Постоянный и переменный ток — история великой битвы

Электроэнергия в современном мире существует в двух видах. Одна её ипостась – постоянный ток, а вторая – переменный. Разница между ними принципиальная и то, что доступно одному виду электричества, недоступно другому. Так, постоянный ток известен людям очень давно, а переменный был поставлен человеком на службу цивилизации буквально сегодня по историческим меркам. Данная статья посвящена рассмотрению различий и мест применения электроэнергии с постоянной и переменной составляющей.

Постоянный ток, его происхождение и применение

С источниками постоянного тока мы сталкиваемся ежесекундно. Когда вы читаете эту статью с экрана своего монитора, в том, что вы различаете буквы, есть заслуга постоянного тока. Именно от источников постоянного тока запитан компьютер и все его микросхемы. Именно перепадами между уровнями сигнала, соответствующим нулю и единице, мы обязаны существованию цифровой вселенной. Постоянный ток протекает в фонарике и мобильном телефоне, в автомобиле и множестве других устройств бытового и специального назначения, где есть хоть один транзистор или диод.

Вместе с тем, способы получения и применение постоянного тока были известны еще во времена Древнего Мира. Археологами, производящими раскопки в долине Евфрата, были найдены странные керамические сосуды в жилище некоторых ювелиров. Сосуды имели устройство, схожее с гальванической батареей и соединялись между собой медной проволокой. Каково же было удивление археологов, когда они ради эксперимента заполнили один из сосудов кислотой и получили на его полюсах потенциал, равный полутора вольтам! Оказалось, что блоки батарей древние ювелиры применяли для гальванического покрытия ювелирных изделий различными металлами, что и подтвердили готовые образцы изделий, которые часто попадались ученым ранее.

Есть гипотезы, говорящие в пользу того, что при строительстве пирамид в Египте использовали электричество для освещения залов и коридоров в тех местах, где наносили росписи барельефы. Ученые спорят до сих пор по этому поводу, так как есть предположение о том, что свет подавали при помощи системы зеркал с поверхности. Как бы то ни было, но следов копоти на стенах древних залов с  росписями не обнаружено и это факт, который остается необъяснимым до сих пор. Ясно одно, что шумеры умели пользоваться электричеством, а жили они раньше египетской цивилизации.

В современном понимании постоянный ток возникает в замкнутой цепи, состоящей из источника постоянного тока, например, аккумуляторной или химической батареи, проводников и нагрузки. В качестве нагрузки может выступать материал с электрическим сопротивлением, гораздо большим, нежели сопротивление проводников, замыкающих электрическую цепь. Это может быть лампочка с вольфрамовой спиралью или реостат из нихромовой проволоки или любая другая нагрузка, сопротивление которой имеет значение, отличное от нуля.

Получают постоянный ток различными способами. Самый древний из них – химический, основанный на возникновении разницы потенциалов между проводниками из разных материалов, помещенных в кислотную или щелочную среду. Химические батареи и аккумуляторы используются людьми не одно тысячелетие и сегодня они в ходу, только в очень усовершенствованном виде по сравнению со своими древними предками. Более современные источники постоянного тока – фотоэлементы, позволяющие получать разницу потенциалов при облучении их Солнцем и генераторы постоянного тока, которые приводят в действие при помощи механической энергии, прилагаемой снаружи. Сегодня генераторы постоянного тока наиболее распространены в ветроустановках с преобразователем напряжения.

Постоянный ток движет поезда на железной дороге. Электрифицированные участки сегодня составляют значительную величину по протяженности в нашей стране. Постоянный ток применяют и для передачи на большие расстояния значительных мощностей электрической энергии при сверхвысоких потенциалах.

При всей широте применения постоянного тока имеются значительные ограничения, которые препятствуют использованию его в повседневной деятельности для питания бытовых приборов и промышленных установок. Связано это с большими потерями на омическое сопротивление в проводниках, что сказывается самым негативным образом на работе осветительного и прочего оборудования. Для того чтобы снизить потери, необходимо применять проводники большего сечения, причем, альтернативы меди здесь практически нет. А медные провода весьма дороги.

Это препятствие заставило ученых искать иные способы получения и передачи электроэнергии на любые расстояния практически без потерь. Ныне в этой области человеческой деятельности главную роль играет переменный ток.

Переменный ток — происхождение и применение

Появление генераторов и систем передачи энергии переменного тока стало одним из важнейших достижений девятнадцатого века. При этом научные изыскания в этой сфере велись с самого начала столетия. В основу исследований были положены теоретические расчеты, которые показывали, что переменное магнитное поле должно вызывать переменное электрическое поле, которое в свою очередь вызывает снова переменное магнитное поле  и процесс этот может протекать до бесконечности. При значительной частоте колебаний образуются электромагнитные волны, способные свободно распространяться в пространстве, а при незначительной частоте почти вся энергия остается в проводнике, по которому происходит её передача.

Самый простой способ возбудить электрические колебания с переменной амплитудой напряжения – перемещать постоянный магнит внутри рамки с изолированным проводом. При этом, чем больше количество витков в рамке и чем мощнее магнит, тем выше максимальное значение амплитуды напряжения, которое может зарегистрировать вольтметр на зажимах обмотки рамки.

Важной особенностью переменного напряжения является смена полярности при прохождении магнита в обратную сторону. А так же прохождение нулевой отметки значения амплитуды напряжения при смене полярности. Такое поведение напряжения, а значит и тока при подключении нагрузки, позволяет очень легко преобразовывать переменное напряжение в другие величины при помощи трансформаторов, что открывает отличные перспективы для передачи практически без потерь значительных мощностей на любые расстояния, что недостижимо для установок постоянного тока, кроме работающих на сверхвысоких напряжениях.

Первые генераторы переменного тока были разработаны Теслой и Эдисоном. Тесла разработал трехфазную схему производства и передачи электроэнергии на большие расстояния. Он же предложил принцип трансформации напряжения в зависимости от решаемых задач. Так, для потребления электроэнергии конечными установками он предложил ввести переменное напряжение частотой 50 или 60 Гц с амплитудой 110, 127 или 220 вольт, а для передачи на большие расстояния рекомендовал повышать напряжение до 10 тысяч вольт и выше. При высоких напряжениях для передачи по проводнику одинаковой мощности требуется меньший ток, а чем он меньше, тем меньше потери в проводнике. Поэтому сегодня в линии электропередач подают переменное напряжение с амплитудой до 330 кВ.

Простое преобразование напряжений открывает очень широкие возможности для прямого использования переменного тока. Так, существующие асинхронные трехфазные и однофазные двигатели, осветительные приборы, обогреватели и многие другие бытовые приборы могут работать непосредственно от сети, а более сложная радиотехника и устройства с автоматикой, требующие для работы наличие постоянного напряжения, приспособлены для получения его прямо на месте из переменного сетевого напряжения. Так сводят к минимуму потери постоянного тока в проводниках.

К сожалению, на сегодняшний день в мире нет единого сетевого напряжения. Так, для стран Европы и России принят стандарт 230 вольт при частоте 50 Гц, Северная Америка осталась верна напряжению 127 вольт при частоте 60 Гц, в Японии можно встретить и то, и другое напряжение, а в некоторых странах до сих пор в ходу генераторы, вырабатывающие напряжение 100 вольт при частоте 50 Гц. Поэтому, отправляясь в путешествие, сегодня кроме погоды и особенностей национальной кухни в стране пребывания туристов интересует напряжение и частота в сети переменного тока. Ведь в эпоху цифровых технологий важно иметь возможность зарядить свой ноутбук, мобильный телефон и фотоаппарат, чтобы запечатлеть и поделиться с друзьями всеми моментами своего путешествия.

Перспективы совместного существования переменного и постоянного тока

Ученых и практиков от электротехники давно занимает вопрос соединения воедино положительных качеств переменного и постоянного тока. Подобные решения стали возможны, благодаря появлению мощных импульсных полупроводниковых вентилей. Сегодня ни у кого не вызывают удивления инверторные устройства, преобразующие постоянное напряжение в переменное, промышленной частоты, и наоборот. Импульсные источники питания в радиоэлектронной аппаратуре и компьютерной технике стали компактными и мощными, в десятки раз более эффективными по сравнению с источниками питания на обычных трансформаторах.

Сегодня можно утверждать о настоящей революции в сварочном деле, которая произошла благодаря появлению инверторов, значительно облегчивших в прямом и переносном смыслах сварочные аппараты и процессы. Теперь даже те виды сварки, которые считались прерогативой закрытых оборонных предприятий стали доступны любому сварщику, а стоимость производства таких работ, как аргонно-дуговая сварка и полуавтоматическая сварка значительно снизилась. Доступные по цене, легкие переносные сварочные аппараты, которые можно запитывать от обычной розетки в любой квартире, дали возможность проявить свой творческий потенциал многим любителям и профессионалам работы с металлом.

Не менее впечатляющими достижениями импульсной техники могут похвастаться производители источников бесперебойного питания, сетевых импульсных стабилизаторов напряжения, систем получения электроэнергии от альтернативных источников с возможностью аккумулирования и последующего преобразования запасенной энергии при возникновении потребности. Возможности импульсной техники изучены и использованы далеко не полностью. Мы в самом начале этого пути единения постоянного и переменного тока. Совсем не за горами автомобили на электричестве и прочие чудеса, которые станут явью с внедрением новых открытий и разработок в области импульсных источников электроэнергии.

Узнаем как из постоянного тока сделать переменный? Какой ток опаснее

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь. Ответы на вопросы о том, как из постоянного тока сделать переменный, какое напряжение должно быть в квартире и какой ток опасен, современный человек должен знать, чтобы избежать поражения и гибели от него.

Способы получения электричества

Сегодня невозможно представить свою жизнь без электроэнергии. Ежедневно все население нашей планеты использует миллионы ватт электричества для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Но очередной раз, включая электрочайник, человек не задумывается о том, какой путь пришлось проделать электричеству, чтобы он смог заварить себе утреннюю чашку ароматного кофе.

Существует несколько способов получения электричества:

• из тепловой энергии;
• из энергии воды;
• из атомной (ядерной) энергии;
• из ветровой энергии;
• из солнечной энергии и др.

Для того чтобы понять природу возникновения электрической энергии, рассмотрим несколько примеров.

Электричество из энергии ветра

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Самый простой способ его получения — энергия природных сил.

В данном примере от энергии ветра. Природный феномен дующего с различной силой ветра люди научились использовать давно. Укрощает ветер простой ветряк, оборудованный приводом и соединённый с генератором. Генератор и вырабатывает электрическую энергию.

Излишки тока при постоянном использовании ветряка можно накапливать в аккумуляторных батареях. Выработанный постоянный экологически чистый ток в быту и производстве не применяется.

Полученный и преобразованный в переменный ток, он идет для бытового использования. Накопленные излишки электричества хранятся в аккумуляторных батареях. При отсутствии ветра запасы электричества, хранящиеся в аккумуляторах, преобразуются и поступают на нужды человека.

Электроэнергия из воды

К большому сожалению, этот вид природной энергии, дающий возможность получать электричество, не везде имеется. Рассмотрим способ получения электричества там, где воды много.

Простейшая ГЭС, сделанная из дерева по принципу мельницы, размер которой порядка 1,5 метров, способна обеспечить электричеством, используемым и на отопление, частное подсобное хозяйство. Такую бесплотинную ГЭС сделал русский изобретатель, уроженец Алтая — Николай Ленев. Он создал ГЭС, перенести которую могут два взрослых мужчины. Все дальнейшие действия аналогичны получению электричества от ветряка.

Вырабатывают электричество и крупные электростанции и гидростанции. Для промышленного получения электричества применяют огромные котлы, дающие пар. Температура пара достигает 800 градусов, а давление в трубопроводе поднимается до 200 атмосфер. Этот перегретый пар с высокой температурой и огромным давлением поступает на турбину, которая начинает вращаться и вырабатывать ток.

То же самое происходит и на гидроэлектростанциях. Только здесь вращение происходит за счёт больших скорости и объема воды, падающей с огромной высоты.

Обозначение тока и применение его в быту

Постоянный ток обозначается DC. На английском языке пишется как Direct Current. Он в процессе работы со временем не меняет своих свойств и направления. Частота постоянного тока равна нулю. Обозначают его на чертежах и оборудовании прямой короткой горизонтальной черточкой или двумя параллельными черточками, одна из которых пунктирная.

Используется постоянный ток в привычных нам аккумуляторах и батарейках, используемых в огромном числе различного типа устройств, таких как:

• счетные машинки;
• детские игрушки;
• слуховые аппараты;
• прочие механизмы.

Все ежедневно пользуются мобильным телефоном. Зарядка его происходит через блок питания, компактный преобразователь DC/AC, включаемый в бытовую розетку.

Электрические приборы потребляют переменный однофазный ток. Электроприборы заработают только с подключением трансформатора и выпрямителя тока. Многие производители устанавливают преобразователь DC/AC непосредственно в сам агрегат. Это намного упрощает эксплуатацию электрооборудования.

Как из постоянного тока сделать переменный?

Выше говорилось, что все аккумуляторы, батарейки для фонариков, пультов телевизоров имеют постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, существует современное устройство под названием инвертор, он с легкостью из постоянного тока сделает переменный. Рассмотрим, как это применимо в повседневности.

Бывает, что во время нахождения в автомашине человеку необходимо срочно распечатать на ксероксе документ. Ксерокс имеется, машина работает и, включив в прикуриватель переходник на инвертор, он может подключить к нему ксерокс и распечатать документы. Схема преобразователя достаточно сложна, особенно для людей, которые имеют отдаленное понятие о работе электричества. Поэтому в целях безопасности лучше не пытаться самостоятельно соорудить инвертор.

Переменный ток и его свойства

Протекая, переменный ток в течение одной секунды меняет направление и величину 50 раз. Изменение движения тока — это его частота. Обозначается частота в герцах.

У нас частота тока 50 герц. Во многих странах, например США, частота равна 60 герц. Также бывает трёхфазный и однофазный переменный ток.

Для бытовых нужд приходит электричество, равное 220 вольтам. Это действующее значение переменного тока. Но амплитуда тока максимального значения будет больше на корень из двух. Что в итоге даст 311 вольт. То есть фактическое напряжение бытовой сети составляет 311 вольт. Для изменения постоянного тока на переменный применяются трансформаторы, в которых используются различные схемы преобразователей.

Передача тока по высоковольтным линиям

Все электрические наружные сети несут по своим проводам переменный ток различного напряжения. Оно может колебаться от 330000 вольт до 380 вольт. Передача осуществляется только переменным током. Данный способ транспортировки — самый простой и дешёвый. Как из переменного тока сделать постоянный, давно известно. Поставив трансформатор в нужном месте, получим необходимое напряжение и силу тока.

Схемы преобразователей

Самая простая схема решения вопроса о том, как из постоянного тока сделать переменный 220 В, не существует. Это может сделать диодный мост. Схема преобразователя DC/AC имеет в своём составе четыре мощных диода. Мост, собранный из них, создает движение тока в одном направлении. Мостик срезает верхние границы переменных синусоид. Диоды собираются последовательно.

Вторая схема преобразователя переменного тока — это параллельное подключение на выход с моста, собранного из диодов, конденсатора или фильтра, который сгладит и исправит провалы между пиками синусоид.

Отлично преобразует постоянный ток в переменный инвертор. Схема его сложна. Используемые детали не из дешевого порядка. Потому и цена на инвертор немаленькая.

Какой электрический ток опаснее – постоянный или переменный

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся на работе и в быту с электроприборами, подключенными в розетки. Ток, бегущий от электрического щита до розетки, однофазный переменный. Происходят случаи поражения электрическим током. Меры безопасности и знания о поражении током необходимы.

В чем принципиальная разница между попаданием под напряжение переменным током и постоянным? Имеется статистика, что переменный DC однофазный ток в пять раз опаснее постоянного AC тока. Поражение током, вне зависимости от его типа, само по себе отрицательный факт.

Последствия от поражения током

Небрежность в обращении с электроприборами может, мягко говоря, негативно сказаться на здоровье человека. Поэтому не стоит экспериментировать с электричеством, если на то нет специальных навыков.

Действие тока на человека зависит от нескольких факторов:

• сопротивления тела самого потерпевшего;
• напряжения, под которое попал человек.
• от силы тока на момент контакта человека с электричеством.

С учетом всего перечисленного можно сказать, что действие переменного тока намного опаснее, чем постоянного. Имеются данные экспериментов, подтверждающие факт, что для получения равного результата при поражении сила постоянного тока должна быть в четыре — пять раз выше, чем переменного.

Сама природа переменного тока отрицательно сказывается на работе сердца. При поражении током происходит непроизвольное сокращение сердечных желудочков. Это может привести к его остановке. Особенно опасно соприкосновение с оголенными жилами людям, имеющим сердечный стимулятор.

У постоянного тока частота отсутствует. Но высокие напряжение и сила тока могут привести также к летальному исходу. Выйти из под контакта с постоянным электрическим током проще, чем из-под контакта с переменным.

Этот небольшой обзор природы электрического тока, его преобразования должен быть полезен людям, далеким от электричества. Минимальные познания в области происхождения и работы электроэнергии помогут понять суть работы обычных бытовых приборов, которые так необходимы для комфортной и спокойной жизни.

Постоянный электрический ток: определение, механизм, характеристики

Определение 1

Постоянный ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся в одном направлении.

По теории данные заряженные частицы относят к носителям тока. В проводниках и полупроводниках такими носителями являются электроны, в электролитах – заряженные ионы, в газах – электроны и ионы. Металлы характеризуются перемещением только электронов. Отсюда следует, что электрический ток в них – это движение электронов проводимости.

Результат прохождения электрического тока в металлах и электропроводящих растворах заметно отличается. Наличие химических процессов в металлах при протекании тока отсутствует. В электролитах под воздействием тока происходит выделение ионов вещества на электродах. Различие заключается в отличии носителей зарядов металла и электролита. В металлах – это свободные электроны, отделившиеся от атомов, в растворах – ионы, атомы или их группы с зарядами.

Необходимые условия существования электрического тока

Первое необходимое условие существования электрического тока любого вещества – наличие носителей заряда.

Для равновесного состояния зарядов необходимо равнение нулю разности потенциалов между любыми точками проводника. При нарушении данного условия, заряд не сможет переместиться. Отсюда следует, что второе необходимое условие существования электрического тока в проводнике – создание напряжения между некоторыми точками.

Определение 2

Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике как результат воздействия электрического поля, называют током проводимости.

Такое движение возможно при перемещении в пространстве заряженного проводника или диэлектрика. Подобный электрический ток получил название конвекционного.

Механизм осуществления постоянного тока

Для постоянного прохождения тока в проводнике следует подсоединить к проводнику или их совокупности устройство, в котором постоянно происходит процесс разделения электрических зарядов для поддержания напряжения в цепи. Данный механизм получил название источника тока (генератора).

Силы, разделяющие заряды, называют сторонними. Они характеризуются неэлектрическим происхождением, действуют внутри источника. При разделении зарядов сторонние силы способны создать разность потенциалов между концами цепи.

