Источник переменного напряжения на схеме: Схема источника переменного тока — RadioRadar — Светодиодные светильники и корпуса для светильников купить оптом в Москве

Источник переменного напряжения на схеме: Схема источника переменного тока — RadioRadar

Содержание

каким символом обозначается на электроустановках

Для успешной работы с электроустройствами требуется не только умение справляться с различными задачами по монтажу и ремонту, но и умение читать и понимать электрические схемы. Для унификации и облегчения понимания все элементы схем стандартизированы. Разные государства, а, порой, и разные предприятия могут иметь частично или полностью свою систему обозначений. Справедливости ради стоит отметить, что различия в обозначениях тока несущественны и большой путаницы практически никогда не возникает. Напряжение питания (или ток) имеет две основополагающие характеристики: величину и частоту. Если с первым параметром вопросов почти не возникает, то на втором следует остановиться подробнее.

Переменный ток в широком понимании

Что такое переменный ток

Напряжение может быть как постоянным, так и изменять свое мгновенное значение в каждый отрезок времени. При этом может изменяться не только величина параметра, но и его направление. В большинстве случаев переменный ток подразумевает изменение по синусоидальному закону и имеет знакопеременную величину. Это всем известное напряжение в бытовой и промышленных сетях электропитания. В более широком смысле напряжение может изменять свое значение без смены полярности.

Те, кто более глубоко знаком с электротехникой, могут сказать, что в данном случае речь идет о переменном напряжении с некоторой постоянной составляющей. Достаточно установить последовательно в цепь конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую, и на выходе получится знакопеременный электрический ток.

Обозначения на электрических схемах

Для однозначного толкования электрических схем разработана система графических обозначений. Она несколько меняется в разных странах, но общие принципы обозначений сохраняются. Переменный или постоянный ток обозначается строго определенными символами, чтобы избежать путаницы, неопределенности и неверного понимания.

В странах постсоветского пространства принято обозначение переменного тока графическим символом, который представляет собой отрезок синусоиды, поскольку под переменным в большинстве случаев подразумевается именно тот, который изменяется по синусоидальному закону.

Условное графическое обозначение

Иногда можно встретить равнозначное изображение в виде двух отрезков синусоиды. Такие обозначения полностью взаимозаменяемы. В отличие от них, обозначение постоянного тока имеет вид двух параллельных линий.

Условные графические символы используются для обозначения клемм питания, а также совместно с некоторыми другими обозначениями, например, для характеристики генератора или потребителя.

Генератор переменного напряжения и потребители

Зарубежная литература использует иной принцип обозначения. В основном используется аббревиатура от английских слов «Alternating current» – переменный ток и «Direct current» – постоянный ток. Соответственно, сокращения имеют вид AC и DC.

В некоторых случаях, кроме типа тока или напряжения, требуется добавлять информацию о их частоте, величине и количестве фаз. На схемах такие обозначения интуитивно понятны. К примеру, надпись 3 ~ 50Гц 220В может говорить только об одном, что используется трехфазное переменное напряжение 220 В с частотой 50 Гц.

В современных обозначениях зачастую встречается комбинация отечественной и зарубежной символики.

Измерительные приборы и электрооборудование

На электроизмерительных приборах можно видеть те же условные знаки, что и на электросхемах. В данном случае они говорят, с каким родом напряжения или тока может работать измерительный прибор. Для тех приборов, которые предназначены для работы в узкой области, символы рода тока или напряжения могут располагаться непосредственно на указателе (стрелочном индикаторе). Универсальные измерительные устройства снабжены переключателем рода и пределов измерений, поэтому все обозначения находятся возле соответствующих позиций.

Комбинированный измерительный прибор

Распространенные цифровые тестеры имеют следующие обозначения:

ACA или ≈A – режим измерения переменного тока;
DCA или =А – режим измерения постоянного тока;
ACV или ≈V – режим измерения переменного напряжения;
DCV или =V – режим измерения постоянного напряжения.

Для электрического оборудования род питания указывается на шильдике или бирке. Устройства, где комбинированное питание, имеют на бирке знак переменного тока в виде отрезка синусоиды и одну горизонтальную черту.

Обозначение смешанного тока

Англоязычные производители для обозначения смешанного или комбинированного питания используют аббревиатуру AC/DC.

Практически всегда возле символа напряжения или тока указывается его величина: отдельно для переменного и отдельно для постоянного тока.

Особую символику можно увидеть на шильдике двигателей переменного напряжения. Там, кроме его рода, указывается еще и схема включения (звезда или треугольник) и величина питающего напряжения для каждого из вариантов.

Кроме этого двигатели характеризуются мощностью (током потребления) и величиной COSϕ, которая характеризует реактивную мощность потребителя. Эти данные также присутствуют на бирке изделия.

Информация по значению и роду питания важна для безопасности и правильного функционирования устройств. Для устранения ошибочного и непреднамеренного включения устройств к несоответствующим источникам питания, кроме условных обозначений, добавляется механическая защита. Так, вилки шнуров питания аппаратуры, использующей переменный ток, имеют иную форму штырей, чем для постоянного, что не допускает возможность неправильного подключения.

Видео

Оцените статью:

Источник постоянного и переменного напряжения (В-24)

Руководство по эксплуатации

Настоящее руководство по эксплуатации (РЭ) предназначено для ознакомления потребителя с устройством, работой и правилами эксплуатации источника постоянного и переменного напряжения В-24 (далее — источник питания).
РЭ содержит сведения о конструкции, характеристиках источника питания, его составных частях и указания, необходимые для правильной эксплуатации источника питания и оценки его технического состояния при определении необходимости его отправки в ремонт, а также сведения об утилизации источника питания.
Источник питания является техническим устройством, в котором используется напряжение 220 В, 50 Гц. Поэтому перед началом работы с ним обслуживающий персонал должен пройти специальную подготовку, а также внимательно изучить настоящее РЭ.

1. Описание изделия

1.1. Назначение изделия
1.1.1. Источник питания предназначен для питания регулируемым переменным и постоянным током электрических схем при проведении демонстрационных работ на уроках физики в общеобразовательной школе.

1.1.2. Условия эксплуатации источника питания:
— температура воздуха от +15 до +35 C;
— относительная влажность воздуха при 20 C — до 80%;
— атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст.).

1.2. Технические характеристики
— Питание от сети 220 В, 50 Гц;
— Выходные плавно регулируемые напряжения:
— переменное от 0 до (30+3) В с током нагрузки до 7А;
— постоянное (пульсирующее)от 0 до (30+3) В с током нагрузки до 7А;
— Максимальная потребляемая мощность — не более 300 ВА;
— Габаритные размеры — не более 150×230×290мм;

— Масса — не более 10 кг.

1.3. Комплектность
— источник питания;
— руководство по эксплуатации;
— комплект ЗИП;
— упаковка.

1.4. Устройство и работа
1.4.1. В состав источника питания входят регулируемый трансформатор и понижающий трансформатор, выполненные на тороидальных сердечниках, и двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах. Регулировка выходного напряжения производится путем изменения напряжения, подаваемого с регулируемого трансформатора на понижающий трансформатор. Для индикации значений тока нагрузки служит амперметр, для индикации выходного напряжения — вольтметр.
Конструктивно источник питания выполнен в виде переносного блока в металлическом корпусе. На верхней панели расположена ручка для переноса. На передней панели размещен вольтметр и амперметр, зажимы для подключения нагрузки, сетевой выключатель, совмещенный с индикатором включения прибора и ручка плавной регулировки выходных напряжений, вокруг которой нанесена круговая шкала с делениями через 5 В для ориентировочной установки напряжения переменного тока. На задней стенке прибора расположены сетевой предохранитель и автомат токовой защиты выходных цепей.

2. Использование по назначению.

2.1. Эксплуатационные ограничения
2.1.1. Не допускается использовать источник питания в условиях эксплуатации, отличных от тех, которые указаны в пункте 1.1.2. После пребывания источника питания в условиях пониженной температуры необходимо выдержать его в упаковке производителя при комнатной температуре не менее двух часов, после пребывания в условиях повышенной влажности — не менее трех часов.

2.1.2. Необходимо бережно обращаться с источником питания, нельзя подвергать его ударам, перегрузкам, воздействию грязи.
2.2. Меры безопасности
2.2.1. При эксплуатации источника питания следует учитывать вид опасности от поражения электрическим током напряжением 220 В частотой 50 Гц.
2.2.2. Работать с источником питания разрешается только лицам, обученным «Правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ)», утвержденным Госэнергонадзором 12.04.69, и прошедшим проверку знаний указанных правил на квалификационную группу не ниже III для установок напряжением до 1000 В.
2.2.3. Источник питания должен подключаться к питающей сети через распределительный щит, снабженный устройством защитного отключения.
2.3. Подготовка к работе
2.3.1. Выполнить требования пунктов 2.1, 2.2.
2.3.2. Произвести внешний осмотр источника питания с целью определения отсутствия повреждений его корпуса.
2.3.3. Подключить к зажимам источника питания нагрузку в соответствии с требуемой схемой. При этом для получения постоянного напряжения нагрузку необходимо подключить к зажимам «+» и «-», а для получения переменного — к зажимам «~».
2.3.4. Установить ручку плавной регулировки напряжения в положение, соответствующее требуемому значению напряжения на выходе источника питания (ориентируясь по делениям шкалы, расположенной вокруг ручки).
2.4. Использование изделия
2.4.1. Произвести подготовку к работе согласно требованиям пункта 2.3.
2.4.2. Включить сетевой выключатель. При этом должен загореться индикатор включения источника питания.
2.4.3. При необходимости, отрегулировать выходное напряжение источника питания с помощью ручки плавной регулировки, контролируя его значение по вольтметру.
2.4.4. При необходимости, измерить значение тока нагрузки на амперметре источника питания (амперметр измеряет потребляемый ток только по выходу постоянного напряжения).

