном направлении, это называется постоянным током (DC). Когда он периодически меняет направление, это называется переменным током (AC).

Переменный ток обычно используется для питания домов и предприятий, а также присутствует, когда аудио- и радиосигналы передаются по электрическим проводам. Постоянный ток типичен для батарей, питающих фонарики и другие бытовые приборы, а также используется в некоторых промышленных приложениях.

Поскольку переменный ток периодически меняет направление на противоположное, его можно охарактеризовать синусоидальной формой волны, где полупериоды выше оси x представляют положительную фазу тока, а полупериоды ниже оси x представляют отрицательную фазу.

Переменный ток работает следующим образом: он начинается с нулевого положения, увеличивается до максимального значения (вершина положительного пика на синусоидальной кривой), возвращается к нулю, продолжается до максимума в противоположном направлении ( отрицательное значение, ниже оси x), затем возвращается обратно к нулю, после чего цикл начинается снова.Количество этих циклов, выполняемых в секунду, называется частотой и измеряется в герцах (Гц).

Бытовая и коммерческая электроэнергия в Великобритании и других странах обычно имеет низкую частоту (50-60 Гц). Гораздо более высокие частоты встречаются в других приложениях, таких как телевидение (100000000 циклов в секунду (100 мегагерц (или 100 МГц), где 1 МГц — один миллион циклов в секунду)). Еще более высокие частоты в несколько тысяч мегагерц используются в микроволновых и радиолокационных приложениях, тогда как в мобильных телефонах они могут составлять порядка 1000 МГц (одна тысяча миллионов герц или 1 гигагерц (ГГц).

Многие электронные устройства содержат полупроводники, требующие низкого напряжения постоянного тока. Это означает, что такие устройства должны преобразовывать высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока. Обычно это достигается с помощью штепсельной вилки, входящей в комплект поставки устройства.

Переменный ток имеет множество преимуществ по сравнению с постоянным током. Обычно к ним относятся:

• Переменный ток можно относительно легко и экономично повышать или понижать с помощью трансформатора в зависимости от области применения. Постоянный ток не может проходить через трансформатор.
• Поскольку его можно повышать (и понижать), переменный ток можно повышать до высоких уровней напряжения для передачи на большие расстояния, а затем понижать до более безопасных уровней для использования потребителями.
• В переменном токе может возникать высокое напряжение. С DC это сложнее.
• Из-за высокого напряжения, которое может генерироваться, переменный ток может передаваться на большие расстояния.
• Передача на большие расстояния приводит к относительно низким потерям энергии из-за сопротивления.
• АС дешевле генерировать, чем постоянный ток.
• При необходимости переменный ток можно легко преобразовать в постоянный.

По оценке Energy Saving Trust в 2007 году, к 2020 году 45% электроэнергии, потребляемой в домашнем хозяйстве, будет приходиться на развлечения, компьютеры, гаджеты и светодиодное освещение, все из которых работают на постоянном токе. Это, в сочетании с появлением генерации постоянного тока от солнечных панелей и аккумуляторов, привело к появлению концепции сетей постоянного (а не переменного тока).

Для получения дополнительной информации см .: Электрические сети постоянного тока.

AC / DC, электрические — Уровень 1 | Персонал

Чему я научусь?

• Безопасность и схемы.
• Введение в схемы, включая последовательные и параллельные.
• AC против DC.
• Последовательные, параллельные и последовательные параллельные цепи.
• Введение в использование счетчика. (вольт, ток, сопротивление и целостность цепи)
• Трансформаторы — назначение и функции.
• Реле и переключатели.
• Устранение основных неисправностей ПЛК.

Описание

Работаете в промышленных, коммерческих, сельскохозяйственных или жилых системах электроснабжения или управления? Позвольте нам познакомить вас с рынком труда и поделиться опытом и знаниями.

Этот курс предоставит участникам вводные знания в области электрических цепей переменного и постоянного тока и навыки поиска и устранения неисправностей ПЛК, включая схемы, использование счетчиков, реле и двигатели. Студенты будут погружены в практические примеры из реальной жизни, которые иллюстрируют, как электричество распределяется и используется на их заводах и объектах. Прикладное обучение будет включать в себя поиск неисправностей неисправного реле или переключателя с помощью измерителя и считывание схемы для выявления неисправности в цепи.

Уходите с

• Обучение, которое будет включать практическую демонстрацию электрических обучающих систем переменного / постоянного тока и того, как электричество используется для питания и управления.
• Учебное пособие с обширными примечаниями для использования во время курса и на рабочем месте.
• Сертификат об окончании, предоставленный CSI Workforce Development and Training.

Кому следует приехать?

Работаете механизатором, сварщиком, сборщиком, слесарем, маляром, электриком, тестером или установщиком? Тогда этот курс для вас.Этот курс рекомендуется всем, кто работает с электрическими системами или рядом с ними, или тем, кто хочет получить представление об основах электротехники.

Инструктор Био

Бен Хамлетт начал работать с электроникой, когда учился в средней школе, работая в местной небольшой компании, ремонтируя мультиметры и создавая электронные тренажеры.Бен получил степень бакалавра и магистра в области электротехники в Университете штата Айдахо и является профессиональным инженером в штате Айдахо. Некоторые из сертификатов Бена включают: сертифицированный сотрудник Solidworks, Национальный институт навыков металлообработки, сертификат профессионального специалиста CTE Advanced, сертифицированный инструктор FANUC, авторизованный OSHA 10 и 30-часовой General Industry. Бен в настоящее время является профессором и менеджером программы технологии автоматизации в колледже Южного Айдахо, где преподает автоматизацию, управление и электронику.Бен обучает студентов всех возрастов робототехнике, ПЛК, HMI, САПР, контрольно-измерительным приборам (датчики уровня, расходомеры, световые завесы, измерители проводимости и т. Д.), Различным языкам программирования, темам промышленной безопасности и т. Д. В свободное время Бен любит кататься на своем Харлее и играть с электроникой. Для всех радиолюбителей его позывной — N7BEN.

.

No related posts.