Если электрический заряд перемещается по замкнутой цепи, то работа электростатических сил равняется нулю. Отсюда следует, что суммарная работа сил A, действующих на заряд, равна работе сторонних Ast. Определение физической величины, характеризующей источник тока, ЭДС источника ε запишется как:

ε=Aq (1), где значение q подразумевает положительный заряд. Его движение происходит по замкнутому контуру. ЭДС – это не сила. Единица измерения ε=В.

Природа сторонних сил различна. В гальваническом элементе они являются результатом электрохимических процессов. В машине с постоянным током такой силой является сила Лоренца.

Основные характеристики электрического тока

Условно принято считать направление тока за направление движения положительных частиц. Отсюда следует, что направление тока в металлах характеризуется противоположным направлением относительно направления движения частиц.

Электрический ток обладает силой тока.

Определение 3

Сила тока I – скалярная величина, равняется производной от заряда q по времени для тока, который проходит через поверхность S:

I=dqdt (2).

Ток может быть постоянным и переменным. При неизменной силе тока  с его направлением по времени ток называют постоянным, а выражение силы тока для него примет вид:

I=qt (3), где сила тока рассматривается в качестве заряда, проходящего через поверхность S в единицу времени.

По системе СИ основная единица измерения силы тока – Ампер (А).

1 A=1 Кл1 с.

Определение 4

Плотность – это векторная локальная характеристика. Вектор плотности тока j→способен показывать, каким образом распределяется ток по сечению S. Его направление идет в сторону, куда движутся положительные заряды.

Значение вектора плотности тока по модулю равно:

j=dIdS’ (4), где dS’ является проекцией элементарной поверхности dS на плоскость, перпендикулярную вектору плотности тока, dI – элементом силы, которая идет через поверхности dS и dS’.

Представление плотности в металле возможно по формуле:

j→=-n0qeυ→ (5), где n0 обозначается концентрацией электронов проводимости, qe=1,6·10-19 Кл  – зарядом электрона, υ→ – средней скоростью упорядоченного движения электронов. Если значение плотностей тока максимальное, то

υ→=10-4 мс.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Закон сохранения заряда

Рисунок 1

Основным физическим законом считается закон сохранения электрического заряда. При выборе произвольной замкнутой поверхности S, изображенной на рисунке 1, ограничивающей объем V количество выходящего электричества в единицу времени (1 секунду) из объема V можно определить по формуле ∮sjndS. Такое же количество электричества выражается через заряд -∂q∂t, тогда получаем:

∂q∂t=-∮SjndS (6), где jn считается проекцией вектора плотности на направление нормали к элементу поверхности dS, при этом:

jn=jcos a (7), где a является углом между направлением нормали к dS и вектором плотности тока. Уравнение (6) показывает частое употребление производной для того, чтобы сделать акцент на неподвижности поверхности S.

Выражение (6) считается законом сохранения электрического заряда в макроскопической электродинамике. Если ток постоянен во времени, тогда запись этого закона примет вид:

∮SjndS=0 (8).

Пример 1

Найти формулу для того, чтобы рассчитать конвекционный ток при его возникновении в длинном цилиндре с радиусом сечения R и наличием его равномерной скорости движения υ, который заряжен по поверхности равномерно. Значение напряженности поля у поверхности цилиндра равняется E. Направление скорости движения вдоль оси цилиндра.

Решение

Основой решения задачи берется определение силы тока в виде:

I=dqdt (1.1).

Из формулы (1.1) следует, что возможно нахождение элемента заряда, располагающегося на поверхности цилиндра.

Напряженность поля равномерно заряженного цилиндра на его поверхности находится по выражению:

E=σε0 (1.2), где σ является поверхностной плотностью заряда, ε0=8,85·10-12 КлН·м2. Выразим σ из (1.2), тогда:

σ=E·ε0 (1.3).

Связь поверхностной плотности заряда с элементарным зарядом выражается при помощи формулы:

dqdS=σ (1.4).

Используя (1.3), (1.4), имеем:

dq=E·e0dS (1.5).

Выражение элемента поверхности цилиндра идет через его параметры:

dS=2π ·Rdh (1.6), где dh является элементом высоты цилиндра. Запись элемента заряда поверхности цилиндра примет вид:

dq=E·ε0·2h·Rdh (1.7).

Произведем подстановку из (1.7) в (1.1):

I=d(E·ε0·2π·Rdh)dt=2πRε0Edhdt (1.8).

Движение цилиндра идет вдоль оси, тогда запишем:

dhdt=υ (1.9).

Получим:

I=2πRε0Eυ.

Ответ: конвективный ток I=2πRε0Eυ.

Пример 2

Изменение тока в проводнике происходит согласно закону I=1+3t. Определить значение заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, за время t, изменяющегося от t1=3 с до t2=7 c. Каким должен быть постоянный электрический ток, чтобы за аналогичное время происходило то же значение заряда?

Решение

Основа решения задачи – выражение, связывающее силу тока и заряд, проходящий через поперечное сечение проводника:

I=dqdt (2.1).

Формула (2.1) показывает, что нахождение количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за время от t1 до t2 возможно таким образом:

q=∫t1t2Idt (2.2).

Произведем подстановку имеющегося по условию закона в (2.2) для получения:

q=∫t1t2(1+3t)dt=∫t1t2dt+∫t1t23tdt=t2-t1+3·t22t1t2=(t2-t1)+32t22-t12 (2.3).

Вычислим заряд:

q=7-3+32(72-32)=4+32·40=64 (Кл).

Чтобы определить постоянный ток для получения силы используется формула:

Iconst=qt (2.3), где t считается временем, за которое поперечное сечение проводника пройдет заряд q.

Тогда время протекания заряда равняется:

t=t2-t1 (2.4).

Выражение (2.3) примет вид:

Iconst=qt2-t1 (2.5).

Произведем подстановку и вычислим:

Iconst=647-3=644=16 (A).

Ответ: q=64 Кл. Iconst=16 А..

Преобразование переменного тока — Справочник химика 21

    Основными элементами ламповых генераторов (рис. 3.33) являются 1 — трехфазный силовой трансформатор, повышающий напряжение с 220—380 до 6000— 9000 В 2 — выпрямительный блок на тиратронах для преобразования переменного тока в постоянный напряжением до 9000—15000 В 3— генераторный блок с одной или несколькими генераторными трехэлектродными лампами, преобразующий энергию постоянного тока в [c.172]
    Селеновый выпрямитель типа ВСА-6М предназначен для преобразования переменного тока в постоянный, подаваемый на питание электролитической ванны. Селеновый выпрямитель устанавливают на специальной подставке вблизи вытяжного шкафа. [c.112]

    ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ И ЕГО КОММУНИКАЦИЯ [c.409]

    Ранее для питания серий электролизеров постоянным током применялись генераторы напряжением до 250—275 В. Однако по мере развития техники преобразования переменного тока в постоянный и совершенствования конструкций электролизеров возросло и напряжение постоянного тока, применяемого для питания серий электролизеров. Увеличение напряжения постоянного тока позволяет снизить капитальные затраты на оборудование преобразовательных подстанций и при применении ртутно-выпрямительных агрегатов повышает коэффициент полезного действия преобразовательной установки. Переход на более высокое напряжение постоянного тока на электролитических установках был в значительной степени обусловлен применением ртутно-выпрямительных агрегатов. [c.242]

    В зависимости от источника энергии, используемого для возбуждения гидрогенератора, системы возбуждения можно подразделить на три группы 1) электромашинная система возбуждения с возбудителем постоянного тока 2) система возбуждения с генератором переменного тока с последующим преобразованием переменного тока в постоянный 3) система самовозбуждения, в которой часть энергии гидрогенератора преобразуется в энергию постоянного тока и используется для его возбуждения. [c.68]

    Электромашинная система возбуждения с генератором переменного тока и последуюш,им преобразованием переменного тока в постоянный. Независимая система возбуждения от вспомогательного синхронного генератора (ВСГ) с последующим преобразованием переменного тока [c.74]

    В качестве источников постоянного тока в электроанализе используют свинцовые или щелочные аккумуляторы. Для преобразования переменного тока в постоянный применяют выпрямители. Силу тока, протекающего через раствор, измеряют при помощи амперметров, включенных в цепь последовательно. [c.317]

    В физико-химических методах анализа для точного измерения и записи определяемых величин используют сложную аппаратуру, включающую различные электроизмерительные приборы и схемы. К ним относятся приборы для измерения силы и напряжения тока, для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот, усилительные схемы, самозаписывающие устройства и т. п. [c.12]

    Первоначально. цля питания электролизеров постоянным током применялись генераторы на невысокое напряжение (до 250—275 в). По мере развития техники преобразования переменного тока в постоянный и усовершенствования конструкций электролизеров напряжение постоянного тока, подаваемого на питание серий электролизеров, повышалось. При использовании ртутных выпрямительных агрегатов для питания постоянным током цехов электролиза растворов щелочных хлоридов применялось напряжение до 825—850 в. В близких отраслях электрохимической промышленности известны случаи применения и более высокого напряжения. Так, в процессе электролиза воды для получения водорода и кислорода в течение нескольких десятков лет успешно применяется постоянный ток напряжением 1500 в. [c.244]

    Питание индикаторов впрыска и воспламенения и неоновых ламп производится от переменного тока 127 в. Для преобразования переменного тока в постоянный поставлен полупроводниковый выпрямитель. Наличие выпрямителя позволило упростить конструкцию установки. [c.110]

    Преобразование переменного тока в постоянный производится трансформатором ТР-2 и селеновым выпрямителем ВС. Необходимую величину силы тока в рабочей цепи устанавливают при помощи автотрансформатора АТ по амперметру А. Последние две функции могут выполняться электрической схемой посредством ручной регулировки или при автоматической работе ионатора. В этом случае пере ключение полярности электродов дости- [c.337]

    Для работы электрофильтров необходима установка специального трансформатора — для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и выпрямителя — для преобразования переменного тока в постоянный. [c.64]

    Для преобразования переменного тока в постоянный предварительно трансформатором понижают его напряжение, а затем выпрямляют посредством селеновых вентилей. [c.98]

    Расчет мощности высокочастотного источника электропитания для получения потока высокочастотной индукционной (U-F)-плазмы. Высокочастотный источник электропитания при заданном расходе гексафторида урана через плазмотрон должен быть выбран с таким расчетом, чтобы электрическая мощность, доставленная в разрядную камеру плазмотрона, покрывала термодинамически минимальные затраты мощности на разложение UFe, на потери мощности за счет теплопроводности и излучения, потери мощности с потоком в аксиальном направлении. Необходимо, используя КНД преобразования переменного тока в высокочастотный и прочие энергозатраты, определить установленную мощность источника электропитания. Распределение мощности в различных элементах высокочастотного индукционного генератора плазмы определяет энергетическую эффективность соответствующего технологического процесса. Высокочастотный генератор плазмы состоит из следующих основных блоков анодного повышающего трансформатора, управляемого высоковольтного выпрямителя, генераторной лампы, системы колебательных контуров, индуктора и плазмотрона. Распределение мощности между всеми этими элементами и, дополнительно, металлической разрядной камерой в индукторе высокочастотного генератора, работающего на различных частотах, было приведено в табл. 2.6. Если принять мощность, потребляемую из электрической сети, Рпот, за 100%, то дальнейшее распределение мощности выглядит следующим образом КНД анодного трансформатора составляет 91 -Ь 98% трансформаторы с воздушным охлаждением имеют КНД 99,5% КНД высоковольтного выпрямителя на тиратронах без учета мощности, расходуемой на накал, составляет 99,5 %. Нри использовании тиристорных выпрямителей потери мощности на накал отпадают. Следовательно, общие потери мощности в этих цепях составляют 1 -Ь 9,5 % в зависимости от уровня используемой техники. Потери мощности на накал генераторной лампы составляют 2 -Ь 3,5 % в зависимости от эмиссионной способности катода. [c.527]

    Наиболее существенный вклад в потери мощности при преобразовании переменного тока в высокочастотный вносят потери мощности на аноде генераторной лампы, Ран. Потери на аноде достигают [c.527]

    С целью уменьшения потерь и сечения линий электрической сети передача электрической энергии производится под током высокого напряжения, что требует преобразования его для использования в насосных установках. Для преобразования переменного тока высокого напряжения в ток низкого напряжения служат силовые трансформаторы, установленные вместе с аппаратурой управления и распределения энергии на электрических подстанциях. В большинстве случаев электрические подстанции, обслуживающие насосную станцию, размещаются в одном с ней здании. [c.294]

    Радиометрическая аппаратура — установка типа Б, присоединяемая к счетчику Гейгера, состоит из четырех блоков свинцовой камеры со счетчиком Гейгера, усилительного блока БГС, предназначенного для первоначального усиления импульса, получаемого от счетчика высоковольтного выпрямителя типа ВСЭ, используемого для преобразования переменного тока сети в постоянный и создания необходимой разности потенциалов между электродами счетчика (1500—1800 в) пересчетного прибора типа ПС-64, в котором создается окончательное усиление импульсов, поступающих с блока БГС, и электромеханического счетчика — нумератора, предназначенного для отсчета числа импульсов, поступающих с пересчетной схемы. [c.587]

    Введение положительной обратной связи для увеличения коэффициента усиления рассмотрим на примере магнитного усилителя (рис. 51, г). Выпрямитель, собранный из четырех германиевых диодов, служит для преобразования переменного тока рабочей цепи в постоянный ток цепи обратной связи. Проследим путь тока, учитывая, что каждый диод пропускает ток только в одном направлении (указывается стрелкой диода). В первый полупериод направление тока ] — — 2 — 3 № ос — 4 — 5 — — 6. Во второй полупериод [c.107]

    Блок 2 вентилей осуществляет функцию преобразования переменного тока в постоянный, который замыкается через НЗ ГруЗКу 3. [c.23]

    Таким образом, под щеткой А всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным магнитным полюсом, а под щеткой В — пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным магнитным полюсом. В результате полярность щеток в процессе работы генератора остается неизменной, независимо от положения витка в магнитном поле. Благодаря этому электрический ток во внешней цепи генератора становится постоянным по направлению. Что же касается величины этого тока, то она остается переменной. При положении проводников обмотки под серединой полюсов ток имеет максимальное значение, а при положении их на нейтрали — равен нулю. Таким образом, в коллекторе происходит преобразование переменного тока, наведенного в обмотке якоря, в пульсирующий ток, протекающий по внешней цепи. Пуль- [c.182]

    Все современные центральные электрические станции дают исключительно переменный трехфазный ток. Поэтому для хлорного завода, так же как для любого электролитического производства, работающего на постоянном токе, возникает необходимость в преобразовании переменного тока в постоянный. [c.236]

    С помощью каких машин и приборов производится преобразование переменного тока в постоянный Что представляет собой двигатель-генератор  [c.21]

    В настоящее время в СССР тонкая очистка доменного газа осуществляется, как правило, в электрофильтрах. Принцип действия электрофильтра заключается в том, что молекулы газа ионизируются, а затем передают заряд взвешенным в газе частицам, вследствие чего последние перемещаются в электрическом поле к осадительным электродам. Работа электрофильтра возможна только при питании его постоянным током, для чего необходимо наличие специального выпрямительного устройства для преобразования переменного тока в постоянный. Основным условием создания коронного разряда является наличие значительной разницы в поверхностях электродов. [c.198]

    Наиболее простой способ получения постоянного тока — преобразование переменного тока с помощью выпрямителей. Последние все больше вытесняют электромашинные преобразователи переменного тока в постоянный. [c.399]

    Преобразование напряжения постоянного тока также менее удобно. Для этого приходится пользоваться агрегатом из мотора и динамо, т. е. машинами, требующими постоянного и квалифицированного обслуживания, в то время как преобразование переменного тока производится посредством трансформаторов, которые не имеют движущихся частей. Поэтому уход за трансформаторами проще. В лабораториях трансформаторы приобретают все большее распространение. [c.100]

    Некоторые технологические параметры приведены ниже. Все они относятся к 1 кг продукта в расчете на 100%-ную перекись водорода (при выработке 35%-НОЙ перекиси) при производительности завода около 150 т месяц или больше расход энергии на электролиз 12,9—13,2 квт-ч непосредственно на ванны, 10—15% как потери при преобразовании переменного тока в постоянный и 2—2,5 квт-ч на различные производственные нужды расход технологического пара на перегонку 13 кг при обвдем расходе 25—28 кг расход воды 1—2,5 ж (этот расход сильно колеблется в зависимости от температуры воды) расход серной кислоты 0,08—0,15 кг гидрата окиси аммоиия 0,03—0,1 кг сульфата калия 0,02—0,03 кг роданида аммония 0,025—0,075 кг ферроцианида калия 0,002—0,01 кг двуокиси серы 0,005—0,075 кг сульфата железа (III) 0,01—0,08 кг чистая потеря платины 0,0014—0,0027 г количество применяемой платины 330 г на 1000/сг месячной производительности рабочая сила составляет около 0,28 человеко-часа. Амортизационные отчисления (15% от стоимости оборудования и 5% от стоимости строений в год) и расходы по эксплуатации составляли в Германии вместе 35—40% от общей производственной себестоимости. Общая себестоимость производства 80%-ной перекиси водорода по этому процессу, включая накладные расходы и амортизационные отчисления, равнялась 2,25 герм, марки за килограмм содержавшейся 100%-ной перекиси это соответствует 41 центу за фунт при курсе марки 40 центов (900 долларов за тонну). [c.125]

    Постоянный ток для электролиза получают преобразованием переменного тока на преобразовательных подстанциях. [c.8]

    Сетевая катодная станция со стабилизированным выходным напряжением СКСН-300 рассчитана на питанид от сети переменного тока напряжением 220 д % в (110, 127 в по специальному заказу), частотой 50 гц. Преобразование переменного тока в стабилизированный постоянный осуществляется путем предварительного понижения напряжения трансформатором с магнитным шунтом и последующим выпрямлением его полупроводниковыми вентилями. Выходное напряжение стабилизируется феррорезонансным способом. Регулирование напряжения на выходе станции производится двумя переключателями — грубого и точного регулирования. [c.126]

    Если две катушки находятся вблизи одна от другой, то создаваемый в одной из них магнитный поток частично пронизывает и другую. В результате всякого изменения тока в первой катушке изменяется пронизывающий вторую катушку магнитный поток и в ней появляется наведенная э. д. с. и, наоборот, изменение тока и магнитного поля второй катушки будет причиной появления индуктированной э. д. с. в первой катушке. Это явление называется самоиндукцией, а э. д. с., возникающая следствие влияния одной катушки на другую, называется электродвижущей силой взаимоиндукции. Явление взаимоиндукции используется в трансформаторах, которые применяются для повышения или понижения напряжения переменного тока. Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя или несколькими обмотками, имеющими между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем, и служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении неизменной частоты тока. [c.18]