2.4.5. Провести необходимые работы с использованием источника питания.
2.4.6. После окончания работы выключить сетевой выключатель. При этом должен погаснуть индикатор включения источника питания.
ВНИМАНИЕ! ВСЕ КОММУТАЦИИ В СХЕМЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ, В ТОМ ЧИСЛЕ И СВЯЗАННЫЕ С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ И ОТКЛЮЧЕНИЕМ ОТ НЕГО НАГРУЗКИ, НЕОБХОДИМО ПРОИЗВОДИТЬ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮЧЕННОМ ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ
2.4.7. Возможные неисправности и способы их устранения:
2.4. Хранение прибора.
Хранить прибор в сухом, отапливаемом помещении.

Источники переменного тока — Энциклопедия по машиностроению XXL

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы). Источники переменного тока более распространены, так как обладают рядом технико-экономических преимуществ. Сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы постоянного тока. Однако в некоторых случаях (сварка на малых токах покрытыми электродами и под флюсом) при питании переменным током дуга горит неустойчиво, так как через каждые 0,01 с напряжение и ток дуги проходят через нулевые значения, что приводит к временной деионизации дугового промежутка. Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении при его применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку на прямой и обратной полярностях и т. д. Последнее вследствие большего тепловыделения в анодной области дуги позволяет проводить сварку сварочными материалами с тугоплавкими покрытиями и флюсами [c.188]
Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока — сварочные трансформаторы и источники постоянного тока — сварочные генераторы с приводом от электродвигателя (сварочные преобразователи), сварочные генераторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания (сварочные агрегаты) и полупроводниковые сварочные выпрямители. [c.56]

Источники сварочного тока. Для сварки под флюсом применяют источники переменного и постоянного тока с пологопадающей характеристикой. Используют преимущественно источники переменного тока в связи с большей экономичностью и хорошей устойчивостью горения дуги под флюсом. Для этой цели серийно выпускают трансформаторы ТСД-500-1, ТСД-1000-4 и ТСД-2000 в однокорпусном исполнении, со встроенными дросселями, с дистанционным управлением. [c.73]

ВХОДЯЩИХ В комплект поставки электрических, имитаторов, представляющих собой линейные проводники, подключаемые к источнику переменного тока. Протекание тока по проводнику имитирует магнитное поле, обусловленное дефектом.

[c.184]

Рассмотрим методику упрощенного расчета пробивного напряжения при тепловом пробое. Пусть пластинка однородного диэлектрика, обладающего потерями, находится между двумя электродами, как показано на рис. 4-П. К электродам от достаточно мош,кого источника переменного тока прикладывается напряжение, которое можно увеличивать до пробивного. Рассеиваемая в диэлектрике мощность будет определяться выражением (3-S). [c.69]

Исследуемые металлические образцы, помещенные в вакуум или в среду защитных газов, нагреваются также за счет теплового действия электрического тока, подводимого к ним непосредственно. По характеру передачи электрического тока к образцам можно выделить два основных способа контактный и бесконтактный. При контактном нагреве образец непосредственно присоединяют к источнику переменного тока промышленной частоты (50 Гц) низкого напряжения. Использование постоянного тока нерационально, поскольку вследствие электролиза может происходить перенос содержащихся в образце примесей, в частности углерода, что изменяет химический состав образца по его длине. Скорость контактного нагрева образца зависит от величины его электрического сопротивления и эффективного значения пропускаемого тока /дф, протекающего через образец. Количество выделяющегося в образце тепла может быть определено из уравнения Ленца—Джоуля

[c.75]

В крупных и многошпиндельных электро-импульсных станках применяют регуляторы с гидравлическим приводом, работающим более точно, чем электрические регуляторы. Разность между стабильным напряжением, снимаемым с отдельного источника, и напряжением на электродах станка, подается на соленоид, который управляет перемещением золотника гидроцилиндра. На соленоиде предусматривается дополнительная обмотка, питаемая от источника переменного тока. Перемещение золотника, а вместе с ним — поршня и штока гидроцилиндра и соединенного с ним шпинделя станка с инструментом определяется суммарным воздействием на соленоид указанных двух обмоток. [c.154]

Сельсин аналогичен трехфазному асинхронному двигателю. Он имеет статор и ротор. На статоре размещены под углом 120 три обмотки, соединенные между собой. Другие концы обмоток статора сельсина-датчика 1 соединены с обмотками статора сельсина-приемника 2. Роторы сельсинов имеют по два полюса, обмотки которых соединены между собой последовательно, а вторые концы выведены на контактные кольца на роторе. С помощью щеток через них подводится к роторам напряжение. Если обмотки роторов подсоединить к одному и тому же источнику переменного тока, то в обмотках статоров обоих сельсинов индуктируется э. д. с., равная, но противоположно направленная друг другу. Тока в обмотках при этом не будет и роторы будут находиться в равновесном состоянии. Равно- [c.207]

Передача включает задающий сельсин 8, источник переменного тока 9, фазовый индикатор 7, усилитель 6, регулируемый двигатель постоянного тока 4, реечные колеса 2 и 5, сельсин обратной связи 1 и рейку 3 стола станка. Как видно из схемы, ротор сельсина обратной связи получает вращение от рейки стола станка во время его перемещения, которое осуществляется электродвигателем 4. Обмотки статоров обоих сельсинов питаются от одного и того же источника переменного тока частотой 200 Гц. Концы обмоток роторов, в которых индуктируется однофазный переменный ток той же частоты, подключены к фазовому индикатору 7. Он непрерывно сравнивает фазы напряжений обоих сельсинов и вырабатывает управляющий сигнал в виде напряжения, пропорционального разности фаз. Это напряжение после усиления используется для управления скоростью вращения электродвигателя 4. Стол станка будет перемещаться до тех пор, пока имеется несовпадение угловых положений роторов. Такой способ управления работой станка носит название способа фазовой модуляции. [c.208]

Обмотка катушки I подключена к источнику переменного тока. На раздвоенные полюсы статора синхронного мотора 2 насажены два кольца 3, чем достигается сдвиг фаз между магнитным потоком полюсов без колец и магнитным потоком полюсов с кольцами. В результате получается вращающееся поле, и ротор 4, помещенный в это поле, начинает вращаться, постепенно доходя до синхронной скорости. Движение ротора через систему зубчатых колес передается барабану 5, в котором заключена пружина. Закрученная пружина сообщает вращающий момент валу Ь, который передает движение колесной системе прибора. Чтобы обезопасить пружину от чрезмерного напряжения, устанавливается останов 6, который ограничивает число оборотов барабана 5 при заводе. Вал Ь вращается с постоянным движущим моментом, так как мотор 2 постоянно включен в сеть. Таким образом, пружина в барабане 5 все время закручена. [c.160]

Величины наименьших напряжений холостого хода (или максимальных напряжений на характеристике типа 2) источника постоянного тока 35—40 в при работе металлическим электродом и 50—60 в при работе угольным, а для источника переменного тока —55—60 в. [c.276]

Одним из основных направлений в развитии электроэнергетики с введением в жизнь трехфазной системы токов становится применение все более мощных генераторов электрической энергии. На электрических станциях основным видом источника переменного тока делается синхронный генератор с приводом от паровой или гидравлической турбины [34]. [c.80]

Специфика производства в большинстве случаев требует применения при автоматической сварке источников постоянного тока, а комплектование выпускаемых сварочных установок, как правило, производится источниками переменного тока. Выпускаемое оборудование тракторного типа во многих случаях не позволяет эффективно использовать его из-за больших габаритов и веса, малой универсальности. [c.19]

Величина тока, протекающего через тиратрон, зависит от анодного напряжения и сопротивления анодной цепи. Падение напряжения в работающем тиратроне не зависит от величины тока (табл. 40). При присоединении анодной цепи тиратрона к источнику переменного тока средняя величина выпрямленного тока будет зависеть от продолжительности разряда за период. В практике применяются фазовый и пиковый способы управления анодным током. [c.367]

Напряжение от источника переменного тока подается на трансформаторы, включенные соответственно в цепи конденсаторов i и Сг и кенотронных выпрямителей Ki и Ко- С помощью выпрямителей за один полупериод происходит зарядка конденсаторов дО полного напряжения трансформаторов. В этот момент рентгеновская трубка не работает. В следующий полупериод при изменении знаков на выводах трансформаторов их напряжение будет суммироваться с напряжением конденсаторов, и рентгеновская трубка окажется под напряжением четырех последовательно соединенных элементов схемы, состоящей из двух трансформаторов 300 [c.300]

Источниками постоянного тока при ручной и механизированной сварке и наплавке являются преобразователи, выпрямители и агрегаты с приводом от двигателя внутреннего сгорания (табл. 2—4) источниками переменного тока — сварочные трансформаторы (табл. 5). [c.89]