    Электрическая энергия высокого напряжения, переданная на завод от ТЭЦ или районной подстанции энергосистемы, должна быть преобразована на месте потребления в энергию пониженного напряжения 380/220 или 6000 В и лишь после этого распределена к отдельным электроприемникам. Для осуществления такого преобразования на заводе сооружаются понижающие трансформаторные подстанции напряжением 110/6 35/6 и 6/0,4 кВ. Трансформаторная подстанция — это электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии. Она состоит из трансформаторов для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, распределительных и вспомогательных устройств (аккумуляторной батареи или выпрямительных устройств, устройств управления, защиты и сигнализации). [c.140]

    Электрическое обо-РУДО аи1с Преобразование переменного тока в постоянный Электрическое оборудование переменного тока Электроопасность [c.202]

    Катодные станции СКСУ рассчитаны на питание от сети переменного тока напряжением 220 в (ИО 127 в по специальному заказу), частотой 50 гц. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется путем предварительного понижения напряжения трансформатором с последующим выпрямлениел тока полупроводниковыми выпрямителями. Напряжение на выходе катодных станций регулируется двумя переключателями грубого и точного регулирования (табл. 60). [c.123]

    Совсем другие явлеиия наблюдаются тогда, когда полупроводниковый материал находится во внешнем электростатическом поле, положительный полюс которого расположен со стороны р-области полупроводника, а отрицательный — со стороны л-области. В зтом случае в цепи течет постоянный электрический ток. Электроны поступают в кристалл с правого электрода, затем проходят через зону проводимости -области, через область п—р-перехода попадают в валентную зону р-области и пере1мещаются здесь до границы кристалла за счет дырочной проводимости, пока не попадут в левый электрод. В противоположном направлении электрический ток течь ие может, так как при достаточно низком потенциале внешнего электрического поля электроны не могут преодолеть барьер в области п—р-перехода и, следовательно, не могут перемещаться слева направо. Такой кристалл работает как выпрямитель электрического тока, пропускающий только ток определенного направления. Его можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный. В настоящее время выпрямители па основе кремния все больше вытесняют ламповые диоды. [c.84]

    Источником света служит лампа накаливания 1 автомобильного типа (напряжение 6 нли 12 в). Для преобразовання переменного тока сети 110—220 б в переменный ток напряженпе.м 6 г лн 12 в установлен трансформатор 2. Для поддержания постоян- (ого напряжения при колебаниях напряжения в сети к транс- [c.350]

    В качестве источников постоянного тока в электроанализе используют свинцовые или щелочные аккумуляторы. Для преобразования переменного тока в постоянный применяют выпря- [c.422]

    Общая эффективность использования перекисного кислорода при гидролизе и перегонке составляет около 85 1о. Чтобы довести до минимума концентрацию примесей, непрерывно отбирают около 5 о циркулирующей кислоты, очищают ее путем перегонки в кварцевой аппаратуре и возвращают в систему. Ниже приводятся некоторые рабочие параметры, отнесенные к 1 кг продукта в виде 100 о-ной перекиси водорода расход эиергии на ва1шы составляет 14— 16,2 квт-ч, общий расход эиергии в процессе, включая 10%-ные потери при преобразовании переменного тока в постоянный, 21,5 квт-ч расход пара на гидролиз и перегонку 27,5 кг расход серной кислоты 0,5—0,9 кг рабочая сила около 0,1 человеко-часа потеря платины 0,0025—0,003 г при производительности 1000 кг месяц требуется 815 г платины или (в случае применения биметаллических анодов) 334 г платины и 3340 г тантала. Процесс с пероксодисерной кислотой имеет преимущество перед описываемым ниже процессом с пероксоди-сульфатом калия, заключающееся в меньших расходах па рабочую силу, однако выход по току и эффективность гидролиза в нем ниже. [c.119]

    Кроме двигателей-генераторов, для преобразования переменного тока в постоянный применяют также устройства, называемые выпрямителями. Наибольшее распространение в гальванотехнике получили два типа выпрямителей твердые, в том числе медноза-киснью (купроксные), селеновые и ртутные (стеклянные или металлические). [c.20]

    Преобразование переменного тока в постоянный (необходимый для питания элетролизеров) в принципе может производиться лри помощи двигателя-генератора, одноякорного преобразователя, ртутных выпрямителей, механических выпрямителей и полупроводниковых выпрямителей. Применение тех или иных преобразовательных устройств для получения постоянного тока определяется технико-экономическими соображениями, исходя из условий проведения процесса электролиза (рабочего напряжения, силы тока, расстояния от первично го источника тока и др.) и с учетом к. п. д. преобразователя в каждом конкретном случае. Большое значение при электролизе имеет возможность легкого регулирования рабочего Напряжения на ванне, что также должно приниматься во внимание при выборе устройств для преобразования тока. [c.244]

    Выпрямляющий, или запорный, слой оказывает различное сопротивление движению электронов в прялюм и обратном направлении, в результате чего происходит преобразование переменного тока в постоянный. [c.86]

    Генератор имеет силовой трехфазный трансформатор / типа ЗГМ-75/10 с первичным напряжением 220/380 в и вторичным линейным напряжением Уаслин.) = 8000 в. Для преобразования подводимого от трансформатора переменного тока высокого напряжения в постоянный ток высокого напряжения служит высоковольтный газотронный выпрямитель 2, собранный по двухполупериодной трехфазной схеме. В процессе преобразования переменного тока по данной схеме значение выпрямленного напряжения возрастает до 1/г=1,35 У2(лин). В генераторе ГЛ-60 установлены две включенные параллельно лампы типа Г-431. Для предотвращения возможности прохождения высокочастотных колебаний в цепь питания имеется анодный стопорный дроссель 3, емкость 7 и индуктивность И анодного контура. [c.89]

---

Всё об источниках питания постоянного тока

Прежде, чем разбираться с вырабатывающими источниками, необходимо понять, что такое постоянный ток. Это поток электронов, движущийся всё время в одном направлении без изменения напряжения, частоты и силы. Переменный ток прочно вытеснил этот тип, но не всегда возможно использование вращения фаз. Например, некоторые электрические приборы по умолчанию созданы на базе полярной схемы. Их питание, в основном, происходит через преобразователь, собранный на трансформаторе. Источники постоянного тока позволяют подключать различные приборы, включая линии низковольтного освещения, различное высокоточное оборудование. На их основе до сих пор работают автомобильные электрические цепи, сеть питания в поездах и самолётах.

Какими бывают источники постоянного тока

Большинство людей сильно путается в понятиях в данной сфере. Блок постоянного тока не может считаться источником, потому что он не вырабатывает электроэнергию, а лишь преобразовывает её до определенных значений и показателей. В данный момент имеется всего 4 способа получения электрической энергии с постоянным напряжением от источника выработки или хранения к потребителю:

1. Механические преобразователи. Они конвертируют энергию вращения роторных частей генераторов в электричество. К частным случаям можно отнести ручную динамо машину или подобные устройства, устанавливаемые на велосипедах. Механические источники требуют бесперебойной генерации, что может обеспечить только стабильно дующий ветер или текущая вода. Косвенно к ним можно отнести ветряки и гидроэлектростанции.

2. Тепловые источники энергии. Единственным рентабельным в данный момент элементом является так называемая термопара. На её базе работают так называемые вулканические электростанции в Исландии. Власти этой страны пробурили породы до магмы, а затем погрузили туда термопары. Здесь работает термоэлектрический эффект, позволяющий вырабатывать электроэнергию при помощи разности температур. Если правильно всё рассчитать, то КПД может достигать 90%. Больше получить не выйдет из-за потерь энергии, затрачиваемых на разгон атомов вещества при нагреве. Термическая электродвижущая сила стремительно растёт при увеличении перепада. Термопары практически не имеют срока годности, что позволяет отвод тепла от промышленных источников непосредственно для генерации и запасания электроэнергии.

3. Световые источники постоянного тока.
4. Химические источники постоянного тока.

Как обеспечить бесперебойную поставку электроэнергии

Чтобы решить данную задачу необходимо использование альтернативного источника. Преобразование от централизованного снабжения может проводиться постоянно через блок питания или трансформатор. Эта проблема актуальна не для частных домов и квартир, а для промышленного, исследовательского и медицинского оборудования. Например, при каждой больнице скорой и неотложной помощи обязательно имеется собственная автономная подстанция, способная генерировать токи, преобразовывая их в разнообразные показатели силы и напряжения. При наличии особой группы потребителей, устанавливается резервный источник электроэнергии — электрогенератор. Реализация системы бесперебойного электроснабжения состоит в установке устройств, которые будут обеспечивать незаметный (плавный) переход с основного на резервный источник и обратно. При этом качество подаваемой электроэнергии не должно изменяться. Для этого в систему устанавливают источник бесперебойного питания или ИБП. Это приспособление позволит в период отключения электроэнергии выполнить качественный переход на линию резервного питания.

7.3: Электромоторы постоянного тока

Приводы — это механизмы, которые используются для воздействия на окружающую среду, обычно для перемещения механизмов или систем и управления ими. Приводы заставляют двигаться все элементы соревновательного робота, которые могут двигаться. Наиболее распространенным типом привода является электромотор, в частности, в роботах VEX используются электромоторы постоянного тока.

Электромоторы преобразуют электрическую энергию в механическую энергию путем использования электромагнитных полей и вращающихся проволочных катушек. При вводе напряжения в электромотор, последний выводит установленное количество механической мощности. Механическая мощность рассматривается как выход электромотора (обычно это ось, разъем или передача), вращающегося с определенной скоростью и при определенном крутящем моментe.

Нагружение электромотора

Электромоторы выводят крутящий момент только в ответ на нагружение. При отсутствии нагружения на выходе, электромотор будет вращаться очень быстро при нулевом крутящем моменте. Этого никогда не происходит в реальной жизни, так как в системе электромотора всегда присутствует трение, выполняющее роль нагрузки и заставляющее электромотор выводить крутящий момент для его преодоления. Чем больше нагрузка на электромотор, тем больше он «сопротивляется» с помощью противодействующего крутящего момента. Тем не менее, так как электромотор выводит заданное количество мощности, чем больше крутящий момент, выводимый электромотором, тем меньше его вращательная скорость. Чем больше работы должен произвести электромотор, тем медленнее он вращается. Если нагрузка на электромотор будет продолжать увеличиваться, в результате она превысит возможности электромотора и последний перестанет вращаться. Это называется «остановом».

Потребление электроэнергии

Электромотор потребляет определенное количество электрического тока (выражаемого в Амперах), которое зависит от количества приложенной к нему нагрузки. При повышении нагрузки на электромотор, потребление электроэнергии электромотором увеличивается пропорционально повышению производимого им крутящего момента.

Как показано на графике выше, ток прямо пропорционален нагружающему моменту (крутящий момент нагрузки). Чем больше нагружающий момент, тем больше потребление электроэнергии, при этом ток частота вращения обратно пропорциональны друг другу. Чем быстрее вращается электромотор, тем меньше электроэнергии он потребляет.

Ключевые характеристики электромотора

Электромоторы отличаются друг от друга и обладают различными свойствами, в зависимости от типа, конфигурации и способа производства. Существуют четыре основные характеристики, которыми обладают все электромоторы постоянного тока, используемые в соревновательной робототехнике.

Заданный крутящий момент (Н-м) — количество нагрузки, при приложении которого к электромотору последний перестанет двигаться.

Свободная скорость (об/мин) — максимальная частота вращения электромотора, работающего без нагрузки.

Ток заторможенного электромотора (Ампер) — количество электрического тока, потребляемого остановленным электромотором.

Свободный ток (Ампер) — количество электрического тока, потребляемого электромотором, работающим без нагрузки.

На этих взаимосвязях основывается концепция мощности. При заданном нагружении, электромотор может вращаться только с определенной скоростью.

Линейная и пропорциональная природа представленных выше взаимосвязей позволяет легко составлять графики «крутящий момент — скорость» и «крутящий момент — ток» для любого электромотора путем экспериментального определения двух точек на каждом графике.

Изменение мощности за счет напряжения

Выходная мощность электромотора постоянного тока зависит от входного напряжения. Это означает, что чем больше входное напряжение, тем больше мощности производится и тем быстрее может работать электромотор.

Если электромотор имеет заданное нагружение, что будет происходить при повышении напряжения (в результате увеличения мощности)? Электромотор будет вращаться быстрее! Для выполнения того же объема работы доступно большее количество мощности.

Это означает, что характеристики электромотора, приведенные выше, изменяются в зависимости от входного напряжения электромотора, поэтому их значения необходимо устанавливать при заданном напряжении (при испытаниях с напряжением 12 В). Эти четыре характеристики изменяются пропорционально входному напряжению. Например, если свободная скорость электромотора составляет 50 об/мин при напряжении 6 В, при удваивании напряжения до 12 В свободная скорость также удваивается и принимает значение 100 об/мин.

Значения этих характеристик при определенном напряжении могут быть рассчитаны в том случае, если известны их значения при другом напряжении, путем умножения известного значения на коэффициент значений напряжения. Этот подход не применим к определению свободного тока электромотора, так как его значение остается постоянным при любом напряжении.

Новое значение = Определенное значение х (Новое значение/Определенное значение)

Из примера выше видно, что свободная скорость электромотора составляет 50 об/мин при напряжении 6 В. Проектировщик планирует использовать электромотор при напряжении 8 В. Какова будет свободная скорость электромотора при этом напряжении?

Свободная скорость @ 8 В = Свободная скорость @ 6 В x (8 В / 6 В) = 50 об/мин x (8/6) = 66,66 об/мин

 

Как можно использовать изменение напряжения в управлении роботом? Электромоторы робота представляют собой не просто устройства, работающие по системе «вкл/откл». Проектировщик робота может изменять напряжение электромотора, работающего при нагрузке, для получения различных значений мощности и скорости. Для этого используются моторные контроллеры, регулирующие напряжение, поступающее к электромоторам.

Предельные значения и расчеты для электромотора

Означает ли это, что проектировщик может продолжать увеличивать напряжение электромотора до тех пор, пока последний не сможет выводить количество мощности, достаточное для выполнения задачи? Не совсем так. Электромоторы имеют ограничения. С одной стороны, приобретенная мощность будет слишком большой для электрических обмоток (как правило, обмотка начнет гореть, выделяя белый дым). К счастью, электромоторы VEX лишены подобных проблем, так как снабжены встроенными тепловыми реле, блокирующими поступление электрического тока в электромотор в случае его перегрева. Такое решение является очень удачным, так как электромотор не может перегореть, но при этом возникает новое условие для проектировщиков, выраженное в необходимости предотвращения срабатывания предохранителей электромотора. Как это сделать? Путем проектирования системы таким образом, чтобы исключить превышение установленного потребления тока электромотором за счет ограничения количества нагрузки на него.

Расчет нагрузки на руку

В примере, представленном выше, известный электромотор управляет движением руки робота при известном напряжении. В данном сценарии, какую максимальную массу может стабильно удерживать робот?

Чтобы решить эту задачу, проектировщик должен понимать, что максимальная масса, которую робот может удерживать стабильно, возникает при предельном перегрузочном моменте электромотора. Если электромотор находится в остановленном состоянии, он прикладывает к руке робота длиной 0,25 метра крутящий момент, равный 1 Н. Крутящий момент = Сила * Расстояние

Сила = Крутящий момент/Расстояние = 1 ньютон-метр/0,25 метра = 4 ньютона

Рука может удерживать до 4 ньютонов при остановленном электромоторе. При любом превышении, рука опрокинется.

Расчет крутящей нагрузки из предельного тока:

Это просто, но ситуация усложняется, когда необходимо учесть предельный ток. Например, в электромоторе из примера, представленного выше, установлен выключатель предельного тока, который сработает при потреблении свыше 2 ампер. Какова максимальная масса, которую робот может удерживать без срабатывания выключателя?

Теперь, электромотор не работает при предельном перегрузочном моменте — в режиме останова электромотор будет потреблять ток заторможенного электромотора, равный 3 амперам, что вызовет срабатывание предохранителя. Проектировщик должен выяснить, какую крутящую нагрузку должен испытывать электромотор, чтобы его потребление тока не достигало 2 ампер. Как это реализовать?

Глядя на график выше и помня о том, что взаимосвязи линейны, крутящая нагрузка при любом заданном потреблении тока может быть рассчитана с помощью уравнения.

Уравнение для линии: y = mx + b, где y — это значение по оси y, x — это значение по оси x, m — это уклон линии, и b — это место пересечения линии с осью y (точка пересечения с осью y).

Уклон линии может быть выражен как: m = (изменение по Y / изменение по X) = (ток заторможенного электромотора — свободный ток) / предельный перегрузочный момент

Точка пересечения с осью Y обозначает свободный ток.

Значение Y — это ток в заданной точке линии, и значение X — это крутящая нагрузка в этой точке.

Уравнение может быть представлено следующим образом:

Ток = ((ток заторможенного электромотора — свободны ток) / предельный перегрузочный момент) х крутящая нагрузка + свободный ток

Для крутящей нагрузки это же уравнение выглядит следующим образом:

Крутящая нагрузка = (ток — свободный ток) х предельный перегрузочный момент / (ток заторможенного электромотора — свободный ток)

С помощью параметров из примера выше может быть установлена крутящая нагрузка, при которой значение потребления тока будет равно 2 амперам.

Крутящая нагрузка = (2 ампера — 1 ампер) х 1 Н-м / (3 ампера — 1 ампер)

Крутящая нагрузка = (1,9 ампер) х 10 Н-м / (2,9 ампер)

Крутящая нагрузка = 0,655 Н-м

На основании данного расчета проектировщик может сделать вывод, что если значение крутящего момента электромотора превышает 0,655 Н-м, его потребление электричества превысит 2 ампера, при этом предохранитель сработает. Остается рассчитать количество силы, которой должна обладать рука.

Сила = Крутящий момент/Расстояние = 0,655 Н-м / 0,25 м = 2,62 Н

Если рука робота подбирает объект, масса которого превышает 2,62 Н, это спровоцирует срабатывание предохранителя.

Расчет скорости электромотора из крутящей нагрузки

В примере, представленном выше, какова скорость электромотора при предельном токе? На основании расчетов, выполненных на предыдущем этапе, проектировщик должен определить скорость электромотора при нагрузке 0,655 Н-м.

Глядя на график, изображенный выше, скорость электромотора при любой крутящей нагрузке может быть рассчитана с помощью уравнения, аналогичного уравнению для расчета потребления тока (предыдущий пример).

В этом случае, уклон линии выражается как m = (изменение по Y) / (изменение по X) = (свободная скорость) / (предельный перегрузочный момент).

Примечание: уклон имеет отрицательное значение.

Точка пересечения с осью Y обозначает свободную скорость.

Значение Y — это скорость в заданной точке линии, и значение X — это крутящая нагрузка в этой точке.