Две ветви моста—конденсаторы. Один из них—магазин емкостей С а, другой— измеряемый конденсатор С /—источник переменного тока определенной частоты, Г—телефон. [c.163]

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы). [c.225]

По роду тока в сварочной цепи различают источники переменного тока — сварочные однофазные и трехфазные трансформаторы, специализированные установки для сварки алюминиевых сплавов, а также источники постоянного тока — сварочные выпрямители и генераторы с приводами различных типов. По количеству обслуживаемых постов могут быть однопостовые и многопостовые, а по применению — общепромышленные и специализированные источники питания. [c.95]

Напряжение холостого хода источника переменного тока, В [c.68]

Источники с постовыми полупроводниковыми устройствами могут быть выполнены с использованием силовых вентилей — тиристоров и транзисторов. Различают постовые выпрямительные блоки, подключенные к общему источнику переменного тока, и постовые регуляторы, питающиеся от выводов постоянного тока многопостового выпрямителя. Источник с постовыми выпрямительными блоками имеет общий понижающий трансформатор. Наличие в постовом блоке обратных связей по напряжению и току позволяет сформировать как жесткие стабилизированные, так и крутопадающие характеристики, т.е. такие источники питания могут использоваться для ручной и механизированной сварки, а также как универсальные. На рис. 5.19 приведена схема четырех- [c.135]

При сварке трехфазной дугой ток от трех фаз источника переменного тока подводится к двум электродам и свариваемому металлу (рис. 7.2, в). Количество выделяемой теплоты и соответственно [c.198]

Рекомендуемая полярность постоянного тока Напряжение холостого хода источника переменного тока, В 4J S я X т о постоянного тока Напряжение холостого хода источника переменного тока, В О S S S а >8 о [c.38]

Ручную дуговую сварку вольфрамовым электродом ведут на специально для этого разработанных установках типа УДГ. При других условиях питание дуги при сварке неплавящимся электродом может осуществляться от других источников переменного тока. Использование источников переменного тока связано с тем, что при сварке постоянным током обратной полярности допустим сварочный ток небольшой величины из-за возможного расплавления электрода, а при сварке постоянным током прямой полярности не происходит удаления окисной пленки с поверхности алюминия. Расход аргона составляет 6. .. 15 л/мин. При переходе на гелий расход газа увеличивается примерно в 2 раза. Напряжение дуги при сварке в аргоне 15. .. 20 В, а в гелии 25. .. 30 В. Рекомендуемые режимы сварки приведены в табл. 12.3. [c.443]

Иапряшсчнн холостого хода источника переменного тока, Ji [c.105]

Токомак. Рассмотрим систему токамак по исследованию управляемого термоядерного синтеза (рис. 7.1), принцип работы которой аналогичен принципу работы трансформатора. Действительно, первичная обмотка 1 сердечника 2 питается от источника переменного тока, а вторичная обмотка — замкнутая тороидальная камера 4 — заполнена плазмой (смесью дейтерия и трития). [c.283]

Высокой производительностью, компактностью и высоким к. п. д. отличаются и генераторыСС (рис. 88), получившие распространение в станках средней мощности. В отличие от предыдущих, питание в них осуществляется от источника переменного тока 1 промышленной частоты, а в качестве токоограничивающего элемента использован конденсатор 2, поставленный перед выпрямителем 3. Конденсатор не только регулирует скорость зарядки, без чего трудно было бы поддерживать импульсный характер процесса, но и накапливает энергию в те моменты, когда напряжение источника велико, и отдает ее, когда напряжение мало. [c.150]

ГОСТ 6731—68). Для соединения электро-додержателя с источником переменного тока 127 в или постоянного — 220 в. Номинальные сечения 16 25 35 50 70 95, 120 и 150 мм»-. Длина не менее 100 м. Маломерные отрезки длиной не менее 18 ж в количестве не более 10%. Изготовляют с медными и алюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией, в резиновой шланговс оболочке. [c.149]

Ультразвуковые дефектоскопы обычно работают на частотах ультразвука от 0,5 до нескольких мегагерц в частности, дефектоскоп УЗД-7М имеет рабочие частоты ультразвуковых колебаний 2,5 и 0,8 мггц. Ультразвуковые дефектоскопы, применяемые для обнаружения дефектов в металле паровых котлов, получают питание от источника переменного тока с напряжением 12 в. Потребляемая аппаратом мощность колеблется от 50 до 100 вт (УЗД-7М). [c.363]

На фиг. 17 изображена принципиальная электрическая схема тахогенератора переменного тока. Обмотка возбуждения (о.в.) предназначена для подключения к источнику переменного тока. Выходн.- я обмотка (о. вых.) предназначена для подключения к нагрузке, которая обычно является высокоомным активным сопротивлением. При вращении ротора посто-ронниы двигателем в нем наводится э. д. с. вращения, которая вызывает в теле ротора ток, создающий пульсирующий магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитной осью выходной о6 [c.498]

Питание осуществлялось от источника переменного тока. Подсоединение к трубам на входе и выходе из рабочего участка и к источнику тока производилось с помощью фланцев, приваренных к обоим концам трубы. Отдельные детали этих соединений можно видеть на фиг. 3. Температура внешней поверхности стенки трубы измерялась с помощью хромельалюмелевых термопар, прикрепленных вдоль нижней образующей трубы. Между термопарами и трубой прокладывались кусочки тончайшей слюды (толщиной [c.283]

Соленоидный электромагнитный клапан (показывается в натуре или на схеме) состоит из корпуса с отверстием во внутренней перегородке — седлом, прикрываемым тарелкой клапана. Тарелка клапана соединена с сердечником, верхний конец кото-рогб окружен электромагнитной катушкой. В выводным концам катушки через клеммы подключают источник переменного тока. При замыкании электрической цепи образуется магнитное поле вокруг сердечника, втягивающее сердечник вверх (внутрь катушки), а поднимающийся клапан пропускает газ. Если произойдет размыкание электрической цепи, то сердечник вместе с клапаном упадет на седло и отсечет поступление газа. [c.141]

Переносной магнитный 77ПМД-ЗМ Детали диаметром до 90 мм плоские, шириной до 200 мм Питание источник постоянного тока 24 В (мощность 200 В А) источник переменного тока 220 В (мощность 700 В А) 636X380X210 [c.365]

Кроме традиционных источников питания дуги (см. гл. 4) для ручной дуговой сварки начинают применяться бестрансформаторные инверторные источники переменного тока. При достаточно большой мощности они имеют малые габариты и массу. Например, инвертор шведской фирмы ESAB обеспечивает силу сварочного тока 5…250 А, имеет массу 20 кг и размеры 450 х 350 х 300 мм. [c.111]

Источник тока также является источником напряжения?

Вы попросили некоторые практические применения токовых петель. Вот несколько Некоторые из них являются историческими, а некоторые все еще используются сегодня.

Ранний Телетайп , таких как модель 15, использовались токовые петли 60 мА между машинами. Более поздние модели, такие как Модель 33, использовали петли 20 мА. Преимущество в обоих случаях заключается в том, что вы можете прокладывать линии на несколько миль между машинами без необходимости использования каких-либо повторителей, поскольку постоянный ток преодолевает любые потери из-за сопротивления линий. Конечно, падение напряжения на этих расстояниях увеличивалось с увеличением расстояния, и некоторые линии работали при напряжении питания до 125 В.

Другое преимущество состоит в том, что вы можете добавлять дополнительные машины последовательно с другими в любом месте контура, и источник питания автоматически компенсирует это путем повышения напряжения, управляющего петлей.

Эти петли телетайпа использовали отсутствие тока для условия «пробел» и наличие тока в линии для «отметки». Так как условие расстояния (без данных) было условием по умолчанию, это уменьшало потребление энергии в цепях электропитания большую часть времени.

Модели Teletype модели 33 широко использовались в качестве компьютерных терминалов для миникомпьютеров в 1970–1980-х годах, и поэтому большинство из них оснащались интерфейсом 20 мА. Даже у оригинальной последовательной карты для IBM PC были условия для интерфейса токовой петли.

MIDI является еще одним примером интерфейса текущего цикла. Использует 5 мА.

Другой тип токовой петли был и все еще используется в некоторых местах для измерительных приборов. Это называется токовая петля 4-20 мА (также используется 10-50 мА). В отличие от постоянного тока в контурах, обсуждаемых выше для отправки цифровых данных, контуры 4-20 мА используются для передачи показаний прибора, таких как давление, температура, уровень, расход, pH или другие переменные процесса. Обычно 4 мА соответствует показанию 0, а 20 мА соответствует показанию полной шкалы. Таким образом, если бы полная шкала прибора составляла 160, каждое увеличение тока на 100 мкА означало бы увеличение на единицу в показаниях.

Устройство, известное как передатчик, используется для преобразования показаний в переменный ток. Современные довольно сложны .

Как и цифровые шлейфы 20 мА и 60 мА, преимущество токовых шлейфов 4-20 мА состоит в том, что они могут работать по телефонной паре, например, на большие расстояния.

Причина, по которой они начали с 4 мА вместо 0 мА, заключается в том, что последний использовался для индикации неисправности (разомкнутый контур).

Реальные источники тока или реальные источники напряжения

Источник питания – HiSoUR История культуры

Источник питания – это электрическое устройство, которое подает электрическую энергию на электрическую нагрузку. Основной функцией источника питания является преобразование электрического тока из источника в правильное напряжение, ток и частоту для питания нагрузки. В результате источники питания иногда называются преобразователями электроэнергии. Некоторые источники питания представляют собой отдельные автономные компоненты оборудования, а другие встроены в нагрузочные устройства, которые они питают. Примеры последних включают источники питания, имеющиеся на настольных компьютерах и устройствах бытовой электроники. Другие функции, которые могут выполнять источники питания, включают в себя ограничение тока, наносимого нагрузкой, на безопасные уровни, выключение тока в случае электрической неисправности, кондиционирование питания для предотвращения появления электронных помех или перенапряжений на входе от нагрузки, факторную коррекцию и сохранение энергии, чтобы она могла продолжать подавать нагрузку в случае временного прерывания источника питания (источник бесперебойного питания).

Все источники питания имеют входное напряжение питания, которое получает энергию в виде электрического тока от источника и одно или несколько соединений выходной мощности, которые подают ток на нагрузку. Источник питания может поступать от электрической сети, такой как электрическая розетка, устройства хранения энергии, такие как батареи или топливные элементы, генераторы или генераторы переменного тока, преобразователи солнечной энергии или другой источник питания. Входы и выходы обычно представляют собой проводные схемы, хотя некоторые источники питания используют беспроводную передачу энергии для питания своих нагрузок без проводных соединений. Некоторые источники питания также имеют другие типы входов и выходов для таких функций, как внешний мониторинг и управление.

Основная классификация

функциональная
Источники питания классифицируются по-разному, в том числе по функциональным функциям. Например, регулируемый источник питания – это тот, который поддерживает постоянное выходное напряжение или ток, несмотря на изменения тока нагрузки или входного напряжения. И наоборот, выход нерегулируемого источника питания может значительно измениться при изменении входного напряжения или тока нагрузки. Регулируемые источники питания позволяют запрограммировать выходное напряжение или ток с помощью механических элементов управления (например, ручек на передней панели источника питания) или с помощью управляющего входа или обоих. Регулируемый регулируемый источник питания – это регулируемый и регулируемый. Изолированный источник питания имеет выходную мощность, электрически не зависящую от входной мощности; это контрастирует с другими источниками питания, которые имеют общее соединение между входом и выходом питания.

упаковка
Источники питания упакованы по-разному и классифицируются соответствующим образом. Блок питания для настольных компьютеров представляет собой автономный настольный блок, используемый в таких приложениях, как проверка цепи и разработка. Источники питания с открытым каркасом имеют только частичный механический корпус, иногда состоящий только из монтажной базы; они обычно встроены в оборудование или другое оборудование. Источники питания для монтажа в стойку предназначены для крепления в стандартные стойки электронного оборудования. Интегрированный блок питания – это тот, который имеет общую печатную плату с нагрузкой. Внешний источник питания, адаптер переменного тока или блок питания – это блок питания, расположенный в шнуре питания переменного тока нагрузки, который подключается к сетевой розетке; стеновая бородавка – это внешний источник питания, встроенный в розетку. Они популярны в бытовой электронике из-за их безопасности; опасный ток сети 120 или 240 вольт преобразуется до более безопасного напряжения, прежде чем он попадет в корпус прибора.

Способ преобразования мощности
Источники питания можно разделить на линейные и коммутационные. Линейные преобразователи мощности напрямую обрабатывают входную мощность, при этом все активные компоненты преобразования энергии работают в своих линейных рабочих областях. При переключении преобразователей мощности входная мощность преобразуется в переменные или импульсы постоянного тока перед обработкой компонентами, которые работают преимущественно в нелинейных режимах (например, транзисторы, которые проводят большую часть своего времени при отсечке или насыщении). Питание «теряется» (преобразуется в тепло), когда компоненты работают в своих линейных областях и, следовательно, коммутационные преобразователи обычно более эффективны, чем линейные преобразователи, потому что их компоненты проводят меньше времени в линейных рабочих областях.

Линейные источники питания
Линейные источники следуют схеме: трансформатор, выпрямитель, фильтр, регулирование и выход.

Во-первых, трансформатор адаптирует уровни напряжения и обеспечивает гальваническую развязку. Схема, которая преобразует переменный ток в пульсирующий DC, называется выпрямителем, тогда они обычно несут схему, которая уменьшает пульсацию, как конденсаторный фильтр. Регулирование или стабилизация напряжения до заданного значения достигается с помощью компонента, называемого регулятором напряжения, который представляет собой не что иное, как систему управления замкнутым контуром («обратная связь»), которая на основе выходного сигнала схемы регулирует напряжение регулирующий элемент, который по большей части этот элемент является транзистором. Этот транзистор, который в зависимости от типа источника всегда поляризован, действует как регулируемый резистор, в то время как схема управления играет с активной областью транзистора, чтобы имитировать большее или меньшее сопротивление и, следовательно, регулировать выходное напряжение. Этот тип источника менее эффективен при использовании подаваемой энергии, поскольку часть энергии преобразуется в тепло в результате эффекта Джоуля в регулирующем элементе (транзисторе), поскольку он ведет себя как переменное сопротивление. На выходе этой ступени для достижения большей стабильности в пульсации есть вторая ступень фильтрации (хотя не обязательно, все зависит от требований к дизайну), это может быть просто конденсатор. Этот ток охватывает всю энергию схемы, так как этот источник питания должен учитывать некоторые конкретные моменты при определении характеристик трансформатора.

Коммутируемые блоки питания
Переключаемый источник – это электронное устройство, которое преобразует электрическую энергию путем переключения транзисторов. В то время как регулятор напряжения использует поляризованные транзисторы в своей активной области усиления, коммутируемые источники используют то же самое, что активно переключают их на высоких частотах (обычно 20-100 кГц) между разрезами (открытыми) и насыщенностью (закрытыми). Полученный квадратный сигнал применяется к трансформаторам с ферритовым сердечником (железные сердечники не подходят для этих высоких частот) для получения одного или нескольких напряжений. Выход переменного тока (AC), который затем выпрямляется (с быстрыми диодами) и фильтруется (индукторы и конденсаторы) для получения выходного напряжения постоянного тока. Преимущества этого метода включают меньший размер и вес сердечника, большую эффективность и, следовательно, меньшее нагревание. Недостатки по сравнению с линейными источниками заключаются в том, что они более сложны и генерируют высокочастотные электрические шумы, которые необходимо тщательно минимизировать, чтобы не создавать помех для оборудования вблизи этих источников.

Коммутируемые источники имеют схему: выпрямитель, переключатель, трансформатор, другой выпрямитель и выход.

Регулирование получается с помощью переключателя, обычно это ШИМ-схема (широтно-импульсная модуляция), которая изменяет рабочий цикл. Здесь функции трансформатора те же, что и для линейных источников, но их положение различно. Второй выпрямитель преобразует пульсирующий переменный сигнал, поступающий от трансформатора, в непрерывное значение. Выход может также быть конденсаторным фильтром или одним из типов LC.

Преимущества линейных источников – лучшее регулирование, скорость и лучшие характеристики ЭМС. С другой стороны, коммутаторы получают лучшую производительность, меньшую стоимость и размер.

Типы

источник постоянного тока
Источник питания постоянного тока – это источник постоянного напряжения постоянного тока. В зависимости от его конструкции источник питания постоянного тока может питаться от источника постоянного тока или от источника переменного тока, такого как сеть электропитания.

Питание от сети переменного тока
Источники питания постоянного тока используют электрическую сеть переменного тока в качестве источника энергии. Такие источники питания будут использовать трансформатор для преобразования входного напряжения в более высокое или низкое напряжение переменного тока. Выпрямитель используется для преобразования выходного напряжения трансформатора в переменное постоянное напряжение, которое, в свою очередь, пропускается через электронный фильтр, чтобы преобразовать его в нерегулируемое постоянное напряжение.

Фильтр удаляет большинство, но не все изменения напряжения переменного тока; оставшееся переменное напряжение известно как пульсация. Допуск электрической нагрузки на пульсацию диктует минимальный объем фильтрации, который должен быть обеспечен источником питания. В некоторых случаях допускается высокая пульсация, и поэтому фильтрация не требуется. Например, в некоторых приложениях зарядки аккумулятора можно реализовать источник питания постоянного тока с питанием от сети переменного тока с не более чем трансформатором и одним выпрямительным диодом с последовательно соединенным резистором с выходом для ограничения тока зарядки.

Электропитание с коммутируемым режимом
В блоке питания с включенным режимом (SMPS) сетевой вход переменного тока напрямую выпрямляется, а затем фильтруется для получения постоянного напряжения. Результирующее постоянное напряжение затем включается и выключается с высокой частотой с помощью электронных схем коммутации, создавая таким образом переменный ток, который будет проходить через высокочастотный трансформатор или индуктор. Переключение происходит на очень высокой частоте (обычно 10 кГц – 1 МГц), что позволяет использовать трансформаторы и фильтрующие конденсаторы, которые намного меньше, легче и дешевле, чем у линейных источников питания, работающих на частоте сети. После вторичной индуктивности или трансформатора высокочастотный AC выпрямляется и фильтруется для получения выходного напряжения постоянного тока. Если SMPS использует адекватно изолированный высокочастотный трансформатор, выход будет электрически изолирован от сети; эта особенность часто необходима для безопасности.

Источники питания с коммутируемым режимом обычно регулируются, и для поддержания постоянного напряжения на выходе питания используется контроллер обратной связи, который контролирует ток, потребляемый нагрузкой. Цикл переключения переключается с увеличением требований к мощности.