Уравнение выглядит следующим образом:

Скорость = (свободная скорость / предельный перегрузочный момент) х крутящая нагрузка + свободная скорость

С помощью параметров из примера выше может быть установлена скорость электромотора при крутящей нагрузке, равной 6,55 фунто-дюймов:

Скорость = -(100 об/мин / 1 Н-м) x 0,655 Н-м + 100 об/мин

Скорость = -(100 об/мин/Н-м) x 0,655 Н-м + 100 об/мин

Скорость = 65,5 об/мин + 100 об/мин = 34,5 об/мин

При потреблении 2 ампер тока и подъеме объекта массой 2,62 Н, электромотор будет вращаться со скоростью 34,5 об/мин при крутящей нагрузке 0,655 Н-м.

Несколько электромоторов

Если для выполнения задачи требуется больше мощности, чем может обеспечить один электромотор, у проектировщика есть три варианта действий:

1. 1. Изменить проектные требования таким образом, чтобы для выполнения задачи было достаточно меньшей мощности.
   2. Перейти на использование более мощного электромотора.
   3. Увеличить количество электромоторов.
    

Что произойдет при использовании в проекте нескольких электромоторов? Очень просто — крутящая нагрузка будет распределена между ними. При крутящем моменте 2 Н-м, каждый электромотор будет иметь крутящую нагрузку 1 Н-м и реагировать соответственно.

Это можно представить так, что электромоторы принимают на себя характеристики супер-мотора, при этом характеристики отдельных электромоторов суммируются. Суммируются значения предельного перегрузочного момента, тока заторможенного электромотора, свободного тока, при этом свободная скорость остается неизменной.

В таблице выше представлены спецификации 2-проводного электромотора VEX 393, а также спецификации при комбинировании двух электромоторов для выполнения одной задачи.

В примере выше, сколько электромоторов VEX 393 необходимо для стабильного удерживания объекта?

Крутящая нагрузка на электромоторы рассчитывается следующим образом:

Крутящая нагрузка = сила х расстояние = 22 Н х 0,25 м = 5,5 Н-м

Данную крутящую нагрузку можно сравнить с предельным перегрузочным моментом электромотора VEX 393 и определить требуемое количество.

5,5 Н-м / 1,67 Н-м = 3,29 электромоторов

Таким образом, для удержания руки в поднятом положении (пример выше) необходимо 4 электромотора.

Метод генерации постоянного тока | Tech

Электронное устройство работает от постоянного тока

Как правило, электронные устройства работают на постоянном токе. Это характерно для бытовой техники, такой как смартфоны, ПК, телевизоры, холодильники и кондиционеры, а также для автомобильных устройств и промышленных роботов, работающих на заводах. Однако не только эти электронные устройства работают при разных напряжениях, но и внутри одного электронного устройства необходимое напряжение варьируется в зависимости от схемы.Значит, необходимо не только преобразовать переменный ток розетки в постоянный, но и преобразовать его в необходимое напряжение и подать в цепь.

Кроме того, переменный ток изменяет напряжение со временем. Преобразование переменного тока в постоянный вызовет нестабильность цепи из-за колебаний напряжения, поэтому преобразование в стабильное напряжение становится важным.

Преобразование переменного тока в стабильный постоянный

Что ж, мы представляем, как получить стабильное напряжение постоянного тока.Чтобы преобразовать мощность переменного тока, поступающую из энергосистемы компании, в мощность постоянного тока, преобразуйте напряжение с помощью трансформатора, а затем преобразуйте переменный ток в постоянный ток с помощью схемы выпрямителя. Однако, поскольку выходной сигнал схемы выпрямителя имеет форму синусоидальной волны и есть колебания напряжения, необходимо дополнительно пропустить схему сглаживания, чтобы преобразовать ее в стабильный источник питания постоянного тока.

Основные шаги для получения стабильного напряжения постоянного тока показаны на рисунке. Однако получить полностью стабильное напряжение постоянного тока невозможно.Чтобы получить стабильное напряжение постоянного тока из коммерческого источника питания, требуются дополнительные действия, и есть два способа. Один — это линейный источник питания, а другой — импульсный.

Линейный источник питания

Первый — это линейный блок питания. Резистор используется для снятия и стабилизации избыточного напряжения путем сравнения нестабильного постоянного напряжения, извлекаемого из промышленного источника питания, с опорным напряжением. Хотя это можно реализовать дешево и просто, используя только резисторы, дополнительное напряжение выделяется в виде тепла, поэтому очень важно контролировать тепло в цепи.Кроме того, его нельзя использовать в термочувствительных цепях.

Импульсный источник питания

Другой — импульсный блок питания. Ширина импульса изменяется с помощью схемы переключения, высокочастотного трансформатора, схемы выпрямителя, схемы сглаживания без резистора при сравнении нестабильного постоянного напряжения, извлекаемого из промышленного источника питания, с опорным напряжением. Хотя выделение тепла можно подавить, не используя резистор, возникает шум, поэтому его необходимо удалить.Импульсные блоки питания отличаются низким энергопотреблением по сравнению с линейными блоками питания. Это источник энергии, изначально созданный НАСА в результате космических разработок. Космический корабль не может тратить энергию в космос, где трудно отдавать тепло. Он был разработан как источник энергии для использования энергии без отходящего тепла для спутников и космических кораблей, работающих в космосе.

Базовый линейный источник питания

Как было сказано в предыдущем абзаце, линейный источник питания — это метод выработки постоянного тока с одновременным снятием лишнего напряжения с источника переменного тока.Таким образом, вы можете получить только напряжение ниже оригинального. Линейные источники питания стабилизируются путем прохождения схемы управления после схемы сглаживания. В этой части он стабилизируется за счет высвобождения дополнительного текущего напряжения, которое не может быть уравновешено в сглаживающей схеме в виде тепла. В этой схеме есть два пути. Один представляет собой шунтирующий регулятор, а другой — последовательный регулятор.

Шунтирующий стабилизатор состоит из резистора (R1) и стабилитрона в качестве диода стабилизатора напряжения (ZD), включенных параллельно.Когда напряжение постоянного тока на выходе изменяется, шунтирующий регулятор сначала преобразует его в напряжение, которое должно выводиться через резистор, чтобы стабилизировать напряжение, и разбивает его на ток на выходе и избыточный ток. Избыточный ток течет к стабилитрону, где он расходуется в виде тепла. Когда входное напряжение колеблется, значение тока, выходящего из резистора, колеблется. Изменяя значение сопротивления диода постоянного напряжения, стабилизация достигается за счет того, что значение выходного тока остается постоянным.

С другой стороны, в последовательном регуляторе ток протекает через транзистор (Tr), который является элементом преобразования энергии. Колеблющееся напряжение изменяется постоянным напряжением в этом транзисторе. Он называется последовательным стабилизатором, потому что транзистор последовательно подключен к выходной стороне. В этом случае требуется опорное напряжение, чтобы транзистор колебался, чтобы поддерживать постоянное напряжение. Следовательно, схема управления подключена параллельно транзистору, который имеет ту же конфигурацию схемы, что и шунтирующий стабилизатор, как вы можете видеть на рисунке.Разница в том, что это просто транзистор, который стабилизирует напряжение путем выделения тепла.

Регуляторы серии

имеют преимущество в более низком уровне шума, пульсаций и стабильности по сравнению с шунтирующими регуляторами. В любом случае линейный источник питания имеет простую конфигурацию схемы и имеет недостаток в виде выделения тепла, но он может недорого производить напряжение постоянного тока.

Основы импульсного источника питания

Импульсный источник питания был разработан для решения проблемы, заключающейся в том, что конструкция была простой, но при этом выделялся большой нагрев по сравнению с линейным источником питания.В структуре импульсного источника питания используется электромагнитная индукция с помощью трансформатора (две катушки), который преобразует напряжение в частоту выше, чем у промышленного источника питания. Это делается путем подачи импульсов тока путем замыкания и размыкания цепи переключателем (S).

Есть два способа сделать этот импульс: ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и ЧИМ (частотно-импульсная модуляция). ШИМ — это метод управления путем изменения ширины импульса в соответствии с величиной постоянного напряжения при сохранении постоянной частоты.Хотя пульсации меньше, чем выходное напряжение, потребление энергии увеличивается. Также он отличается высокой отзывчивостью к нагрузке.

С другой стороны, потребление энергии может быть ниже на низких частотах, и PFM может быть выгодным, но когда реакция на колебания нагрузки медленная, пульсации будут больше. Эти характеристики обычно оцениваются, и ШИМ в основном используется в импульсных источниках питания, но ШИМ используется при небольшой нагрузке. Ну, есть два типа импульсных источников питания: управление неизолированным прерывателем и управление изолированным трансформатором.Управление прерывателем сначала преобразует нестабильное напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока (высокой частоты) от нескольких десятков кГц до нескольких МГц, что является частотой, намного превышающей коммерческое напряжение переменного тока. С момента отключения питания он получил название «управление чоппером».

При управлении чоппером как повышение, так и понижение поддерживаются за счет использования характеристик дроссельной катушки (за счет самоиндукции), а затем стабильное напряжение постоянного тока получается за счет включения схемы управления и схемы сглаживания.

С другой стороны, при управлении трансформатором взаимная индукция высокочастотного трансформатора играет ту же роль, что и дроссельная катушка системы прерывателя.

Соответствующие технические знания

Рекомендуемые товары

Продукты

Matsusada могут использоваться во всех типах аккумуляторных батарей и конденсаторов для разработки, оценки и тестирования.

Справка (японский сайт)

Методы постоянного тока — обзор

4.02.3.5 Вакуумная дуга постоянного тока

Существует два основных технических подхода к устройствам вакуумно-дугового напыления: постоянный ток постоянного тока и импульсное напыление. Метод постоянного тока из-за своей простоты и масштабируемости является наиболее распространенным промышленным методом. Обычно ток дуги находится в диапазоне 40–150 А. Увеличение скорости наплавки и масштабирование выполняются простым способом путем увеличения постоянного тока до более высоких значений. Ограничивающая проблема — охлаждение. С другой стороны, импульсное осаждение обеспечивает некоторые преимущества, такие как стадия более высокого заряда ионов и более низкая эмиссия частиц.Импульсная дуга вполне подходит для нанесения углеродных покрытий и создания простых фильтрованных источников дуги. Далее источники вакуумной дуги постоянного тока описываются отдельно более подробно.

Вакуумная дуговая система постоянного тока состоит из охлаждаемого катода и кольцевого анода. Также имеется отдельное пусковое устройство. Базовая установка показана на рисунке 18 ( 26 ). Обычно система цилиндрически симметрична.

Рисунок 18. Базовая установка источника катодно-дуговой плазмы постоянного тока.

Механический пусковой механизм обычно используется в системах с вакуумной дугой постоянного тока. Подпружиненный электродный стержень прижимается к катоду, вызывая искру, которая вызывает дугу. Часто система постоянного тока оптимизируется, чтобы быть достаточно стабильной с меньшей потребностью в срабатывании. Таким образом, механический спусковой крючок мог иметь достаточно длительный срок службы. Приварка пускового электрода к катоду и загрязнения с пускового электрода — две возможные проблемы, связанные с механическим пусковым механизмом.Часто используются спусковые стержни из тугоплавкого металла.

Дуга зажигается либо высоковольтным импульсом с использованием поверхностной проводимости между катодом и запальным электродом, либо с помощью пускового электрода, механически приводимого в контакт с катодом. Был разработан ряд различных геометрических форм для создания катода с охлаждением и для изоляции катода от анода и пускового электрода. Часто конструкции описывались в патентах, начиная с 1971 года Snaper.

Катушка магнитного поля часто включается в конструкцию, которая обеспечивает несколько эффектов, включая управление катодным пятном и усиление ионизации плазмы, а также энергию ионов за счет градиента магнитного поля. Без внешнего магнитного поля этот процесс называется «случайной дугой», где положение дуги зависит от геометрии и локальных пространственных и временных условий катода и всей системы. Система проста в сборке, но катод может изнашиваться довольно неравномерно.Кроме того, пятно могло двигаться медленно, что приводило к локальному нагреву катода до такой степени, что он испарял нейтральные катодные атомы за счет ионизации. Такой процесс лежит в основе концепции вакуумно-дугового испарения.

Управляя движением катодного пятна, можно более равномерно изнашивать катод, а за счет более быстрого движения катодных пятен ограничивается локальный нагрев катода. Движением можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, и этот процесс называется «управляемая дуга».

Движение катодного пятна только виртуальное; вместо этого движется место зажигания последовательных отдельных точек дуги. Управление дугой может осуществляться с помощью магнитных или электрических полей. Управление магнитным полем регулируется двумя разными правилами: (1) правилом ретроградного движения и (2) правилом острого угла.

Ретроградное движение означает, что катодное пятно движется в направлении, противоположном силе Ампера — B × j , которая была введена в разделе 4.02.3.3. Правило острого угла означает, что пятно движется в направлении наклона силовой линии магнитного поля относительно нормали к поверхности катода. Применение этих правил используется для направления пятна дуги к желаемому местоположению катода, а также для увеличения скорости движения пятна.

Обычным средством управления дугой является наличие магнитной катушки вокруг катода или позади него. При использовании цилиндрического катода или катода с затупленным конусом силовые линии магнитного поля перемещают катодное пятно к концу катода в соответствии с правилом острого угла (см. Рисунок 19).Это помогает перемещать пятно от места расположения электрода зажигания к месту, более благоприятному для процесса осаждения. Часто такая геометрия катода применяется в фильтрованных дугах. Другая конструкция заключается в создании дугообразной силовой линии, в которой силовые линии параллельны поверхности катода, как в мишенях для магнетронного распыления. Правило острого угла удерживает катодные пятна на траектории гоночного трека, обычно наблюдаемой при магнетронном распылении.

Рис. 19. (a) Силовые линии магнитного поля через конический катод и (b) дугообразные силовые линии магнитного поля.

По Андерсу, А. Катодные дуги: от фрактальных пятен к энергетическим конденсациям. В Атомная, оптическая и плазменная физика ; Springer: Нью-Йорк, 2010; Vol. 50.

Постоянные магниты также могут использоваться для управления дугой. Есть примеры, когда постоянный магнит помещается за катодом и вращается для обеспечения более равномерного износа катода, как показано на Рисунке 20 ( 27 ).

Рис. 20. Управление пятном дуги с помощью вращающегося постоянного магнита, расположенного за катодом.

Воспроизведено из Ramalingam et al. Контроль работы вакуумно-дугового материала, метода и аппаратуры. Патент США, 4 673 477, 1987. Подробную информацию о рисунке см. В ссылке на исходную строку.

Геометрия цилиндрического вращающегося катода была разработана специально для высококлассного процесса осаждения. Постоянный магнит можно механически перемещать внутри охлаждающего канала стержня с полым катодом.

В случае длинных цилиндрических катодных стержней интересная конфигурация управления дугой достигается за счет направления постоянного тока.Пятно имеет тенденцию воспламеняться в месте с наименьшим потенциалом. Таким образом, дуга перемещается в направлении более отрицательной стороны электрода. Если движение пятна обнаруживается датчиком, полярность напряжения рулевого управления может быть изменена, и движение пятна меняется на противоположное (см. Рисунок 21) ( 28 ).

Рис. 21. Дуговое осаждение с помощью катодных стержней (14), снабженных переключаемой разностью потенциалов (60) между концами катодных стержней, управляющих движением дуги, и датчиками дугового пятна (28,29).Vergasol, G.E. Устройство для электродугового осаждения из паровой фазы. Патент США 5,037,522, 1991. Для получения подробной информации о рисунке см. Ссылку на исходную строку.

Некоторые катодные материалы требуют особых условий и конструкции. Полупроводниковые материалы, такие как бор, можно использовать только при достаточно высокой проводимости. Этого можно добиться, нагревая катод.

линий передачи постоянного тока

линий передачи постоянного тока

Райан Хамерли

22 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Фиг.1: Спрос на электрическое освещение был главный фактор в расширении электрического покрытия в начало 20 века. (Источник: Викимедиа Commons)

В 2008 году население Земли потребляло энергию на средняя мощность 15 тераватт (т.е. 1,5 × 10 ¹³ Вт) общий. В один день мы потребляем 40 миллионов энергии, эквивалентных тонн угля или, что то же самое, 30 000 десятикилотонных атомных бомб. А также потому что большинство потребителей не хотят жить рядом с электростанцией или нефтяная вышка, передача этой энергии конечному пользователю является особенно важный вызов.

На протяжении большей части истории энергия собиралась локально, прежде всего в виде дерева. Переход от дерева к угольная энергия была одной из основных причин промышленной революции, и действительно, некоторые ученые утверждали, что обилие дров и угля в Соединенных Штатах и ​​Великобритании сыграли доминирующую роль в росте экономики этих стран в этот период. Но уголь, нефть, газ и древесина — не очень удобный источник энергии. Чтобы преобразовать их в механическую работу нужен двигатель внутреннего сгорания, который вдобавок создавать много шума и избавляться от неприятных запахов, создает очень реальная угроза безопасности дома или на рабочем месте.Чтобы преобразовать их в свет, нужна масляная лампа, что очень неэффективно источник света и печально известная опасность пожара. Действительно, практически для любой энергии применение помимо отопления, топливо — очень обременительный способ потребления энергия.

Электричество хорошо заполняет эту нишу. Изобретение двигатель переменного тока и лампа накаливания позволили электричеству используются для обеспечения как освещения, так и механических работ тысячам конечные пользователи без опасностей и неэффективности, связанных с сжиганием топливо.[1,2] Производство электроэнергии может быть централизовано для выработки электроэнергии. заводах, где эффект масштаба позволяет производить гораздо больше эффективнее, чем в индивидуальном домашнем хозяйстве или на рабочем месте, и передается конечным пользователям по электрическим кабелям.

Трансмиссия переменного тока

Есть два разных подхода к электрическому передача: постоянный ток (DC, предложенный Эдисоном) и переменный Ток (переменный ток, предложенный Tesla). Постоянный ток работает, применяя постоянное электрическое напряжение, от которого большинство устройств будет получать постоянное электрический ток.Батареи — распространенный источник постоянного тока, и большинству современной электроники для работы требуется постоянный ток. В схема переменного тока, напряжение колеблется в зависимости от время — обычно с частотой 50 или 60 Гц.

Рис.2: Схема электрического линия передачи, разбитая на дискретные сегменты. в предел континуума, L и C заменяются проводимостью и емкость на единицу длины.

Оба вида электричества одинаково способны питание лампочек, электродвигателей и большинства типов приборов. Что делает переменный ток лучше точки передачи электроэнергии зрения заключается в том, что из-за принципа магнитной индукции он очень легко и дешево поднять или понизить напряжение с помощью трансформатор с железным сердечником. Поскольку мощность, рассеиваемая в коробке передач линия масштабируется как квадрат тока, а поскольку увеличение напряжение с помощью трансформатора снижает ток, можно резко снизить потери за счет использования высоковольтной передачи электроэнергии.Принцип магнитной индукции работает только для переменного тока, и это причина того, что в прошлом веке почти вся коммерческая электроэнергия был произведен и передан через переменный ток.

Электрический кабель можно смоделировать как передачу линия, или, что то же самое, бесконечная цепочка конденсаторов и катушек индуктивности, как показано на рисунке, где C и L относятся к емкости, а индуктивность на единицу длины. Уравнения Кирхгофа дают:

Переходя к континуальному пределу, находим волновые решения переменного тока формы

где

— скорость распространения волны и характеристика сопротивление.(Напряжение и ток являются действительными величинами. система линейна, действительная часть комплексного решения — это решение сам). Мощность, передаваемая по линии в любой заданной точке это

Рис. 3: Основные компоненты постоянного тока система электропередачи. Реалистичные системы также могут включить заземляющий провод, соединяющий выпрямитель и инвертор, что позволяет устройству работать на половинной мощности, если одно из кабели повреждены.

Напряжение ограничено пробивной прочностью диэлектрическая среда (воздух около 3 МВ / м). Это принципиально ограничивает мощность, которая может передаваться по любому проводу. Результат независимый частоты колебаний, из чего можно сделать вывод, что то же ограничение должно ограничивать кабели постоянного тока, а также кабели переменного тока.

Есть еще одно чуть более тонкое ограничение Мощность и эффективность передачи переменного тока — скин-эффект .Этот эффект, уникальный для систем переменного тока, предотвращает протекание тока в внутренность токопроводящих кабелей. Эффект более выражен выше частота, поэтому кабели постоянного тока не страдают от этого ограничения. Как правило, скин-эффект ограничивает практический диаметр кабеля до 3 сантиметры. Более тонкие кабели передают электроэнергию менее эффективно, чем толстые кабели, и, как следствие, скин-эффект отрицательно сказывается на КПД линии электропередачи.

Обзор передачи постоянного тока

Direct Current предлагает альтернативу обычная передача переменного тока, которая устраняет многие дефекты переменного тока.Должно не следует рассматривать как замену для трансмиссии переменного тока, которая в большинство контекстов работает нормально, но скорее как альтернатива для конкретные приложения, в которых линии переменного тока непрактичны или дороги. К таким приложениям относятся:

1. Соединения несинхронизированных электрических сетей,
2. Подземные или подводные соединения на расстоянии более 50 км длина,
Наземные соединения протяженностью более 800 км,

Соединения над регионами, где стоимость земли доминирующий фактор.[3,4]

Система передачи постоянного тока обычно состоит из трех частей. Электроэнергия поступает в систему в виде переменного тока — генерируемого, например, на местной электросети станции, преобразуется в высоковольтный переменный ток с использованием стандартного переменного тока. трансформаторы и преобразованы в мощность постоянного тока с помощью упомянутой цепи как выпрямитель . Затем электроэнергия передается вниз. силовые кабели постоянного тока и преобразованные обратно в переменный ток посредством инвертора .Стоит отметить, что пока ток, протекающий по проводам, является постоянным, как на входе, так и на выходе система переменного тока, поэтому кабели постоянного тока могут быть легко интегрированы в существующие электрические сети переменного тока. [3]

Системы постоянного тока выгодны для нескольких причины. Во-первых, они могут передавать немного больше мощности по кабелю, так как по сравнению с системами переменного тока эквивалентного напряжения. Во-вторых, контроль над схемы выпрямителя и инвертора позволяют легко синхронизировать ввод и вывод передачи в соответствующие электрические сети.В Кроме того, цепи постоянного тока часто могут работать на частичной мощности, даже если одна из линий не работает. Однако во многих случаях эти преимущества необходимо сопоставить с возросшими затратами на преобразование переменного тока в постоянный. оборудование.

Первая современная линия электропередачи постоянного тока была подводный кабель, соединяющий остров Готланд со Швецией в 1954 году. ток генерировался с помощью ртутных дуговых клапанов, технологии, которая поскольку были в значительной степени заменены твердотельными тиристорами. [5]

Фиг.5: Вверху: три источника переменного напряжения. К срабатывание тиристоров на временах t 1 , t 2 и t 3 выпрямитель производит выход, соответствующий максимальному напряжению всех трех источников. Внизу: упрощенная схема 6-пульсного моста преобразователя. Устройство преобразует 3-полюсный источник переменного тока в выход постоянного тока. Цвета соответствуют напряжениям, указанным наверху. панель.

Преобразование переменного тока в постоянное

Основным техническим препятствием передачи постоянного тока является то, что преобразования переменного тока в постоянный и наоборот, чтобы Линия электропередачи может сопрягаться с существующими электрическими сетями.В настоящее время, это осуществляется с помощью схем, называемых выпрямителями , и Инверторы , в которых используется высоковольтный триггерный диод, называемый тиристор .

Тиристор состоит из четырех чередующихся слоев Полупроводники N- и P-типа. Работает как диод с триггером; до того, как устройство сработает, оно не будет проводить, но после будет проводить электричество, пока остается тиристор смещен в прямом направлении. Как только прямое смещение будет снято, устройство остановится. проведение и может возобновиться только при последующем срабатывании.

Простейший преобразователь переменного тока в постоянный состоял бы из одиночный тиристор, индуктор и источник переменного тока. Тиристор срабатывает в середине цикла и проводит ток в течение доля периода. Однако, будучи диодом, он перестает проводить, когда напряжение указывает в другую сторону и ждет остатка период перед повторным срабатыванием. Таким образом, тиристор действует в так же, как и типичный диод. Результирующее напряжение далеко от Идеальный источник постоянного тока, представляет собой периодическую серию положительных импульсов.Тем не мение, в отличие от случая переменного тока, все импульсы имеют одинаковую полярность. К правильно комбинируя вместе импульсы от разных источников переменного тока, мы можем сгладить неровный сигнал и создать гораздо более подходящий DC выход.

Это можно сделать с помощью трех синхронизированных источников переменного тока, колеблющиеся на 120 градусов не совпадающие по фазе друг с другом. Вместо один тиристор, в каждом из них задействовано шесть блоков, каждый из которых срабатывает один раз цикл. Возьмите положительный полюс преобразователя, показанного на рис. 5. При время t ₁ , срабатывает первый тиристор и течет ток через первую линию переменного тока.Треть периода спустя, время от времени t ₂ , срабатывает второй тиристор, а так как в этот момент потенциал на второй линии превышает потенциал на первой линии, первый тиристор имеет отрицательное смещение и отключается. Треть периода позже срабатывает третий тиристор, третья линия выдает последний треть мощности постоянного тока для цикла, и цикл повторяется. Похожий шаблон повторения можно проследить для отрицательного полюса. В напряжения на этих полюсах по-прежнему неоднородны, но, тем не менее, это схема, называемая мостом преобразователя с 6 импульсами , обеспечивает гораздо больше постоянный источник питания постоянного тока по сравнению с однотиристорной моделью, описанной выше.[3]

Коммерческие системы передачи постоянного тока работают еще лучше чем это, используя 12-пульсный мост преобразователя, который сглаживает сигнал даже больше; и устранить любые оставшиеся колебания в линии, выпрямители устанавливают полосовые фильтры на обоих концах переменного и постоянного тока. схема. Применяя аналогичную схему, можно использовать тиристоры для преобразования Питание постоянного тока обратно в переменное, то есть для выполнения функции преобразователя . [3]

Фиг.6: Разработка тиристоров и IGBT Технология. [8]

Ранние линии электропередачи постоянного тока основывались на ртутной дуге клапаны, но к 1970-м тиристоры захватили рынок. [3] За последние 20 лет энергетические компании продвигали состояние искусство тиристорной техники, увеличивающее мощность устройства более чем вдвое пропускной способности и увеличения его напряжения на 50%. Дальнейшие достижения, такие как преобразователи с источником напряжения (VSC) и биполярные устройства с изолированным затвором Транзисторы (IGBT) вскоре могут создавать менее масштабные схемы передачи постоянного тока экономичный.С такими достижениями в базовой технологии будущее передачи электроэнергии постоянного тока.

Экономика

Стоимость схемы высоковольтной передачи зависит от четырех основных факторов: стоимости трансформаторов, стоимость кабелей и опор, стоимость земли, над которой проходят линии ложь, и стоимость потерь из-за омического нагрева в ЛЭП. [6] Что касается первого подсчета, победа AC безоговорочно. В отличие от дешевого железного сердечника силовые трансформаторы, выпрямители переменного тока в постоянный чрезвычайно дороги.[7] Однако цена трансформаторов не зависит от длина провода, поэтому, если линии постоянного тока окажутся дешевле или дороже эффективнее, чем линии переменного тока, тогда будет некоторая точка безубыточности за пределами которого DC становится лучшим вариантом.

DC — повышенная эффективность для особо крупных Проекты проистекают из того факта, что напряжение на проводе постоянного тока постоянно. Эта константа, V _max , связана с различными инженерными проблемами. а также геометрия конфигурации линии электропередачи и электрического пробивная сила воздуха.Подобные ограничения устанавливают размер проводов переменного тока, и в результате трехпроводная опора на 500 кВ переменного тока примерно в 1,5 раза больше в виде 2-х кабельной опоры постоянного тока 500 кВ. [4] Это дает примерно 30% экономии. в линейных расходах. Но для очень длинных линий стабильность системы ограничения ставят AC в дополнительное неудобство; кроме того, средний коммутационные станции обычно требуются для междугородных линий переменного тока, дальнейшее увеличение затрат. Из этих фактов мы приходим к общему вывод о том, что линия постоянного тока может передавать как минимум в два раза больше энергии, чем линия переменного тока. линия того же напряжения.[8]

Как показано на рис. 7, это означает, что линия питания постоянного тока будет значительно меньше, чем его эквивалент переменного тока, примерно на фактор два. Поскольку для переменного и постоянного тока используются примерно одинаковые типы кабелей, это приводит к снижению производственных затрат и уменьшению затрат на мачту. [6] В Кроме того, значительно уменьшается необходимый дорожный просвет. В регионы, где земля дорогая и правила строгие, получение прилегающая полоса земли может быть такой же сложной задачей, как и возведение сами линии — а DC в этом плане дешевле на 40-50 \%.ОКРУГ КОЛУМБИЯ был выбран в проекте Риханд-Дели (Индия) и Квинсленд проекта (Австралия) в части башни были более компактными. [5]

Рис.7: Три конфигурации высокого напряжения мощностью 2 ГВт. Необходимый зазор для линии постоянного тока составляет несколько меньше, чем требуется для эквивалентов переменного тока. [4]

Кроме того, DC получает выгоду от снижения линейных потерь за счет омического нагрева.Без сомнения, это частично связано с тем, что что линии постоянного тока не испытывают скин-эффекта, что позволяет изготавливать кабели толще, чтобы уменьшить сопротивление лески. Действительно, высоковольтный постоянный ток линии обычно имеют уровень потерь около 3% по сравнению с 6% ставка для линий переменного тока. Однако, за исключением самых длинных строк, где уровень потерь значительно превышает этот показатель, затраты из-за неэффективность — это лишь второстепенный фактор в экономике линий электропередач. [8]

Надежность будет играть дополнительную роль в дебаты.Возможно (хотя и нежелательно), чтобы система постоянного тока работала при половинной мощности в случае выхода из строя одного из кабелей или трансформаторов. Это достигается путем прокладки заземляющего провода (который не нужно изолировать) вдоль силовые провода и использование земли для передачи энергии от сохранившаяся силовая линия для образования замкнутой цепи на половине исходное напряжение. В качестве альтернативы можно отказаться от этого дополнительного провода. вместе и просто проведите цепь через землю в в случае сбоя.Однако эти преимущества необходимо сбалансировать. на фоне того, что тиристорные трансформаторы обычно меньше надежнее традиционных трансформаторов переменного тока, из-за которых системы постоянного тока менее надежный.

Рис.8: Зависимость расстояния безубыточности напряжения. [4,5]

Итого, в то время как фиксированная стоимость передачи постоянного тока для трансформаторных станций, намного больше, чем фиксированная стоимость для переменного тока передачи, стоимость километра для линий постоянного тока значительно меньше.Следовательно, существует длина линии безубыточности, за которой DC становится более дешевый выбор. Для наземных кабелей длина безубыточности указана на порядка 800 км. Для подводных кабелей он намного короче — обычно около 50 км, потому что переменный ток быстро рассеивается под водой. [9]

Приложения

Поскольку HVDC не работает даже на очень длинных линиях, он нашел нишу, соединяющую большие электрические сети с изолированной мощностью станции. Многие источники энергии, особенно возобновляемые, сосредоточены в регионах, где мало или совсем нет населения.Транспортировка этой энергии в населенные пункты требует длительного, высоковольтные линии часто превышают 1000 км. Оффшорные ветряные электростанции обеспечивают один такой пример, и действительно первый такой объект, построенный в Великобритания была связана с островом высоковольтным кабелем постоянного тока длиной 26 км. [9] В гораздо большем масштабе более трети из 22 ГВт, произведенных Плотина Три ущелья в Китае транспортируется в Восточный и Южный Китай по дороге. кабелей постоянного тока 500 кВ. [10]

По тем же причинам высоковольтный постоянный ток может недорогая энергия для изолированных потребителей электроэнергии по всему миру.Для например, острова на юго-востоке Аляски, отдаленные районы на севере Канада и горнодобывающие сообщества в Западной Австралии в настоящее время зависят от местные генераторы, работающие на мазуте, вырабатывают электроэнергию. Высоковольтный постоянный ток линии, особенно разработанные с использованием новой технологии VSC, могут сделать экономичным подключение этих изолированных центров нагрузки к основной сетка. [3]

Рис. 9: эскимосов на островах Аляски могут однажды положитесь на электричество постоянного тока, чтобы обогреть свои иглу.(Источник: Викимедиа Commons)

И Европа, и Северная Америка объединены числом различных электрических сетей. Не все эти сети работают синхронно, и в частности, в Европе они часто не работают на той же частоте или. Так называемые соединители постоянного тока «спина к спине» — соединители, которые включать в себя выпрямитель и инвертор с умеренным напряжением, но чья передача линия настолько короткая, что ею можно пренебречь — может быть построена для соединения этих сети, позволяющие энергокомпаниям поставлять необходимую электроэнергию в регионы с особенно высоким спросом, для арбитража цены на электроэнергию колебания, а также для предотвращения отключения электроэнергии.Такие бизнес-стратегии невозможно с традиционными подключениями переменного тока, так как подключение двух Несинфазные электрические сети могут легко привести к перегрузкам и отключениям. С другой стороны, соединительный разъем постоянного тока может быть тривиальным синхронизируется с сетями, которые он подключает.

Заключение

В то время как переменный ток преобладал в силе линии в течение столетия, твердотельные тиристоры сделали постоянный ток жизнеспособная альтернатива при определенных обстоятельствах. Хотя вряд ли заменить переменный ток как доминирующую форму электроэнергии, это стал экономичнее переменного тока для ВЛ протяженностью более 800 км. и подводные или подземные линии протяженностью более 50 км, что делает DC идеальным выбор для особо длинных подключений и подключений к изолированному источнику питания заводы и потребители.Более того, прямые соединения постоянного тока позволяют присоединение асинхронных электрических сетей с повышением цены стабильность и защита от отключений.

© Райан Хамерли. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] Н. Тесла, «Электродвигатель», Патент №416194 (1889 г.).

[2] T. Edison, Improvement in Electric Фары , Патент № 214636 (1879).

[3] Дж. Кокрейн и Р. Хаут, «HVDC Power Трансмиссия »в энциклопедии электротехники и электроники Wiley, . Инженерное дело (Wiley, 2001).

[4] П. Хартли, «HVDC Передача: часть энергетического решения? », Джеймс А. Бейкер III. Институт государственной политики, Университет Райса, май 2003 г.

[5] Р. Рудерваль, Дж. П. Шарпантье и Р.Шарма, «Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) Системы передачи, Energy Week 2000, Вашингтон, округ Колумбия, 7-8 марта. 2000.

[6] М. П. Бахрман и Б. К. Джонсон, «Азбука Технологии передачи HVDC, журнал IEEE Power and Energy 5 , № 2 (2007).

[7] М. Рабинович, «Энергетические системы будущего. 4», Мощность англ. Ред. 20 , № 8, 4 (2000).

[8] М. П. Бахрман, «Обзор передачи HVDC», в Proc. Конференция и выставка IEEE Power Systems 2006 (IEEE, 2006), стр.18.

[9] P. Bresesti et al. , «Подключение HVDC Морские ветряные фермы в систему передачи, IEEE Trans. On Energy Преобразование 22 , 37 (2007).

[10] Х. Го, «Опрос электросети Трех ущелий (TGPG), Proc. 2000 IEEE Power Eng. Soc. Зимнее собрание 1 , 3 (2000).

методов измерения сопротивления | Экологическая геофизика

Введение

Измерение удельного электрического сопротивления поверхности основано на принципе что распределение электрического потенциала в земле вокруг токоведущий электрод зависит от электрического удельные сопротивления и распределение окружающих почв и горные породы.Обычной практикой в ​​этой области является применение электрический постоянный ток (DC) между двумя электродами, имплантированными в землю и измерить разность потенциалов между двумя дополнительные электроды, не пропускающие ток. Обычно потенциальные электроды находятся на одной линии между токовыми электродами, но в принципе они могут располагаться где угодно. Электрический ток используется либо постоянный ток, либо коммутируемый постоянный ток (т. е. прямоугольный переменный ток) или переменный ток низкой частоты (обычно около 20 Гц).Весь анализ и интерпретация выполняются на основа постоянных токов. Распределение потенциала может теоретически связаны с удельным сопротивлением грунта и их распределение для некоторых простых случаев, в частности, случай горизонтально-слоистый грунт и случай однородных масс разделены вертикальными плоскостями (например, вертикальный разлом с большим бросок или вертикальная дамба). Для других видов удельного сопротивления распределений, интерпретация обычно выполняется качественными сравнение наблюдаемого ответа с идеализированным гипотетическим модели или на основе эмпирических методов.

Минеральные зерна, состоящие из почв и горных пород, по существу непроводящий, за исключением некоторых экзотических материалов, таких как металлический руды, поэтому сопротивление грунтов и горных пород регулируется в первую очередь по количеству поровой воды, ее удельному сопротивлению и расположению пор. Поскольку различия литологии сопровождаемые перепадами удельного сопротивления, измерения удельного сопротивления могут быть полезным при обнаружении тел из аномальных материалов или в оценка глубины поверхности коренных пород.В грубом виде, зернистые почвы, поверхность грунтовых вод обычно отмечается резкое изменение водонасыщенности и, следовательно, изменение удельное сопротивление. Однако в мелкозернистых почвах может не быть такое изменение удельного сопротивления, совпадающее с пьезометрическим поверхность. Как правило, поскольку удельное сопротивление почвы или породы контролируется в первую очередь состоянием поровой воды, есть широкий диапазон удельного сопротивления для любого конкретного типа почвы или породы, и значения удельного сопротивления не могут быть напрямую интерпретированы с точки зрения тип почвы или литология.Однако обычно зоны отличительное удельное сопротивление может быть связано с конкретной почвой или горные породы на основе информации о месторождении или буровой скважине, и измерения удельного сопротивления могут быть выгодно использованы для расширения месторождения исследования в областях с очень ограниченными или несуществующими данные. Кроме того, измерения удельного сопротивления могут использоваться в качестве метод разведки, чтобы обнаружить аномалии, которые могут быть исследованы дополнительными геофизическими методами и / или бурением дыры.