SMPS часто включают в себя функции безопасности, такие как ограничение тока или схему лома, чтобы защитить устройство и пользователя от вреда. В случае обнаружения аномальной сильноточной мощности, источник питания в режиме коммутации может считать, что это короткое замыкание и будет закрыто перед повреждением. Блоки питания ПК часто обеспечивают хороший сигнал питания материнской плате; отсутствие этого сигнала предотвращает работу, когда присутствуют аномальные напряжения питания.

Некоторые SMPS имеют абсолютное ограничение на их минимальный выходной ток. Они могут выводить выше определенного уровня мощности и не могут функционировать ниже этой точки. В условиях отсутствия нагрузки частота цепи отсечения мощности увеличивается до большой скорости, в результате чего изолированный трансформатор действует как катушка Тесла, вызывая повреждение из-за возникающих очень высоких импульсов мощности. Поставки в режиме ожидания с защитными схемами могут ненадолго включается, но затем выключается, когда обнаружение нагрузки не обнаружено. Очень небольшая малая маневровая нагрузка, такая как керамический силовой резистор или 10-ваттная лампочка, может быть подключена к источнику питания, чтобы он мог работать без присоединения первичной нагрузки.

Источники питания с коммутационным режимом, используемые на компьютерах, исторически имели низкие коэффициенты мощности и также были значительными источниками линейных помех (из-за индуцированных гармоник линии питания и переходных процессов). В простых источниках питания в режиме переключения входной каскад может искажать форму сигнала линейного напряжения, что может отрицательно повлиять на другие нагрузки (и привести к ухудшению качества питания для других пользователей), а также вызвать излишнее нагревание в проводах и распределительном оборудовании. Кроме того, клиенты несут более высокие счета за электричество при работе с более низкими коэффициентами мощности. Чтобы обойти эти проблемы, некоторые источники питания с коммутацией питания компьютера выполняют коррекцию коэффициента мощности и могут использовать входные фильтры или дополнительные ступени переключения для уменьшения помех линии.

Линейный регулятор
Функция линейного регулятора напряжения состоит в том, чтобы преобразовать переменное постоянное напряжение в постоянное, часто определенное, более низкое постоянное напряжение. Кроме того, они часто обеспечивают функцию ограничения тока для защиты источника питания и нагрузки от сверхтока (чрезмерный, потенциально разрушающий ток).

Постоянное выходное напряжение требуется во многих приложениях питания, но напряжение, обеспечиваемое многими источниками энергии, будет меняться в зависимости от изменения импеданса нагрузки. Кроме того, когда источником питания нерегулируемого источника питания является источник энергии, его выходное напряжение также будет меняться при изменении входного напряжения. Чтобы обойти это, некоторые источники питания используют линейный регулятор напряжения для поддержания выходного напряжения при постоянном значении, независимо от колебаний входного напряжения и импеданса нагрузки. Линейные регуляторы также могут уменьшить величину пульсации и шума на выходном напряжении.

Источники питания переменного тока
Источник питания переменного тока обычно принимает напряжение от настенной розетки (сеть) и использует трансформатор для повышения или понижения напряжения до желаемого напряжения. Может произойти и некоторая фильтрация. В некоторых случаях напряжение источника совпадает с выходным напряжением; это называется изолирующим трансформатором. Другие трансформаторы переменного тока не обеспечивают изоляцию сети; они называются автотрансформаторами; переменный выходной автотрансформатор известен как variac. Другие виды источников питания переменного тока предназначены для обеспечения почти постоянного тока, а выходное напряжение может меняться в зависимости от полного сопротивления нагрузки. В случаях, когда источником питания является постоянный ток (например, автомобильная аккумуляторная батарея), инвертор и повышающий трансформатор могут использоваться для преобразования его в переменную мощность. Портативная мощность переменного тока может быть обеспечена генератором переменного тока, работающим на дизельном или бензиновом двигателе (например, на строительной площадке, в автомобиле или на лодке или в резервной энергетике для аварийных служб), ток которой передается в схему регулятора, чтобы обеспечить постоянное напряжение на выходе. Некоторые виды преобразования переменного тока не используют трансформатор. Если выходное напряжение и входное напряжение одинаковы, и основной целью устройства является фильтрация мощности переменного тока, его можно назвать линейным кондиционером. Если устройство предназначено для обеспечения резервного питания, его можно назвать источником бесперебойного питания. Схема может быть спроектирована с топологией умножителя напряжения для прямого повышения мощности переменного тока; ранее такое приложение представляло собой приемник переменного / постоянного тока вакуумной трубки.

В современном использовании источники питания переменного тока можно разделить на однофазные и трехфазные системы. «Основное различие между однофазным и трехфазным переменным током – постоянство доставки». Источники питания переменного тока также могут использоваться для изменения частоты, а также напряжения, они часто используются производителями для проверки пригодности их продуктов для использования в других странах. 230 В 50 Гц или 115 60 Гц или даже 400 Гц для тестирования авионики.

адаптер переменного тока
Адаптер переменного тока – это блок питания, встроенный в сетевой вилку сетевого питания. Адаптеры переменного тока также известны под различными названиями, такими как «plug pack» или «plug-in adapter», или сленговыми терминами, такими как «wall wart». Адаптеры переменного тока обычно имеют один выход переменного или постоянного тока, который передается по кабельному кабелю к разъему, но некоторые адаптеры имеют несколько выходов, которые могут передаваться по одному или нескольким кабелям. «Универсальные» адаптеры переменного тока имеют взаимозаменяемые входные разъемы для подключения различных напряжений сети переменного тока.

Адаптеры с выходами переменного тока могут состоять только из пассивного трансформатора (плюс несколько диодов в адаптерах постоянного тока), или они могут использовать схему коммутационного режима. Адаптеры переменного тока потребляют энергию (и производят электрические и магнитные поля), даже если они не подключены к нагрузке; по этой причине их иногда называют «электрическими вампирами» и могут быть подключены к силовым полоскам, чтобы они могли удобно включаться и выключаться.

Программируемый источник питания
Программируемый источник питания – это тот, который позволяет осуществлять дистанционное управление его работой через аналоговый вход или цифровой интерфейс, такой как RS232 или GPIB. Контролируемые свойства могут включать в себя напряжение, ток, а в случае источников питания переменного тока – частоту. Они используются в самых разнообразных областях применения, включая автоматическое тестирование оборудования, мониторинг роста кристаллов, изготовление полупроводников и рентгеновские генераторы.

Программируемые источники питания обычно используют интегральный микрокомпьютер для управления и контроля работы источника питания. Источники питания, оснащенные компьютерным интерфейсом, могут использовать проприетарные протоколы связи или стандартные протоколы и языки управления устройствами, такие как SCPI.

Бесперебойный источник питания
Источник бесперебойного питания (ИБП) берет свое питание от двух или более источников одновременно. Обычно он питается от сети переменного тока, одновременно заряжая аккумуляторную батарею. Если есть отказ или отказ от сети, аккумулятор мгновенно берет на себя, так что нагрузка никогда не прерывается. Мгновенно здесь следует определить как скорость электричества внутри проводников, которая несколько близка к скорости света. Это определение важно, потому что передача высокоскоростных данных и услуг связи должна иметь непрерывность / отсутствие прерывания этой службы. Некоторые производители используют квазистандарт в 4 миллисекунды. Однако с высокоскоростными данными даже 4 мс времени при переходе от одного источника к другому не достаточно быстро. Переход должен выполняться в режиме перерыва до метода make. ИБП, удовлетворяющее этому требованию, называется ИБП True UPS или гибридный ИБП. Сколько времени ИБП будет обеспечивать, чаще всего основывается на батареях и в сочетании с генераторами. Это время может варьироваться от квази минимум от 5 до 15 минут до буквально часов или даже дней. Во многих компьютерных установках достаточно времени на батареи, чтобы дать операторам время, чтобы отключить систему в порядке. Другие схемы ИБП могут использовать двигатель внутреннего сгорания или турбину для подачи электроэнергии во время отключения электроэнергии, а время автономной работы зависит от того, сколько времени требуется, чтобы генератор находился на линии и критичность обслуживаемого оборудования. Такая схема находится в больницах, центрах обработки данных, колл-центрах, сотовых центрах и центральных офисах по телефону.

Высоковольтный источник питания
Высоковольтный источник питания – это один, который выводит сотни или тысячи вольт. Используется специальный выходной разъем, который предотвращает появление дуги, разрушение изоляции и случайный контакт с человеком. Разъемы Federal Standard обычно используются для приложений выше 20 кВ, хотя для более низкого напряжения могут использоваться другие типы разъемов (например, разъем SHV). Некоторые высоковольтные источники питания обеспечивают аналоговый вход или цифровой интерфейс связи, который может использоваться для управления выходным напряжением. Высоковольтные источники питания обычно используются для ускорения и манипулирования электронными и ионными пучками в оборудовании, таком как рентгеновские генераторы, электронные микроскопы и фокусированные столбцы ионного пучка, а также в ряде других приложений, включая электрофорез и электростатику.