Метод электрического сопротивления имеет некоторые присущие ограничения, влияющие на разрешение и точность, которые можно ожидать от него. Как и все методы, использующие измерения потенциального поля, значение измерения, полученное при любом местоположение представляет собой средневзвешенное значение эффектов, произведенных за большой объем материала, при этом соседние части вносят свой вклад очень сильно. Это приводит к плавным кривым, которые не поддаются интерпретации с высоким разрешением. Еще одна общая черта всех методов геофизики потенциальных полей. заключается в том, что определенное распределение потенциала на земле поверхность обычно не имеет однозначной интерпретации. Хотя эти ограничения следует признать, неединственность или неоднозначность метода сопротивления едва ли меньше, чем с другие геофизические методы. По этим причинам это всегда рекомендуется использовать несколько дополнительных геофизических методов в комплексной программе геологоразведки, а не полагаться на единый метод разведки.

Теория

Данные измерений удельного сопротивления обычно представлены и интерпретируются в виде значений очевидных удельное сопротивление ρ _a . Кажущееся удельное сопротивление определяется как удельное сопротивление электрически однородного и изотропного полупространства, которое дают измеренное соотношение между приложенным током и разность потенциалов для конкретного расположения и расстояния между электроды.Уравнение, определяющее кажущееся сопротивление в условия приложенного тока, распределения потенциала и расположение электродов может быть достигнуто путем осмотра распределения потенциала за счет одиночного тока электрод. Влияние пары электродов (или любой другой комбинация) можно найти суперпозицией. Рассмотрим сингл точечный электрод, расположенный на границе полубесконечного, электрически однородная среда, представляющая фиктивную однородная земля.Если электрод пропускает ток I, измеряется в амперах (а), потенциал в любой точке среды или на границе дает:

(1)

где

U = потенциал, в В,

ρ = удельное сопротивление среды,

r = расстояние от электрода.

Математическая демонстрация вывода уравнения можно найти в учебниках по геофизике, например в учебниках Келлера и Фришкнехт (1966).

Для пары электродов с током I на электроде A и -I при электрод B (рисунок 1), потенциал в точке задается алгебраическая сумма индивидуальных взносов:

(2)

где

r _A и r _B = расстояния от точки до электроды A и B

На рисунке 1 показано электрическое поле вокруг двух электродов. с точки зрения эквипотенциальных и токовых линий.В эквипотенциалы представляют собой оболочки изображений или чаши, окружающие токовые электроды, и на любом из которых электрические потенциал везде одинаков. Текущие строки представляют собой выборка бесконечного множества путей, по которым идет ток, пути, которые определяются условием, что они должны быть везде нормально к эквипотенциальным поверхностям.

Рисунок 1.Эквипотенциальные и токовые линии для пары токовые электроды A и B на однородном полупространстве.

Помимо токовых электродов A и B, На рисунке 1 изображена пара электродов M и N, на которых нет ток, но между которыми разность потенциалов V может быть измеряется. Следуя предыдущему уравнению, потенциал разница В может быть письменный

(3)

где

U _M и U _N = потенциалы при M и Н,

AM = расстояние между электродами A и М и др.

Эти расстояния всегда актуальны. расстояния между соответствующими электродами, независимо от того, лежать на линии. Количество в скобках — это функция только различное расстояние между электродами. Количество обозначается 1/ K , что позволяет переписать уравнение как:

(4)

где

K = геометрический фактор массива.

Уравнение 58 может быть решено для ρ получить:

(5)

Удельное сопротивление среды можно найти по измеренным значениям В , I и K , геометрический фактор. K — это функция только геометрии расположения электродов.

Кажущееся сопротивление

Везде, где эти измерения производятся на реальная неоднородная земля, в отличие от вымышленной однородного полупространства символ ρ заменяется на ρ _a для кажущееся сопротивление. Проблема измерения удельного сопротивления заключается в следующем: сводится к его сути, использование значений кажущегося сопротивления из полевые наблюдения в разных местах и ​​с разными электродами конфигураций для оценки истинных сопротивлений нескольких земляные материалы, присутствующие на участке, и для определения их границ пространственно ниже поверхности сайта.

Массив электродов с постоянный интервал используется для исследования боковых изменений видимых удельное сопротивление, отражающее латеральную геологическую изменчивость или локализованное аномальные особенности. Для исследования изменений удельного сопротивления с глубиной размер электродной решетки варьируется. В кажущееся удельное сопротивление зависит от материала во все большей степени. большая глубина (следовательно, больший объем), поскольку расстояние между электродами повысился.Из-за этого эффекта график очевидного сопротивление относительно расстояния между электродами может использоваться для указания вертикальные вариации удельного сопротивления.

Типы электродных решеток, которые наиболее обычно используются (Schlumberger, Wenner и диполь-диполь): показано на рисунке 2. Есть другие электроды конфигурации, которые используются экспериментально или для негеотехнических проблемы или сегодня не пользуются большой популярностью.Что-нибудь из этого включают Ли, полушлюмберже, полярный диполь, бипольный диполь, и градиентные массивы. В любом случае геометрический фактор для любая четырехэлектродная система может быть найдена из уравнения 3 и может быть разработан для более сложных систем с использованием правила проиллюстрировано уравнением 2. Это также можно увидеть из уравнения 58, что токовые и потенциальные электроды можно менять местами. не влияя на результаты; это свойство называется взаимность.

Массив Шлюмберже

Для этого массива (рисунок 2а) в пределе как a стремится к нулю, величина V / a приближается к значению градиента потенциала в середине массива. На практике чувствительность инструменты ограничивают соотношение с к a и обычно удерживает его в пределах от 3 до 30.Поэтому типичной практикой является использование конечного расстояние между электродами и уравнение 2 для вычисления геометрического фактора (Келлер и Фришкнехт, 1966). Кажущееся сопротивление (r) составляет:

(6)

При обычных полевых операциях внутреннее (потенциальные) электроды остаются неподвижными, а внешние (токовые) электроды регулируются, чтобы варьировать расстояние s . Расстояние a составляет настраивается при необходимости из-за снижения чувствительности измерение. Расстояние a должно никогда не быть больше 0,4 с или Предположение о потенциальном градиенте больше не действует. Также, интервал иногда можно отрегулировать с помощью с поддерживается постоянным для обнаружения присутствия локальных неоднородности или боковые изменения в окрестности потенциальные электроды.

Массив Веннера

Этот массив (рисунок 2b) состоит из четырех электроды в линию, разделенные равными интервалами, обозначенные а . Применяя уравнение 2, пользователь обнаружит, что геометрический коэффициент K равен a , поэтому кажущееся сопротивление определяется по формуле:

(7)

Хотя массив Шлюмберже всегда был излюбленным массивом в Европе до недавнего времени использовался массив Веннера больше значительно больше, чем массив Schlumberger в США. При съемке с различным расстоянием между электродами полевые работы с массив Шлюмберже быстрее, потому что все четыре электрода массив Веннера перемещается между последовательными наблюдениями, но с массивом Шлюмберже только внешние должны быть взолнованный. Также говорят, что массив Шлюмберже превосходит различая латеральные и вертикальные вариации в удельное сопротивление. С другой стороны, массив Веннера требует меньше чувствительность инструмента, и обработка данных немного проще.

Рисунок 2. Конфигурация электродной решетки для определения удельного сопротивления. измерения.

Диполь-дипольная решетка

Диполь-дипольная решетка (рисунок 2c) — это одна член семейства решеток, использующих диполи (близко расположенные пары электродов) для измерения кривизны потенциала поле. Если расстояние между обеими парами электродов равно тот же а, и расстояние между центрами диполей ограничено на номер a (n + 1) , кажущееся сопротивление определяется по формуле:

(8)

Этот массив особенно полезен для измерения изменений бокового удельного сопротивления и все чаще используется в геотехнических приложениях.

Глубина расследования

Чтобы проиллюстрировать основные особенности соотношение между кажущимся сопротивлением и расстоянием между электродами, На рисунке 3 показана гипотетическая модель земли и некоторые гипотетические кривые кажущегося сопротивления. Модель земли имеет поверхность слой удельного сопротивления ρ1 и слой удельного сопротивления фундамента ρn, который простирается вниз до бесконечности (рисунок 3a).Там могут быть промежуточными слоями произвольной толщины и удельные сопротивления. Расстояние между электродами может быть либо Веннера. шаг a или интервал Шлюмберже a ; кривые кажущегося сопротивления в зависимости от расстояния будут иметь одинаковая общая форма для обоих массивов, хотя они не будут в целом совпадают.

Для малых расстояний между электродами кажущееся сопротивление близко к удельное сопротивление поверхностного слоя, тогда как при больших расстояниях между электродами оно приближается к удельному сопротивлению цокольного слоя.Каждый кривая кажущегося сопротивления, таким образом, имеет две асимптоты: горизонтальная линии ρ _a = ρ ₁ и ρ _a = ρ _n , что приближается к экстремальным значениям расстояние между электродами. Это верно, если ρ _n больше, чем ρ ₁ , как показано на рисунке 3b, или задний ход. Поведение кривой между областями, где он приближается к асимптотам, зависит от распределения удельные сопротивления в промежуточных слоях.Кривая A представляет случай, когда имеется промежуточный слой с удельным сопротивлением больше, чем ρ _n . Поведение кривой B напоминает таковой для двухслойного случая или случая, когда удельные сопротивления увеличиваются с поверхности до подвала. Кривая могла бы выглядеть как кривая C, если бы был промежуточный слой с удельное сопротивление ниже ρ _1. К сожалению для интерпретатора, ни максимум кривой A, ни минимум кривая C достигает истинных значений удельного сопротивления для промежуточных слои, хотя они могут быть близкими, если слои очень толстые.

Нет простой связи между расстояние между электродами, при котором характеристики кажущегося сопротивления кривая расположены, а глубины до границ раздела между слои. Глубина исследования будет ВСЕГДА быть меньше расстояния между электродами. Как правило, максимальное расстояние между электродами в три или более раз превышает глубина интереса необходима, чтобы гарантировать, что достаточно данных было получено.Лучшее общее руководство для использования в полевых условиях: построить кривую кажущегося сопротивления (рис. 2b) в качестве съемки прогрессирует, так что можно судить, есть ли асимптотическая фаза кривой была достигнута.

Рисунок 3. Асимптотика кажущегося сопротивления. кривые на очень маленьких и очень большие расстояния между электродами.

Приборы и измерения

Теория и полевые методы, используемые для исследований удельного сопротивления, основаны на от использования постоянного тока, потому что он позволяет большую глубину исследования, чем переменный ток, и потому что он позволяет избежать сложности, вызванные влиянием индуктивности и емкости заземления и результирующая частотная зависимость удельного сопротивления.Тем не мение, на практике реальный постоянный ток редко используется для двух причины: (1) электроды постоянного тока производят поляризованные поля ионизации в электролитах вокруг них, и эти поля создают дополнительные электродвижущие силы, которые вызывают ток и потенциалы в земле отличаться от таковых в электроды; и (2) естественные токи Земли (теллурические токи) и спонтанные потенциалы, которые по существу однонаправлены или медленно изменяющиеся во времени, индуцируют потенциалы в дополнение к тем, которые вызывают приложенным током.Последствия этих явлений, как а также любые другие, которые производят однонаправленные компоненты текущие или потенциальные градиенты уменьшаются за счет использования переменного тока, потому что поляризованные поля ионизации не имеют достаточно времени, чтобы развиться за полупериод, и переменная составляющая отклика может быть измерена независимо любых наложенных постоянных токов. Используемые частоты: очень низкий, обычно ниже 20 Гц, так что измеренный удельное сопротивление по существу такое же, как у постоянного тока удельное сопротивление.

По идее, постоянный ток (I) или переменный ток низкой частоты, приложенный к току электроды, а ток измеряется амперметром. Независимо, разность потенциалов В измеряется на потенциальных электродах, и, в идеале, не должно быть тока, протекающего между потенциалом электроды. Это достигается либо с помощью нулевого баланса гальванометр (старая технология) или очень высокий входной импеданс операционные усилители.Некоторые приборы для измерения удельного сопротивления имеют отдельные «отправляющие» и «принимающие» блоки для тока и потенциала; но в обычной практике схема измерения потенциала выводится от того же источника, что и потенциал через ток электроды, так что колебания напряжения питания влияют на оба одинаково и не влияют на точку баланса.

Питание обычно осуществляется от сухих аккумуляторных батарей в меньших инструменты и мотор-генераторы в более крупных инструментах. От 90 В до нескольких сотен вольт можно использовать через токовые электроды в изысканиях инженерного назначения. В В устройствах с батарейным питанием ток обычно небольшой и составляет применяется только на очень короткое время, пока потенциал измеряется, поэтому расход батареи низкий. Следует проявлять осторожность НИКОГДА не подавайте напряжение на электроды во время работы с ними, потому что с приложенным потенциалом в сотни вольт, ОПАСНО И Это может привести к СМЕРТЕЛЬНО СМЕРТЕЛЬНЫМ ударам.

Токовые электроды, использующиеся с переменным током (или коммутируемые постоянного тока) инструменты обычно представляют собой колья из бронзы, меди, сталь с бронзовыми кожухами или, что менее желательно, сталь, около 50 см. в длину. Их нужно вогнать в землю достаточно глубоко, чтобы установить хороший электрический контакт. Если есть трудности, потому что высокого контактного сопротивления между электродами и почвой, может иногда можно облегчить, облив соленой водой вокруг электроды.Многие приборы для измерения удельного сопротивления включают амперметр. чтобы убедиться, что ток между токовыми электродами равен приемлемый уровень, желательная характеристика. Прочие инструменты просто выведите необходимую разность потенциалов для управления выбранным ток в токовые электроды. Типичные токи в инструменты, используемые для инженерных приложений, находятся в диапазоне от 2 мА до 500 мА. Если сила тока слишком мала, чувствительность измерение ухудшено.Проблема может быть исправлена улучшение электрических контактов на электродах. Тем не мение, если проблема связана с высоким удельным сопротивлением земли и большое расстояние между электродами, выходом является увеличение напряжения поперек токовых электродов. Где земля слишком твердая или непросто, чтобы сделать ставки, распространенной альтернативой являются листы алюминиевая фольга, закапанная в неглубоких углублениях или в небольших насыпях земли и намочили.

Одним из преимуществ четырехэлектродного метода является то, что измерения не чувствителен к контактному сопротивлению на потенциальных электродах, поэтому до тех пор, пока он достаточно низкий, чтобы можно было произвести измерение, потому что наблюдения производятся с настройкой системы таким образом, чтобы ток в потенциальных электродах. При нулевом токе фактическое значение контактного сопротивления несущественно, так как оно не повлиять на потенциал.На токовых электродах также фактическое значение контактного сопротивления не влияет на измерение, до тех пор, пока он достаточно мал, чтобы получить удовлетворительный ток получен, и пока нет большой разницы между два электрода. Контактное сопротивление влияет на отношения между током и потенциалами на электродах, но поскольку используется только измеренное значение тока, потенциалы на эти электроды не фигурируют в теории или интерпретации.

При использовании постоянного тока должны быть приняты специальные меры для устранить эффекты поляризации электродов и теллурических токи. Неполяризующий электрод выпускается в виде пористого неглазурованного керамического горшка с центральным металлический электрод, обычно медный, заполненный жидкостью электролит, который представляет собой насыщенный раствор соли того же металл (с медью используется медный купорос).Центральный электрод подключен к прибору, а электрический контакт с землей производится через электролит в порах керамический горшок. Этот тип электрода может быть полезен для использование на горных породах, где приводятся электроды стержневого типа. сложно. Хороший контакт горшка с землей можно помогает убрать траву и листья под ней, заделать ее немного в почву, а если земля сухая, подсыпать небольшой количество воды на поверхности перед тем, как поставить горшок.В кастрюли необходимо наполнить электролитом за несколько часов до того, как они будут используется, чтобы позволить электролиту проникнуть в мелкие поры керамический. Пористые электролизеры следует проверять каждый раз. несколько часов в течение рабочего дня для проверки уровня электролита и наличие твердой соли для поддержания насыщенного решение.

Теллурические токи возникают в природе электрические поля, которые широко распространены, некоторые из которых имеют глобальный шкала.Обычно они невелики по величине, но могут быть очень большими. большие во время солнечных вспышек или если они дополняются токами искусственного происхождения. Спонтанные потенциалы на Земле могут быть генерируется гальваническими явлениями вокруг электрохимически активных материалы, такие как трубы, трубопроводы, захороненный лом, золы и рудные месторождения. Они также могут быть потоковыми потенциалы, создаваемые движением грунтовых вод. (Электрический поля, связанные с движением грунтовых вод, будут иметь наибольшую амплитуда при высоких расходах грунтовых вод, например, через подземный поток в открытом русле.Движение грунтовых вод в карсте области могут демонстрировать быстрый поток через растворенные каналы внутри рок. Источники и подземный поток могут быть причиной теллурические источники, которые могут скрывать удельное сопротивление измерения.) Теллурические токи и спонтанный потенциал эффекты могут быть компенсированы применением потенциала смещения для баланса потенциальные электроды перед подачей тока электроды. Поскольку теллурические токи обычно меняются в зависимости от время, может потребоваться частая корректировка потенциала смещения в ходе наблюдения.Если инструмент отсутствует положение о применении потенциала смещения, менее удовлетворительной альтернативой является использование переключателя полярности для снимать показания с попеременно обратными направлениями тока в токовые электроды. Средние значения V и I для направления прямого и обратного тока затем используются для вычисления кажущееся сопротивление.

Расположение электродов должно производиться непроводящим измерительным ленты, так как ленты из токопроводящих материалов, если их оставить на земле во время измерения может влиять на кажущееся сопротивление ценности.На измерения удельного сопротивления также могут влиять металлические заборы, рельсы, трубы или другие проводники, которые могут индуцировать спонтанные потенциалы и обеспечивать пути короткого замыкания для электрический ток. Эффект от таких линейных проводников, как эти можно свести к минимуму, но не исключить, разложив электрод массив на линии, перпендикулярной проводнику; но в некоторых мест, таких как некоторые городские районы, может быть так много проводящие тела в непосредственной близости, что это не может быть сделано. Кроме того, электрические шумы от линий электропередач, кабелей или других источников. может помешать измерениям. Из-за почти повсеместный шум от источников питания 60 Гц в США, использование 60 Гц или его гармоник в приборах для измерения сопротивления не допускается. желательно. В некоторых случаях на качество данных влияет электрический шум может быть уменьшен путем усреднения значений, полученных из ряд наблюдений; иногда электрический шум возникает из-за временные источники, поэтому более точные измерения могут быть получены ожидая улучшения условий.Иногда эмбиент электрические шумы и другие мешающие факторы на объекте могут вызвать съемка удельного сопротивления невозможна. Современное сопротивление инструменты имеют возможность усреднения или суммирования данных; это позволяет проводить измерения удельного сопротивления, несмотря на самый шумный участок условий и для улучшения отношения сигнал / шум для слабых сигналов.

Сбор данных

Исследования удельного сопротивления проводятся для удовлетворения потребностей двух отдельных различные виды проблем интерпретации: (1) изменение удельного сопротивления с глубиной, более или менее отражающее горизонтальное расслоение грунтовых материалов; и (2) боковой вариации удельного сопротивления, которые могут указывать на линзы почвы, изолированные рудные тела, разломы или полости.Для первого вида проблема, измерения кажущегося сопротивления производятся на одном местоположение (или вокруг одной центральной точки) с систематическим различное расстояние между электродами. Эта процедура иногда называется вертикальным электрическим зондированием (VES) или вертикальным профилирование. Обследование боковых отклонений может быть произведено на месте. или местоположения сетки или вдоль определенных линий хода, процедура иногда называется горизонтальным профилированием.

Рис. 4. Система сбора данных удельного сопротивления постоянному току, развернутая для определения характеристик площадки (http://water.usgs.gov/ogw/bgas/toxics/NAWC-surface.html). Это изображение предоставлено для демонстрационных целей и не предназначено для одобрения использования этого продукта.

Вертикальное электрическое зондирование (VES ) — 1D Imaging

Либо Шлюмберже, либо, что менее эффективно, массив Веннера используется для зондирования, так как все общедоступные интерпретации методы и средства интерпретации для зондирования основаны на этих двух массивы.При использовании любого метода центральная точка массив хранится в фиксированном месте, а расположение электродов разнообразны вокруг него. Значения кажущегося сопротивления и истолкованные из них глубины слоя, относятся к центру точка.

В решетке Веннера электроды расположены на расстоянии a / 2 и 3a / 2 от центральной точки. Самый удобный способ Расположение электродных станций заключается в использовании двух измерительных лент, прикрепленных булавками. с их нулевыми концами в центральной точке и отходящими от центр в противоположных направлениях.После каждого чтения каждый потенциальный электрод выдвинут на половину шага электрода расстояние, а каждый токовый электрод выдвигается в 1,5 раза приращение. Используемое приращение зависит от методы интерпретации, которые будут применяться. В большинстве методы интерпретации, кривые отбираются в логарифмическом разнесенные точки. Соотношение между последовательными интервалами может быть полученное из соотношения

(9)

где

n = количество точки, которые должны быть нанесены на график в каждом логарифмическом цикл.

Например, если требуется шесть баллов за каждый цикл логарифмического графика, затем каждый интервал будет в 1,47 раза больше предыдущего интервала. Последовательность, начиная с 10 м, будет тогда 10, 14,7, 21,5, 31,6, 46.4, 68.2, которые для удобства разметки и черчения можно было бы округляется до 10, 15, 20, 30, 45, 70. В следующем цикле интервалы будут 100, 150, 200 и так далее.Шесть баллов за цикл — минимальный рекомендуемый; 10, 12 или даже больше за цикл может понадобиться в шумных местах.

Обзоры VES с массивом Schlumberger также выполнен с фиксированной центральной точкой. Первоначальный шаг с (расстояние от центра массива до один из токовых электродов), а ток электроды выдвигаются наружу вместе с потенциальными электродами фиксированный.Согласно Ван Ностранду и Куку (1966), ошибки в кажущееся сопротивление находится в пределах от 2 до 3 процентов, если расстояние между потенциальными электродами не превышает 2 с /5. Таким образом, потенциальное расстояние между электродами определяется минимальное значение с . As s увеличивается, чувствительность потенциала измерение уменьшается; поэтому в какой-то момент, если s становится достаточно большим, необходимо будет увеличить потенциальное расстояние между электродами.Приращения в s обычно должно быть логарифмическим и может быть выбрано в так же, как описано для массива Веннера.

Для любого типа электродной решетки минимум и максимальные интервалы регулируются необходимостью определения асимптотические фазы кривой кажущегося сопротивления и необходимые глубина исследования. Зачастую максимум полезного расстояние между электродами ограничено доступным временем, топографией участка или боковые вариации удельного сопротивления.С целью при планировании обследования максимальное расстояние между электродами не менее трех раз можно использовать глубину интереса, но очевидное Кривая удельного сопротивления должна быть построена по мере продвижения съемки в чтобы судить о том, было ли получено достаточно данных. Также прогрессивный график можно использовать для обнаружения ошибок в показаниях. или ложные значения удельного сопротивления из-за местных эффектов. Образец Листы полевых данных показаны на рисунках с 4 по 6.

Рисунок 4. Пример листка технических данных для вертикальной компании Schlumberger. звучание.

Рисунок 5. Пример таблицы данных для массива Веннера.

Фигура 6. Пример таблицы диполь-диполей.

В обычной серии наблюдений полное сопротивление, R = V / I , уменьшается с увеличением расстояния между электродами.Время от времени, нормальные отношения могут быть обратными для одного или нескольких чтения. Если эти развороты не являются результатом ошибок в чтение, они вызваны какими-то боковыми или локальными изменениями в удельном сопротивлении почвы или скальной породы. Такой эффект может быть вызвано тем, что один токовый электрод помещен в материал с большой более высокое удельное сопротивление, чем вокруг другого, например, в карман из сухого гравия, соприкасающийся с валуном из высокопрочного рок или близко к пустой полости.Систематические развороты могут быть вызвано истончением поверхностного проводящего слоя, где нижележащий устойчивый слой приближается к поверхности, потому что он опускается круто или из-за рельефа поверхности. В холмистой местности, линию электродов следует прокладывать по контуру, если возможный. Известно, что грядки крутые (более около 10 градусов), линию следует провести по забастовка. Электроды не следует размещать в непосредственной близости от валунов, поэтому иногда может потребоваться смещение отдельных электроды подальше от линии.Теоретически правильный способ смещения одного электрода, например токового электрода A, было бы поместить его в новое положение A ‘так, чтобы геометрический коэффициент K без изменений. Это условие было бы удовлетворяется (см. уравнение 10), если

(10)

Если расстояние между электродами велико по сравнению с количеством сдвиг, удовлетворительно перемещать электрод по линии перпендикулярно массиву.Для больших смен разумный приближение заключается в перемещении электрода по дуге с центром на ближайший потенциальный электрод, пока он не перемещается более чем на около 45 ° от линия.

График кажущегося сопротивления в зависимости от расстояния всегда гладкий. кривая, где она определяется только вертикальным изменением удельное сопротивление. Изменения сопротивления и неровности в кривая кажущегося сопротивления, если не из-за ошибок, оба указывают боковые изменения и требуют дальнейшего исследования.С Веннера модификация Ли может быть использована для обнаружения отличия от одной стороны массива к другой, и дальнейшее проверку можно произвести, сняв второй набор показаний в то же время. расположение, но на перпендикулярной линии. Где Schlumberger используется массив, изменение расстояния между потенциальными электродами может вызывают смещение кривой кажущегося сопротивления в результате боковая неоднородность. Такое смещение может происходить как общая сдвиг кривой без особого изменения ее формы (Zohdy, 1968 г.).В таких условиях причина смещения может часто определяется путем повторения частей звучания с различное расстояние между потенциальными электродами.

Горизонтальное профилирование — 1D изображение

Исследования боковых изменений удельного сопротивления могут быть полезны для исследование любых геологических особенностей, которые, как можно ожидать, предлагают контрасты удельного сопротивления с окружающей средой.Депозиты гравия, особенно ненасыщенного, обладают высоким удельным сопротивлением и успешно разведаны резистивными методами. Круто падающие разломы могут быть локализованы с помощью траверсов сопротивления. пересечение предполагаемой линии разлома, если имеется достаточно контраст удельного сопротивления между породами по обе стороны от вина. Полости для раствора или отверстия в стыках могут быть обнаружены как аномалия высокого удельного сопротивления, если они открыты, или низкое удельное сопротивление аномалия, если они заполнены почвой или водой.

Исследования удельного сопротивления для изучения аэрогеологии проводятся сделано с фиксированным расстоянием между электродами, перемещая массив между последовательные измерения. Горизонтальное профилирование само по себе означает перемещение массива по линии траверса, хотя и по горизонтали отклонения также могут быть исследованы путем проведения индивидуальных измерений в точках сетки. Если симметричный массив, такой как Используется массив Шлюмберже или Веннера, значение удельного сопротивления полученное связано с расположением центра множество.Обычно сначала выполняется вертикальное обследование, чтобы определить наилучшее расстояние между электродами. Любые доступные геологическая информация, такая как глубина особенностей интерес, также следует учитывать при принятии этого решения, которое определяет эффективную глубину расследования. Расстояние между соседние станции удельного сопротивления или тонкость сетки определяет разрешение деталей, которое может быть получено. Это очень во многом зависит от глубины функций и достижимых разрешение уменьшается с глубиной.Как правило, расстояние между станциями сопротивлений должно быть меньше, чем ширина самого маленького объекта для обнаружения или меньше, чем Требуемое разрешение в месте расположения боковых границ.

Полевые данные могут быть нанесены в виде профилей или изолиний на карта исследуемой территории. Для контурной карты удельное сопротивление данные, полученные в точках сетки, предпочтительнее данных, полученных из линии профиля, если линии не расположены близко друг к другу, потому что выравнивание данных по профилям имеет тенденцию искажать контурную карту и придает ему искусственную зернистость, которая отвлекает и мешает с интерпретацией карты.Лучший метод данных коллекция для контурной карты должна использовать квадратную сетку или, по крайней мере, набор станций с равномерным покрытием территории и без направленный уклон.

Иногда сочетание вертикальных и горизонтальных методов может использоваться. Если требуется картирование глубины до коренной породы, вертикальное зондирование может производиться на каждой сетке набора точки. Однако до того, как будет принято обязательство комплексное обследование такого типа, результаты удельного сопротивления исследования на нескольких станциях следует сравнивать с буровым отверстием журналы.Если сравнение показывает, что надежные количественные может быть сделана интерпретация удельного сопротивления, съемка может быть распространяется на интересующую область.

Когда профилирование выполняется с помощью массива Веннера, удобно используйте расстояние между станциями, равное расстоянию между электродами, если это совместимо с требованиями задачи и условия сайта. При перемещении массива крайний задний электрод нужно только переместить на шаг впереди переднего электрода на расстояние равно расстоянию между электродами.Затем кабели повторно подключен к нужным электродам, и следующее показание будет сделал. Однако с массивом Schlumberger весь набор электроды необходимо перемещать между станциями.

Обнаружение полостей

Подповерхностные полости чаще всего встречаются в растворах в карбонатные породы. Они могут быть пустыми, заполненными землей или воды. При благоприятных обстоятельствах любой из этих типов может предложить хороший контраст удельного сопротивления с окружающей породой, так как карбонат породы, кроме пористых и насыщенных, обычно имеют высокие сопротивления, в то время как грунтовые или водные насыпи обычно проводящий, а воздух в пустой полости по существу непроводящий.Массивы Веннера или Шлюмберже могут использоваться с горизонтальное профилирование для обнаружения возникающих аномалий удельного сопротивления полостями, хотя сообщения в литературе указывают на смешанные успех. Вероятность успеха этим методом зависит от условий участка и использования оптимального сочетания расстояние между электродами и интервал между последовательными станциями. Многие из неудачных опросов тоже проводятся с интервалом. большой, чтобы устранить искомые аномалии.

Интерпретация данных вертикального электрического зондирования

Проблема интерпретации данных VES заключается в использовании кривой кажущееся сопротивление в зависимости от расстояния между электродами, построенное по полю измерений, для получения параметров геоэлектрического раздел: удельные сопротивления и толщины слоев. Из при заданном наборе параметров слоя всегда можно вычислить кажущееся сопротивление как функция расстояния между электродами (VES изгиб).К сожалению, для обратной проблемы как правило, невозможно получить однозначное решение. Там это взаимодействие между толщиной и удельным сопротивлением; может быть анизотропия сопротивления в некоторых пластах; большие различия в геоэлектрический разрез, особенно на глубине, дает небольшие различия в кажущемся сопротивлении; и точность поля измерения ограничены естественной изменчивостью поверхности почвы и рок, и по инструментальным возможностям.Как результат, различные секции могут быть электрически эквивалентны в пределах практические пределы точности полевых измерений.

Чтобы справиться с проблемой неоднозначности, интерпретатор должен проверить все интерпретации путем расчета теоретической кривой VES для интерпретированный раздел и сравнение его с кривой поля. Должен применяться тест на геологическую обоснованность. В в частности, истолкованные тонкие пласты с неоправданно высокими контрасты удельного сопротивления могут быть артефактами интерпретации а не реальные возможности.Корректировки интерпретируемого значения могут быть получены на основе рассчитанных кривых VES и проверено путем вычисления новых кривых. Из-за точности ограничения, вызванные инструментальными и геологическими факторами, усилием не следует тратить зря на излишнюю доработку интерпретация. В качестве примера предположим, что набор полевых данных и трехслойная теоретическая кривая согласуются в пределах 10 процентов. Добавляем несколько тонких слоев для достижения идеальной посадки 2 процента редко лучше с геологической точки зрения.

Все методы прямой интерпретации, кроме некоторых эмпирических и полуэмпирические методы, такие как кумулятивный метод Мура и Метод слоя Барнса, которого следует избегать, полагайтесь на кривую сопоставление в какой-либо форме для получения параметров слоя. Потому что теоретические кривые всегда гладкие, кривые поля должны сгладить, прежде чем приступить к их интерпретации, чтобы удалить очевидные ошибки наблюдений и эффекты латеральной изменчивости. Отдельные точечные всплески сопротивления удаляются, а не интерполированный. Кривые следует проверять на предмет очевидного искажение из-за эффектов боковых колебаний.

Сравнение с теоретическими многослойными кривыми полезно в обнаружение такого искажения. Условия на сайте должны быть считается; чрезмерное падение подповерхностных пластов по длине съемки линия (более 10 процентов), неблагоприятный рельеф или известная высокая латеральная изменчивость свойств почвы или горных пород может быть причины отклонить полевые данные как непригодные для интерпретации в с точки зрения простого вертикального изменения удельного сопротивления.

Самый простой многослойный случай — это одиночный слой конечной толщины, перекрывающий однородное полупространство разное удельное сопротивление. Кривые ВЭС для этого случая различаются в относительно простой способ, а полный набор справочных кривых может быть напечатано на одном листе бумаги. Стандартные двухслойные кривые для массива Schlumberger показаны на рисунке 7. Кривые нанесены в логарифмическом масштабе как по горизонтали, так и по вертикали, и нормируются путем построения отношения кажущегося сопротивления к удельное сопротивление первого слоя (ρa / ρ1) в зависимости от отношения расстояние между электродами до толщины первого слоя (a / d1).Каждый кривая семейства представляет собой одно значение параметра k , который определяется как

(11)

Кажущееся сопротивление для малых расстояний между электродами приближается к ρ ₁ и для подходов с большими шагами ρ _2; эти кривые начинаются в ρ _a / ρ ₁ = 1, а асимптотически подход ρ _a / ρ ₁ = ρ ₂ / ρ ₁ .

Любая двухслойная кривая для определенного значения k или для определенное соотношение удельных сопротивлений слоев, должно иметь одинаковую форму на логарифмическом графике как соответствующая стандартная кривая. Отличается только горизонтальным и вертикальным смещениями, которые равны к логарифмам толщины и удельного сопротивления первого слой. Ранний (т.е. соответствующий меньшему расстояние между электродами) часть более сложных многослойных кривых также может быть подогнан к двухслойным кривым, чтобы получить первый слой параметры ρ1 и d1 и удельное сопротивление ρ2 слоя 2.В крайние кривые на рисунке 7 соответствуют значениям k, равным 1,0 и -1,0; эти значения представляют собой бесконечно большое удельное сопротивление контрасты между верхним и нижним слоями. Первый случай представляет собой слой 2, который представляет собой идеальный изолятор; второй, слой 2, который является идеальным проводником. Следующие ближайшие кривые в обоих случаях представляют соотношение 19 в слое удельные сопротивления. Очевидно, где контраст удельного сопротивления равен более чем примерно 20 к 1, точное разрешение удельного сопротивления слоя 2 нельзя ожидать.Потеря разрешения — это не просто влияние способа построения кривых, но является репрезентативным основы физики проблема и приводит к неоднозначности в интерпретации VES кривые.

Рис. 7. Двухслойный эталонный набор кривых зондирования для Массив Шлюмберже. (Зохды 1974а, 1974б)

Где три или более слоев контрастного сопротивления, VES кривые более сложные, чем двухслойные кривые.На троих слоев, существует четыре возможных типа кривых VES, как показано на рисунок 8, в зависимости от характера последовательного удельного сопротивления контрасты. Классификация этих кривых находится в литературу с обозначениями H, K, A и Q. Эти символы соответствуют кривым чашеобразного типа, возникающим при промежуточный слой с более низким удельным сопротивлением, чем слои 1 или 3; кривые колоколообразного типа, где промежуточный слой выше удельное сопротивление; восходящие кривые, где сопротивления последовательно увеличивать; и нисходящие кривые, где сопротивления последовательно снижаться.С четырьмя слоями присутствует еще один сегмент кривой, так что можно выделить 16 типов кривых: HK для чаши-раструба кривая, AA для монотонно восходящей кривой и т. д.

Рисунок 8. Четыре типа трехслойных кривых VES; три примерные кривые для каждого из четырех типов представляют значения d2 / d1 = 1/3, 1 и 3.

До появления персональных компьютеров кривая согласования процесс был выполнен графически путем нанесения полевых данных на прозрачный журнал миллиметровка в том же масштабе каталогов двух- и трехслойные стандартные кривые.Использование стандартных кривые требует идентификации типа кривой, за которым следует сравнение со стандартными кривыми этого типа для получения наилучшего соответствие. Двухслойные и трехслойные кривые можно использовать для полная интерпретация кривых VES большего количества слоев Метод вспомогательной точки, который требует использования небольшого набора вспомогательные кривые и некоторые конструкции. Обсуждения и пошаговые примеры этого метода даны Zohdy (1965), Орельяна и Муни (1966) и Келлер и Фришкнехт (1966).Наборы стандартных кривых были разработаны несколькими рабочие. Орельяна и Муни (1966) опубликовали набор из 1417 двух-, трех- и четырехслойные кривые Шлюмберже, сопровождаемые набор вспомогательных кривых и табличные значения для Шлюмберже и кривые Веннера. Значения кажущегося сопротивления для 102 трехслойные кривые Веннера были опубликованы Ветцеля и МакМюрреем. (1937). Коллекция из 2400 двух-, трех- и четырехслойных кривые были опубликованы Муни и Ветцелем (1956).Большинство, если не все из этих публикаций разошлись, но копии могут быть доступны в библиотеках.