Высоковольтные источники питания обычно применяют основную часть своей входной энергии к преобразователю мощности, который в свою очередь управляет множителем напряжения или высоким коэффициентом поворота, высоковольтным трансформатором или обоими (как правило, трансформатором с последующим умножителем) для получения высоких вольтаж. Высокое напряжение передается из источника питания через специальный разъем и также применяется к делителю напряжения, который преобразует его в низковольтный измерительный сигнал, совместимый с низковольтной схемой. Дозирующий сигнал используется контроллером с замкнутым контуром, который регулирует высокое напряжение путем управления входной мощностью инвертора, а также может быть передан из источника питания, чтобы внешние схемы могли контролировать выход высокого напряжения.

Биполярный источник питания
Биполярный источник питания работает во всех четырех квадрантах декартовой плоскости напряжения / тока, что означает, что он будет генерировать положительные и отрицательные напряжения и токи, необходимые для поддержания регулирования. Когда его выход управляется аналоговым сигналом низкого уровня, он эффективно представляет собой низкопроизводительный операционный усилитель с высокой выходной мощностью и бесшовными ноль-переходами. Этот тип источника питания обычно используется для питания магнитных устройств в научных приложениях. [Пример необходим]

Спецификация
Пригодность конкретного источника питания для приложения определяется различными атрибутами источника питания, которые обычно перечислены в спецификации источника питания. Обычно указанные атрибуты для источника питания включают:

Тип входного напряжения (переменный или постоянный ток) и диапазон
Эффективность преобразования мощности
Количество напряжения и тока, которое он может подавать на свою нагрузку
Насколько стабильно его выходное напряжение или ток находятся в разных условиях линии и нагрузки
Как долго он может подавать энергию без заправки или подзарядки (применяется к источникам питания, использующим переносные источники энергии)
Диапазоны температур эксплуатации и хранения

Обычно используемые сокращения, используемые в спецификациях источника питания:

SCP – защита от короткого замыкания
OPP – защита от перегрузки (перегрузки)
OCP – Защита от перегрузки по току
OTP – защита от перегрева
OVP – Защита от перенапряжения
UVP – защита от пониженного напряжения

Управление температурным режимом
Электропитание электрической системы имеет тенденцию генерировать много тепла. Чем выше эффективность, тем больше тепла отходит от устройства. Существует множество способов управления теплом блока питания. Типы охлаждения обычно делятся на две категории – конвекцию и проводимость. Общие методы конвекции для охлаждения электронных источников питания включают естественный поток воздуха, принудительный поток воздуха или другой поток жидкости по устройству. Общие методы охлаждения проводимости включают теплоотводы, холодные плиты и термические соединения.

Защита от перегрузки
Источники питания часто имеют защиту от короткого замыкания или перегрузки, которые могут повредить источник питания или вызвать пожар. Предохранители и автоматические выключатели являются двумя обычно используемыми механизмами защиты от перегрузки.

Предохранитель содержит короткую часть провода, которая плавится, если происходит слишком много тока. Это эффективно отключает питание от нагрузки, и оборудование перестает работать до тех пор, пока не будет обнаружена проблема, вызвавшая перегрузку, и замените предохранитель. В некоторых источниках питания используется очень тонкая проводная связь, спаянная на месте в качестве предохранителя. Предохранители в блоках питания могут быть заменены конечным пользователем, но предохранители в потребительском оборудовании могут потребовать инструментов для доступа и изменения.

Автоматический выключатель содержит элемент, который нагревает, изгибает и запускает пружину, которая отключает контур. Как только элемент остынет, и проблема будет обнаружена, выключатель может быть сброшен и питание восстановлено.

В некоторых блоках питания используется тепловой выключатель, заложенный в трансформаторе, а не предохранитель. Преимуществом является то, что он позволяет увеличить ток в течение ограниченного времени, чем устройство может поставлять непрерывно. Некоторые такие вырезы самовосстанавливаются, некоторые – только для одного использования.

Ограничение тока
В некоторых расходных материалах используется ограничение тока вместо отключения питания при перегрузке. Используемые два типа ограничения по току – это ограничение по электронному ограничению и полное сопротивление. Первый является обычным для лабораторных стендов, последний является общим при поставках менее 3 Вт.

Ограничитель тока обратной связи уменьшает выходной ток до гораздо меньшего, чем максимальный ток без тока.

Приложения
Источники питания являются фундаментальной составляющей многих электронных устройств и поэтому используются в самых разных областях применения. Этот список представляет собой небольшую выборку из многих приложений источников питания.

компьютеры
Современный компьютерный источник питания представляет собой источник питания с коммутационным режимом, который преобразует мощность переменного тока от сети, к нескольким постоянным напряжениям. Поставки переключающего режима заменяли линейные расходные материалы из-за увеличения стоимости, веса и размера. Разнообразный сбор выходных напряжений также имеет широко изменяющиеся требования к потреблению тока.

Электрические транспортные средства
Электрические транспортные средства – это те, которые полагаются на энергию, создаваемую в результате производства электроэнергии. Блок питания является частью необходимой конструкции для преобразования энергии аккумулятора высокого напряжения.

сварка
Дуговая сварка использует электричество для соединения металлов, плавя их. Электричество обеспечивается сварочным источником питания и может быть как переменным током, так и постоянным током. Дуговая сварка требует больших токов, обычно от 100 до 350 ампер. Некоторые типы сварки могут использовать всего 10 ампер, в то время как в некоторых случаях применения точечной сварки в течение очень короткого времени используются токи до 60 000 ампер. Источники сварки состояли из трансформаторов или двигателей, ведущих генераторы; современное сварочное оборудование использует полупроводники и может включать в себя микропроцессорное управление.

Самолет
Как коммерческие, так и военные авионические системы требуют либо постоянного тока, либо источника переменного / постоянного тока для преобразования энергии в полезное напряжение. Они могут часто работать на частоте 400 Гц в интересах экономии веса.

автоматизация
Это касается конвейеров, сборочных линий, считывателей штрих-кодов, камер, двигателей, насосов, полуфабрикатов и т. Д.

медицинская
К ним относятся вентиляторы, инфузионные насосы, хирургические и стоматологические инструменты, изображения и кровати.

Источники ЭДС и тока

Источниками энергии в электрической цепи может быть источник тока или источник ЭДС.

Источник ЭДС

Источник ЭДС характеризуется тем, что электродвижущая сила в нем не зависит от тока. Тогда напряжение на его зажимах будет определяться как

В идеальном источнике ЭДС, внутреннее сопротивление r_вн = 0, а ЭДС e = const, поэтому напряжение на зажимах не зависит от тока в нагрузке. Выразив из выражения для напряжения, r_вн получим

В реальном источнике, внутреннее сопротивление хотя и мало, но все же присутствует, поэтому имеется слабая зависимость напряжения от тока, которая изображается графически с помощью внешней характеристики источника ЭДС.

На схеме внутреннее сопротивление источника ЭДС выносится за обозначение источника. Причем необходимо указать положительное направление e самого источника.

Если условно отнести внутреннее сопротивление источника к сопротивлению нагрузки, то на схеме получим идеальный источник ЭДС.

Источник тока

В источнике тока, ток не зависит от напряжения на нагрузке. Ток источника определяется как

где g_вн это внутренняя проводимость источника тока. В идеальном источнике внутренняя проводимость равна нулю, а J = const. Но в реальном источнике, проводимость хотя и малая, но присутствует, поэтому ток зависит от напряжения на зажимах нагрузки. Как и в случае источника ЭДС, эту зависимость можно представить графически с помощью внешней характеристики источника тока.

На схеме источник тока изображается следующим образом

Если внутреннюю проводимость отнести к нагрузке, то на схеме получим идеальный источник тока.

Замена источников ЭДС и тока

Часто при решении задач, требуется заменить источник ЭДС источником тока, для этого необходимо разделить выражение для источника ЭДС на внутреннее сопротивление источника

В результате получим

где J – ток короткого замыкания источника, i₀ – ток протекающий через внутреннее сопротивление, i – ток нагрузки.

Проводимость полученного источника тока будет равна

Аналогичным образом возможна замена источника тока, источником ЭДС. В этом случае разделим выражение для источника тока на g_вн

Получим

Сопротивление полученного источника ЭДС равно

15.2: Источники переменного тока — Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

Объясните разницу между постоянным током (dc) и переменным током (ac)
Определение характеристик переменного тока и напряжения, например амплитуды или пика и частоты

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор в этой книге, особенно с использованием батарей, имеют источники постоянного напряжения.Таким образом, как только ток установлен, он становится постоянным. Постоянный ток (dc) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения.

Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (ac) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Переменный ток создается переменной ЭДС, которая генерируется на электростанции, как описано в разделе «Индуцированные электрические поля».Если источник переменного тока периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей.

Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые на предприятиях и дома, различаются по всему миру. В обычном доме разность потенциалов между двумя сторонами электрической розетки изменяется синусоидально с частотой 60 или 50 Гц и амплитудой 170 или 311 В, в зависимости от того, живете ли вы в США или Европе соответственно.Большинство людей знают, что разность потенциалов для электрических розеток составляет 120 В или 220 В в США или Европе, но, как объясняется далее в этой главе, эти напряжения не являются пиковыми значениями, приведенными здесь, а скорее связаны с обычными напряжениями, которые мы видим электрические розетки. На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока в США.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока.(б) Напряжение и ток в зависимости от времени сильно различаются для переменного тока. В этом примере, который показывает мощность переменного тока 60 Гц и время t в миллисекундах, напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Предположим, мы подключаем резистор к источнику переменного напряжения и определяем, как напряжение и ток изменяются во времени на резисторе. На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показана схема простой схемы с источником переменного напряжения.Напряжение синусоидально колеблется со временем с фиксированной частотой, как показано, либо на клеммах батареи, либо на резисторе. Следовательно, переменное напряжение , или «напряжение на вилке», может быть выражено как

\ [v (t) = V_0 \, \ sin \, \ omega t, \]

где

\ (v \) — напряжение в момент времени \ (t \),
\ (V_0 \) — пиковое напряжение, а
\ (\ omega \) — угловая частота в радианах в секунду.