Гош (1971a, 1971b) и Йохансен (1975) использовали теорию линейных фильтров. разработать быстрый численный метод вычисления кажущихся значения удельного сопротивления из преобразования удельного сопротивления и наоборот наоборот. С помощью этих методов новые стандартные кривые или пробные VES кривые могут быть вычислены по мере необходимости с помощью цифрового компьютера или калькулятор, либо для сопоставления кривых, либо для проверки действительности интерпретация полевых данных.Таким образом, методом проб и ошибок возможна интерпретация данных VES. Пробные значения параметры слоя можно угадать, проверить с помощью вычисленного кажущегося кривая удельного сопротивления, и скорректированная, чтобы поле и вычисленное кривые согласны. Конечно, процесс будет намного быстрее, если первоначальное предположение основывается на полуколичественном сравнении с двух- и трехслойные кривые. Компьютерные программы были написанные Зоди (1973, 1974a, 1975), Зоди и Бисдорф (1975), и несколько коммерческих компаний-разработчиков программного обеспечения для использования этого метода, чтобы получить параметры слоя автоматически путем итерации, начиная с начальной оценкой, полученной приближенным методом. Для большинства компьютерных программ требуется предварительная оценка, предоставляемая пользователем. (модель), тогда как некоторые программы могут при желании сгенерировать начальную режим. После индивидуальной настройки набора звуковых кривых интерпретируется таким образом, второй проход может быть сделан там, где определенные толщину слоя и / или удельное сопротивление можно зафиксировать, чтобы получить более последовательная интерпретация проекта.

Интерпретация данных горизонтального профилирования

Данные, полученные при горизонтальном профилировании для инженерии заявки обычно качественно интерпретируются.Очевидный значения удельного сопротивления нанесены на карту и нанесены изолинии на карты или нанесены как профили и области с аномально высокими или низкими значениями или выявлены аномальные закономерности. Толкование данных, а также при планировании обследования необходимо руководствоваться доступные знания местной геологии. Переводчик обычно знает, что он ищет с точки зрения геологических особенности и их ожидаемое влияние на кажущееся сопротивление, потому что исследование удельного сопротивления мотивировано геологическими данными особого вида исследовательской задачи (например,г., карстовый рельеф). Затем опрос проводится таким образом, который, как ожидается, будет наиболее эффективным. реагировать на типы геологических или гидрогеологических особенностей искал. Ошибка, присущая этому подходу, заключается в том, что устного переводчика могут ввести в заблуждение его предубеждения, если он не достаточно внимателен к возможности неожиданного происходит. Следует рассмотреть альтернативные интерпретации, и доказательства из как можно большего числа независимых источников должны быть применительно к интерпретации.Один из способов помочь спланировать исследование заключается в построении модельных кривых зондирования ВЭЗ для ожидаемых модели, измените каждый параметр модели отдельно, скажем, на 20%, а затем выберите расстояние между электродами, которое наилучшим образом разрешит ожидаемые вариации удельного сопротивления / глубины. Большинство следователей затем выполняют ряд зондирований VES для проверки и уточнения результатов модели перед началом горизонтального профилирования.

Построение теоретических профилей возможно наверняка. виды идеализированных моделей, и изучение таких профилей очень полезно для понимания важности профилей полей. Ван Ностранд и Кук (1966) всесторонне обсуждают теория интерпретации удельного электрического сопротивления и многочисленные примеры профилей удельного сопротивления на идеализированных моделях разломов, дамбы, заполненные раковины и каверны.

На рисунке 9 показана теоретическая модель Веннера. профиль пересекает разлом, ситуация, о которой можно думать больше как правило, как линия обзора, пересекающая любой резкий переход между участками с разным сопротивлением.Цифра сравнивает теоретическая кривая, представляющая непрерывное изменение кажущейся удельное сопротивление с расположением центра электродной решетки, и теоретическая кривая поля, которая была бы получена с интервалом из /2 между станциями. Чаще всего интервал, равный расстоянию между электродами, будет использовал; различные теоретические кривые поля для этого случая могут быть построены соединяя точки на непрерывной кривой с интервалами а .Эти кривые не смогли бы раскрыть большую часть детали непрерывной кривой и могут выглядеть совершенно иначе друг от друга. На рисунке 10 показан профиль через сланцевый сток (т.е. тело с относительно низким удельным сопротивлением) и сравнивает его с теоретической непрерывной кривой и теоретической кривая поля. Теоретические кривые приведены для проводящего тела. на поверхности, в то время как полевой футляр имеет тонкую крышку из alluvium, но кривые очень похожи.На рисунке 9а показано число теоретических непрерывных профилей по идеально заглубленным изоляционные цилиндры. Эта модель будет близко аппроксимировать подземный туннель и менее удлиненная пещера. А сферическая пещера произвела бы аналогичный отклик, но с меньшими затратами. выраженные максимумы и минимумы. На рисунке 11b показан набор аналогичные кривые для цилиндров разного удельного сопротивления контрасты.

Рисунок 9.Горизонтальный профиль удельного сопротивления Веннера на вертикальный разлом; типичная кривая поля (сплошная линия), теоретическая кривая (пунктир). (Ван Ностранд и Кук, 1966)

Рис. 10. Горизонтальные профили удельного сопротивления Веннера на заполненная раковина: A) непрерывная теоретическая кривая над полусферический сток, б) кривая наблюдаемого поля с геологическим крестом разрез, в) график теоретического поля над полусферическим стоком (Ван Ностранд и Кук, 1966 г.).

Рис. 11. Теоретические профили Веннера по кругу. цилиндр; а) идеально изолирующие цилиндры на разной глубине, б) цилиндры с разным контрастом удельного сопротивления. (Ван Ностранд и Повар 1966)

Электрические изображения 2D и 3D

Вслед за одномерными приложениями теории отображения удельного сопротивления следуют двухмерные, а затем и трехмерные приложения.2D-профили используют вышеуказанные методы зондирования и объединяют их в 2D-плоскость, пересекающую желаемую целевую область. В наиболее распространенной конфигурации 2D-съемки используются диполь-дипольные конфигурации электродов. Пример геометрии сбора данных для 2D-профиля представлен на рисунке 12.

Рис. 12. Двухмерная конфигурация измерения диполь-дипольного профиля удельного сопротивления. Место нанесения псевдоразреза обозначено вред.

На рисунке 12 показан диполь передающего тока (I), за которым следует ряд потенциальных диполей (V), которые измеряют результирующий градиент напряжения на каждой станции вдоль линии.Последующие измерения завершаются последовательным перемещением токового диполя вниз по линии. Однако альтернативные измерения удельного сопротивления могут быть выполнены с использованием буксируемых наземных или морских массивов, которые будут поддерживать указанную выше конфигурацию и создавать 2D-изображение путем перемещения всей измерительной группы для каждой серии измерений. В обоих случаях полученное изображение отображает кажущееся удельное сопротивление с глубиной, которое затем контурируется (обычно кригингом) с использованием коммерчески доступной программы. Цветное контурное изображение отображает распределение значений кажущегося сопротивления и связанных градиентов в пределах интересующей области.Чтобы преобразовать данные кажущегося сопротивления в истинное сопротивление, данные инвертируются. На Рисунке 13 показан пример измеренного псевдоразреза кажущегося сопротивления вверху, за которым следует вычисленный псевдоразрез кажущегося сопротивления, в результате чего получается двумерный разрез перевернутого истинного сопротивления. Цифры, представленные в нижней части перевернутого раздела, отображают критерии согласия, используемые для оценки точности рассчитанной модели удельного сопротивления. Наконец, обратите внимание, что отметки поверхности были включены в окончательную модель с учетом изменений геометрии измерения из-за изменения топографии.

Рис. 13. Примеры измеренного кажущегося сопротивления, вычисленного кажущегося сопротивления и сечения обратного сопротивления (http://www.agiusa.com/agi2dimg.shtml). Это изображение предоставлено для демонстрационных целей и не предназначено для поддержки использования этого программного обеспечения.

На рисунке 14 представлен альтернативный способ создания двухмерного изображения удельного электрического сопротивления геологической среды. В этом сценарии ряд электродов размещается с равными интервалами вертикально вниз по двум обсадным трубам скважины.Каждый доступный диполь используется как для передачи (ток), так и для приема (напряжение). На рисунке 15 показан пример набора данных инвертированного 2D межскважинного ERT.

Рис. 14. Траектории луча измерения, связанные с одним передающим диполем, проходящим через ствол скважины. Традиционно измерения производятся с использованием каждого доступного диполя как передающего, так и принимающего диполя.

Рисунок 15. Пример набора данных инвертированного межскважинного ERT (http: // www.agiusa.com/agi2dimg.shtml). Это изображение предоставлено для демонстрационных целей и не предназначено для поддержки использования этого программного обеспечения.

Страницы, найденные в разделах «Поверхностные методы» и «Скважинные методы» в основном основаны на отчете Министерства транспорта США:

Wightman, W. E., Jalinoos, F., Sirles, P., and Hanna, K. (2003). «Применение геофизических методов к проблемам, связанным с автомобильными дорогами.»Федеральное управление шоссейных дорог, Управление автомобильных дорог Центральных федеральных земель, Лейквуд, Колорадо, публикация № FHWA-IF-04-021, сентябрь 2003 г. http://www.cflhd.gov/resources/agm/

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курс.

Рассел Бейли, П.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечу на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей компании

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

в моей работе ».

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал. «

Хесус Сьерра, П.Е.

Калифорния

«Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек учится

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент для ознакомления с курсом

материала до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курс.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам. »

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать его в своем медицинском устройстве.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

Доступно и просто

использовать. Большое спасибо «.

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Джозеф Фриссора, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

предоставлено фактических случаев «

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание действительно потребовало исследования в

документ но ответы были

в наличии «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роадс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курс со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курс. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать где

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

до метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и пройти

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад помочь финансово

по ваш промо-адрес который

пониженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

коды и Нью-Мексико

правила. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительно

аттестат. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

в хорошем состоянии. «

Глен Шварц, П.Е.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Корпус курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса по этике в Нью-Джерси были очень хорошими.

хорошо подготовлен. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и демонстрировали понимание

материала. Полная

и всесторонний ».

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Луан Мане, П.Е.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться.

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат. Спасибо за создание

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не являющихся электротехниками».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

приходится путешествовать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Постоянный ток — это будущее

19 июня 2020

С быстрым развитием новых технологий, таких как солнечные панели, светодиодные лампы и электромобили, мы наблюдаем рост использования силовой электроники. THUAS — международный пионер в развитии образования и прикладных исследований вокруг этого многообещающего развития.Обмен со студентами из Южной Африки помог нам продвинуть эти знания в глобальном масштабе.

Мы отказываемся от газа, используем больше солнечной энергии, и наши автомобили все чаще работают на электричестве. «Все началось с исчезновения лампочки и появления светодиодов», — объясняет руководитель проекта Пепейн ван Виллигенбург. «Но в этом энергетическом переходе мы наблюдаем растущее использование постоянного тока в большом количестве приложений вместо все еще широко используемого переменного тока.

Меньше, сильнее и дешевле

Довольно хорошо, не правда ли! Постоянный ток имеет множество преимуществ перед переменным током. Оборудование потребляет меньше энергии и служит дольше. «Классический трансформатор раньше весил более килограмма, а сегодняшняя версия весит всего 100 граммов. Полупроводники, передающие энергию, также становятся меньше, прочнее и дешевле. Раньше мы использовали дорогие тяжелые медные полупроводники, а в современных версиях используется гораздо более легкий и дешевый кремний.

Экономия

Кроме того, постоянный ток создает возможности для новых продуктов.Посмотрите, например, на тепличную промышленность. Замена обычных лампочек на светодиодные дает ежегодную экономию от 15 000 до 20 000 евро на гектар. Ожидается, что в ближайшем будущем USB-розетки будут встроены в стены, заменив обычные розетки. Это означает, что в новых конструкциях можно использовать более тонкую и дешевую проводку.

Будущее

Рост постоянного тока также связан с некоторыми проблемами. Сегодня наша электросеть полностью основана на переменном токе. Мы теряем мощность при преобразовании постоянного тока в переменный.Ван Виллигенбург: «Благодаря силовой электронике теперь мы также можем создавать трансформаторы постоянного тока. Это позволит построить электросеть на постоянном токе. И это важно: будущее за технологиями постоянного тока ».

Research

Гаагский университет прикладных наук — не первое учебное заведение в Нидерландах, проводящее исследования в области силовой электроники. «Но мы являемся одними из пионеров среди университетов прикладных наук в их применении», — объясняет Ван Виллигенбург.THUAS в настоящее время сотрудничает с TNO, Siemens и ATAG Nederland, чтобы адаптировать кухонные приборы для использования с постоянным током.

Новая учебная программа

Обучение в THUAS также играет ведущую роль в последних разработках в области силовой электроники. В 2014 году мы запустили новый модуль Power Electronics 1, ориентированный на трансформаторы DC-DC, а в 2015/2016 мы запустили следующий модуль Power Electronics 2, ориентированный на трансформаторы AC-DC / DC-AC.

Обмен с ЮАР

THUAS является международной сетевой школой, привлекающей большое количество иностранных студентов.И именно эта специализация вызывает большой интерес из-за рубежа. В рамках проекта DCT-REES, который расшифровывается как программа обучения и развития навыков в области возобновляемых источников энергии с использованием технологий постоянного тока, THUAS работает в партнерстве с семью южноафриканскими исследовательскими университетами и университетами прикладных наук. THUAS посетят 22 студента в восьми разных группах.

Большой потенциал

Ван Виллигенбург очень рад проекту обмена. «В настоящее время Нидерланды используют больше солнечной энергии, чем вся Южная Африка.Это звучит странно, потому что доходность одной панели в ЮАР вдвое выше. Солнечная энергия имеет гораздо больший потенциал в Южной Африке, чем в Нидерландах. Это означает, что в Южной Африке появится огромный потенциальный рынок солнечной энергии ».

Нехватка электроэнергии

В Южной Африке по-прежнему миллионы людей не подключены к электросети. «Поэтому использование постоянного тока было бы для них наиболее логичным шагом», — продолжает Ван Виллигенбург. Вы можете строить новые сооружения с земли и применять постоянный ток в больших масштабах.В то же время существует большой спрос на электроэнергию. «В результате в Южной Африке существует огромный спрос на эти знания. И THUAS может это предоставить. Это прекрасная беспроигрышная ситуация ».

Поделиться:

Facebook Твиттер LinkedIn WhatsApp

Текущие войны переменного и постоянного тока возвращаются

Решающая битва произошла в 1893 году на Всемирной выставке в Чикаго.С одной стороны, знаменитый изобретатель Томас Эдисон. С другой — его бывший сотрудник Никола Тесла.

И за что они боролись — любовь, религия, территория? Ни один из вышеперечисленных. Они боролись за переменный ток (AC) против постоянного (DC).

Быстрое объяснение: ток в металлических проводах — это поток электронов, проталкиваемый под действием напряжения. Если напряжение поступает от батареи, электроны текут только в одном направлении . Мы называем это постоянным током или постоянным током.

Однако батареи не являются основным источником энергии. Для этого мы часто используем уголь или природный газ. Их химическая энергия выделяется в печи в виде тепла для создания пара, который вращает вал генератора. В простейшем случае вал вращает магнит внутри катушки и по принципу электромагнитной индукции производит электрический ток. Полярность переключается с положительной на отрицательную и обратно много раз в секунду, когда вал генератора вращается, таким образом, ток чередуется по направлению .Мы называем это переменным током или переменным током. Несмотря на то, что направление тока меняется, его эффекты не отменяются. Ток делает полезные вещи в обоих направлениях, например, нагревает провода в тостере.

Начиная с конца 1880-х годов, Эдисон разработал рентабельные средства производства электроэнергии постоянного тока и набор связанных устройств, включая двигатели и счетчики для измерения потребляемой энергии постоянного тока. Однако возникла проблема. Тогда не было возможности преобразовать напряжение постоянного тока в более высокие или более низкие значения.Чтобы быть безопасным для использования в домах и на фабриках, генераторы постоянного тока были разработаны для выработки электроэнергии при низком напряжении. Обратной стороной было то, что это означало, что потери при передаче от генератора к потребителю были высокими. Эдисон решил, что это приемлемый компромисс, но он ограничил расстояние между генератором и потребителями до менее одного-двух километров.

В другом лагере у Теслы было секретное оружие, известное как трансформатор. Это простая конструкция из железных сердечников и медных обмоток, которая позволяет преобразовывать напряжение в большую или меньшую сторону.Ограничение состоит в том, что трансформаторы работают только с электричеством переменного тока.

С помощью трансформаторов Tesla могла повысить выходную мощность генератора до тысяч вольт для передачи с низкими потерями на большие расстояния, а затем снова снизить напряжение до безопасных значений для окончательной доставки потребителю.

На карту было поставлено очень многое, в том числе гонорары за патенты и право электрифицировать города Соединенных Штатов. Бушующее сражение было названо Войной течений.

Чувствуя, что против него накатывается волна битвы, Эдисон изменил тактику и начал кампанию дезинформации, чтобы доказать, что переменный ток опасен.Чтобы доказать свою точку зрения, он устроил публичную казнь бездомных собак, кошек и лошадей электрическим током.

Эти стычки продолжались во время подготовки к событию в Чикаго, пока не была объявлена ​​победа лагеря Tesla AC. Они получили контракт на электрификацию ярмарки. Отсюда все было с переменным током, и окончательная ставка на землю заключалась в электрификации уличных фонарей в городе Буффало в 1896 году с помощью переменного тока, подаваемого от гидроэлектрических генераторов на Ниагарском водопаде.

Распределение электроэнергии переменного тока царит более 100 лет.Но среди нас происходит тихое восстание. Наши компьютеры, машины, светодиоды и электромобили работают на постоянном токе. И в крайних случаях, когда электричество распределяется на тысячи километров от одного региона к другому, инженеры обнаружили, что потери в линии электропередачи на миллион вольт ниже, если по ней проходит постоянный ток, а не переменный.

Еще раз, трансформатор — секретное оружие, но на этот раз работающее на постоянном токе. Эти новые трансформаторы представляют собой электронные схемы, которые преобразуют постоянные токи вверх и вниз по спектру от нескольких вольт до миллиона и более.Более легкие и компактные, чем традиционные, трансформаторы постоянного тока упрощают интеграцию ветровой и солнечной электроэнергии в сеть, а также снижают вероятность каскадных отказов, передаваемых из одного региона производства электроэнергии в другой.

В ближайшие десятилетия мы можем увидеть восстание в Вашингтоне. На этот раз не военными действиями — я не предсказываю публичных казней бродячих кошек электрическим током. Вместо этого это будет тонкий, постепенный процесс. Но на рубеже следующего столетия Эдисон вполне может одержать окончательную победу.

---

Эта колонка Алана Финкеля представляет собой отрывок из следующего печатного выпуска журнала Cosmos, который будет доступен во всех хороших газетных киосках и музеях в октябре.

История битвы Теслы и Эдисона также будет рассказана в фильме «Текущая война», с Кэтрин Уотерстон и Бенедиктом Камбербэтчем в главных ролях, который будет показан в кинотеатрах к праздникам.

Связанное чтение: Тесла построил революционный автомобиль?

.