Для типичного дома в США \ (V_0 = 156 \, V \) и \ (\ omega = 120 \ pi \, рад / с \), тогда как в Европе \ (V_0 = 311 \, V \) и \ (\ omega = 100 \ pi \, рад / с \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Разность потенциалов В, между выводами источника переменного напряжения колеблется, поэтому источник и резистор имеют синусоидальные волны переменного тока друг над другом. Математическое выражение для v дается как \ (v = V_0 \, sin \, \ omega t \).

Для этой простой цепи сопротивления \ (I = V / R \), поэтому ток переменного тока , то есть ток, который синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой, равен

\ [i (t) = I_0 \, \ sin \, \ omega t, \]

где

\ (i (t) \) — текущий момент времени \ (t \) и
\ (I_0 \) — пиковый ток, равный \ (V_0 / R \).

В этом примере говорят, что напряжение и ток находятся в фазе, что означает, что их синусоидальные функциональные формы имеют пики, впадины и узлы в одном и том же месте. Они колеблются синхронно друг с другом, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1b} \). В этих уравнениях и на протяжении всей главы мы используем строчные буквы (такие как \ (i \)) для обозначения мгновенных значений и прописные буквы (такие как \ (I \)) для обозначения максимальных или пиковых значений.

Ток в резисторе чередуется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку \ (I = V / R \).Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и гаснет 120 раз в секунду по мере того, как ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между вашим лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект переменного тока.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Если рассматривать европейский источник переменного напряжения, какова разница во времени между переходами через ноль на графике зависимости переменного напряжения от времени?

Решение

10 мс

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж.Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Некоторые примеры цепей переменного тока | Комплексные числа

Давайте соединим последовательно три источника переменного напряжения и используем комплексные числа для определения аддитивных напряжений.

Все правила и законы, изученные при изучении цепей постоянного тока, применимы и к цепям переменного тока (закон Ома, законы Кирхгофа, методы сетевого анализа), за исключением расчетов мощности (закон Джоуля).

Единственное условие — все переменные должны быть выражены в комплексной форме с учетом фазы и величины, и все напряжения и токи должны иметь одинаковую частоту (для того, чтобы их фазовые отношения оставались постоянными). (Рисунок ниже)

KVL позволяет складывать сложные напряжения.

Отметки полярности для всех трех источников напряжения ориентированы таким образом, чтобы их заявленные напряжения складывались в общее напряжение на нагрузочном резисторе.

Обратите внимание, что, хотя величина и фазовый угол указаны для каждого источника переменного напряжения, значение частоты не указано. Если это так, предполагается, что все частоты равны, что соответствует нашим требованиям для применения правил постоянного тока к цепи переменного тока (все цифры даны в сложной форме, все на одной и той же частоте).

Схема нашего уравнения для нахождения полного напряжения выглядит так:

Графически векторы складываются, как показано на рисунке ниже.

Графическое сложение векторных напряжений.

Сумма этих векторов будет результирующим вектором, начинающимся в начальной точке для вектора 22 В (точка в верхнем левом углу диаграммы) и заканчивающимся в конечной точке для вектора 15 В (острие стрелки на справа посередине диаграммы): (Рисунок ниже)

Результат эквивалентен векторной сумме трех исходных напряжений.

Чтобы определить величину и угол результирующего вектора, не прибегая к графическим изображениям, мы можем преобразовать каждое из этих комплексных чисел полярной формы в прямоугольную форму и сложить.

Помните, что мы складываем эти цифры вместе, потому что отметки полярности для трех источников напряжения ориентированы аддитивным образом:

В полярной форме это равно 36.8052 вольт ∠ -20,5018 °. В реальном выражении это означает, что напряжение, измеренное на этих трех источниках напряжения, будет 36,8052 В, отставая от 15 В (опорная фаза 0 °) на 20,5018 °.

Вольтметр, подключенный к этим точкам в реальной цепи, будет указывать только полярную величину напряжения (36,8052 вольт), но не угол. Осциллограф может использоваться для отображения двух форм сигнала напряжения и, таким образом, обеспечивать измерение фазового сдвига, но не вольтметр.

Тот же принцип справедлив и для амперметров переменного тока: они показывают полярную величину тока, а не фазовый угол.

Это чрезвычайно важно для соотнесения расчетных значений напряжения и тока с реальными цепями.

Хотя прямоугольные обозначения удобны для сложения и вычитания и действительно были последним шагом в нашем примере проблемы здесь, они не очень применимы к практическим измерениям.

Прямоугольные числа должны быть преобразованы в полярные числа (в частности, полярная величина , величина ), прежде чем они могут быть связаны с фактическими измерениями схемы.

Мы можем использовать SPICE для проверки точности наших результатов.В этой тестовой схеме номинал резистора 10 кОм довольно произвольный. Это сделано для того, чтобы SPICE не объявлял об ошибке разомкнутой цепи и не прерывал анализ.

Кроме того, выбор частот для моделирования (60 Гц) довольно произвольный, потому что резисторы одинаково реагируют на все частоты переменного напряжения и тока. Есть и другие компоненты (особенно конденсаторы и катушки индуктивности), которые неодинаково реагируют на разные частоты, но это уже другая тема! (Рисунок ниже)

Принципиальная схема Spice.

v1 1 0 ac 15 0 грех
 v2 2 1 ac 12 35 sin
 v3 3 2 ac 22-64 sin
 r1 3 0 10к
 .ac link 1 60 60 Я использую частоту 60 Гц
 .print ac v (3,0) vp (3,0) как значение по умолчанию
 .конец
 частота v (3) вп (3)
 6.000E + 01 3.681E + 01 -2.050E + 01

Разумеется, мы получаем общее напряжение 36,81 вольт ∠ -20,5 ° (со ссылкой на источник на 15 вольт, фазовый угол которого был произвольно установлен равным нулю градусов, чтобы быть «эталонной» формой сигнала).

На первый взгляд это нелогично. Как можно получить общее напряжение чуть более 36 вольт при последовательном подключении источников питания на 15, 12 и 22 вольт? С постоянным током это было бы невозможно, поскольку значения напряжения будут напрямую складываться или вычитаться, в зависимости от полярности.

Но с переменным током наша «полярность» (фазовый сдвиг) может варьироваться от полной поддержки до полной противоположности, и это позволяет такое парадоксальное суммирование.

Что, если мы возьмем ту же схему и поменяем местами одно из подключений источника питания? Тогда его вклад в общее напряжение будет противоположным тому, что было раньше: (Рисунок ниже)

Полярность E ₂ (12 В) обратная.

Обратите внимание на то, что фазовый угол источника питания 12 В по-прежнему составляет 35 °, даже если провода перевернуты. Помните, что фазовый угол любого падения напряжения указывается в соответствии с указанной полярностью. Несмотря на то, что угол по-прежнему записывается как 35 °, вектор будет нарисован на 180 ° противоположно тому, что было раньше: (Рисунок ниже)

Направление E ₂ обратное.

Результирующий вектор (сумма) должен начинаться в верхней левой точке (начало вектора 22 вольт) и заканчиваться на конце правой стрелки вектора 15 вольт: (рисунок ниже)

Результат — векторная сумма источников напряжения.

Реверс подключения источника питания 12 В может быть представлен двумя разными способами в полярной форме: добавлением 180 ° к его векторному углу (что составляет 12 вольт 215 °) или изменением знака величины (делая это -12 вольт ∠ 35 °). В любом случае преобразование в прямоугольную форму дает тот же результат:

Полученное сложение напряжений в прямоугольной форме, тогда:

В полярной форме это равно 30.4964 В ∠ -60,9368 °. Еще раз воспользуемся SPICE для проверки результатов наших расчетов:

сложение переменного напряжения
 v1 1 0 ac 15 0 грех
 v2 1 2 ac 12 35 sin Обратите внимание на изменение номеров узлов 2 и 1.
 v3 3 2 ac 22 -64 sin имитировать перестановку соединений
 r1 3 0 10k .ac лин 1 60 60
 .print ac v (3,0) vp (3,0)
 .конец
 частота v (3) вп (3)
 6.000E + 01 3.050E + 01 -6.094E + 01

ОБЗОР:

Все законы и правила для цепей постоянного тока применяются к цепям переменного тока, за исключением расчетов мощности (закон Джоуля), при условии, что все значения выражаются и обрабатываются в сложной форме, а все напряжения и токи имеют одинаковую частоту.
При изменении направления вектора на противоположное (что эквивалентно изменению полярности источника переменного напряжения по отношению к другим источникам напряжения), это может быть выражено двумя разными способами: добавлением 180 ° к углу или изменением знака величина.
Измерения измерителем в цепи переменного тока соответствуют полярным значениям расчетных значений. Прямоугольные выражения комплексных величин в цепи переменного тока не имеют прямого эмпирического эквивалента, хотя они удобны для выполнения сложения и вычитания, как того требуют законы Кирхгофа по напряжению и току.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Цепь
переменного тока — напряжение, ток и мощность
В цепи переменного тока — переменный ток генерируется источником синусоидального напряжения
Напряжение
Токи в цепях с резистивной нагрузкой pure , емкостной или индуктивной нагрузкой
Мгновенное напряжение в синусоидальной цепи переменного тока может быть выражено в форме во временной области как
u (t) = U _max cos (ω t + θ) (1)
где
u (t) = напряжение в цепи в момент времени t (В)
U _max = максимальное напряжение при амплитуде синусоидальной волны (В)

t = время (с)
ω = 2 π f
= угловая частота синусоидальной волны (рад / с)
f = частота (Гц, 1 / с)
θ = фазовый сдвиг синусоидальной волны (рад)
Мгновенное напряжение альтернативно может быть выражено в частотной области (или векторном) как
U = U (jω) = U _max e ^jθ (1а)
где
U (jω) = U = комплексное напряжение (В)

Вектор — это комплексное число, выраженное в полярной форме, состоящее из величины, равной максимальной амплитуде синусоидального сигнала, и фазы. угол, равный фазовому сдвигу синусоидального сигнала относительно косинусоидального сигнала.
Обратите внимание, что конкретная угловая частота — ω — явно не используется в выражении вектора.
Ток
Мгновенный ток может быть выражен во временной области как
i (t) = I _m cos (ω t + θ) (2)
где
i (t) = ток в момент времени t (A)
I _max = максимальный ток при амплитуде синусоидальной волны (A)

Токи в цепях с чистые резистивные нагрузки , емкостные индуктивные нагрузки или показаны на рисунке выше.Ток в «реальной» цепи с резистивной, индуктивной и емкостной нагрузкой показан на рисунке ниже.
Мгновенный ток в цепи переменного тока альтернативно может быть выражен в частотной области (или векторном) как
I = I (jω) = I _max e ^jθ (2a)
, где
I = I (jω) = комплексный ток (A)

Частота
Обратите внимание, что частота большинства систем переменного тока является фиксированной — например, 60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в большей части остального мира.
Угловая частота для Северной Америки составляет
ω = 2 π 60

= 377 рад / с
Угловая частота для большей части остального мира составляет
ω = 2 π 50

= 314 рад / с
Активная нагрузка
Напряжение на резистивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как
U = RI (4)
, где
R = сопротивление (Ом)
Для резистивной нагрузки в цепи переменного тока напряжение составляет в фазе с током.
Индуктивная нагрузка
Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока может быть выражено как
U = j ω LI (5)
, где
L = индуктивность (генри)
Для индуктивной нагрузки ток в цепи переменного тока составляет π / 2 (90 ^o) фаза после напряжения (или напряжения перед током).
Емкостная нагрузка
Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как
U = 1 / (j ω C) I (6)
где
C = емкость (фарад)
Для емкостной нагрузки ток в цепи переменного тока опережает напряжение на π / 2 (90 ^o) фаза .
В реальной электрической цепи присутствует смесь резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок со сдвигом фазы напряжение / ток в диапазоне — π / 2 <= φ <= π / 2 , как показано на рисунок ниже.
Ток в «реальной» цепи со смесью резистивных, индуктивных и емкостных нагрузок . φ — фазовый угол между током и напряжением.
Импеданс
Закон Ома для сложного переменного тока может быть выражен как
U _z = I _z Z (7)
, где
U _z = падение напряжения на нагрузке (вольт, В)
I _z = ток через нагрузку (ампер, А)
Z = полное сопротивление нагрузки (Ом, Ом)
Полное сопротивление в цепи переменного тока можно рассматривать как комплексное сопротивление.Импеданс действует как частотно-зависимый резистор, где сопротивление является функцией частоты синусоидального возбуждения.
Импедансы в серии
Результирующий импеданс для последовательных сопротивлений может быть выражен как
Z = Z ₁ + Z ₂ (7b)
Сопротивление параллельно
Результирующее сопротивление для параллельных сопротивлений может быть выражено как
1 / Z = 1 / Z ₁ + 1 / Z ₂ (7c)
Полная проводимость
Полная проводимость — это инвертированный импеданс
Y = 1 / Z (8)
, где
Y = полная проводимость (1 / Ом)
RMS или эффективное напряжение
RMS значение — это эффективное значение синусоидального напряжения или тока.
RMS — среднеквадратичное значение — или эффективное напряжение может быть выражено как
U _rms = U _eff
= U _max / (2) ^1/2
= 0,707 U _макс (9)
где
U _{среднеквадратичное значение} = U _eff
= действующее напряжение (В)

3 U _{макс. = максимальное напряжение (амплитуда) источника синусоидального напряжения (В)}
RMS — среднеквадратичное значение — или эффективный ток может быть выражен как
I _rms = I _eff
= I _max / (2) ^1/2
= 0.707 I _макс (10)
где
I _{действующее значение} = I _eff
= действующий ток (A)

I _{макс _{= максимальный ток (амплитуда) источника синусоидального напряжения (A)}}
Вольтметры и амперметры переменного тока показывают среднеквадратичное значение напряжения или тока — или 0,707 максимальных пиковых значений. Максимальные пиковые значения равны 1.В 41 раз больше значений вольтметра.
Пример
для системы 230 В U _{действующее значение} = 230 В и U _макс = 324 В
для системы 120 В U _{среднеквадратичное значение} = 120 В и U _max = 169 В
Трехфазное напряжение переменного тока — от линии к линии и от линии к нейтрали
В трехфазной системе переменного тока напряжение может подаваться между линиями и нейтралью (фазный потенциал), или между линиями (линейный потенциал).Результирующие напряжения для двух общих систем — европейской системы 400/230 В и североамериканской системы 208/120 В указаны для одного периода на рисунках ниже.
400/230 В перем. L3 и L2 — L3
— это трехфазные линейные потенциалы — линейные потенциалы
L2, L2 и L3 — результирующий потенциал трех фаз в сбалансированной цепи — результирующий потенциал = 0
Величина линейных потенциалов равна 3 ^1/2 (1.73) величина фазового потенциала.
U _{действующее значение, линия} = 1,73 U _{действующее значение, фаза} (11)
208 В / 120 В переменного тока
печать 208/120 В Трехфазная диаграмма
Мощность
Активный — или действительный, или истинный — мощность, которая выполняет фактическую работу в цепи — может быть рассчитана как
P = U _{действующее значение} I _{среднеквадратичное значение} cos φ (12)
где
P = активная активная мощность (Вт)
φ = фазовый угол между током и напряжением (рад, градусы)
Cos φ также называется коэффициентом мощности.
Реактивная мощность в цепи может быть рассчитана как
Q = U _{действующее значение} I _{среднеквадратичное значение} sin φ (13)
Q = реактивная мощность (ВАР)
15.2 Простые схемы переменного тока — Университетская физика Том 2
Задачи обучения
К концу раздела вы сможете:
Расшифровка векторных диаграмм и их применение к цепям переменного тока с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности
Определите реактивное сопротивление резистора, конденсатора и катушки индуктивности, чтобы понять, как ток в цепи ведет себя по сравнению с каждым из этих устройств
В этом разделе мы изучаем простые модели источников переменного напряжения, подключенных к трем компонентам схемы: (1) резистору, (2) конденсатору и (3) катушке индуктивности.Мощность, обеспечиваемая источником переменного напряжения, имеет ЭДС, равную
. v (t) = V0sinωt, v (t) = V0sinωt,
, как показано на рисунке 15.4. Эта синусоидальная функция предполагает, что мы начинаем регистрировать напряжение, когда оно равно v = 0Vv = 0V в момент времени t = 0s.t = 0s. Может быть задействована фазовая постоянная, которая сдвигает функцию, когда мы начинаем измерять напряжения, подобно фазовой постоянной в волнах, которые мы изучали в Waves. Однако, поскольку мы свободны выбирать, когда мы начинаем исследовать напряжение, мы можем пока игнорировать эту фазовую постоянную.Мы можем измерить это напряжение на компонентах схемы, используя один из двух методов: (1) количественный подход, основанный на наших знаниях схем, или (2) графический подход, который объясняется в следующих разделах.
Рисунок 15.4 (a) Выходной сигнал v (t) = V0sinωtv (t) = V0sinωt генератора переменного тока. (b) Символ, используемый для обозначения источника переменного напряжения на принципиальной схеме.
Резистор
Сначала рассмотрим резистор, подключенный к источнику переменного напряжения. Согласно правилу петли Кирхгофа, мгновенное напряжение на резисторе, показанном на рисунке 15.5 (а) —
vR (t) = V0sinωtvR (t) = V0sinωt
, а мгновенный ток через резистор —
. iR (t) = vR (t) R = V0Rsinωt = I0sinωt.iR (t) = vR (t) R = V0Rsinωt = I0sinωt. Рисунок 15.5 (a) Резистор, подключенный к источнику переменного напряжения. (b) Ток iR (t) iR (t) через резистор и напряжение vR (t) vR (t) на резисторе. Эти две величины находятся в фазе.
Здесь I0 = V0 / RI0 = V0 / R — амплитуда изменяющегося во времени тока. Графики iR (t) iR (t) и vR (t) vR (t) показаны на рисунке 15.5 (б). Обе кривые достигают своих максимумов и минимумов в одно и то же время, то есть ток через резистор и напряжение на резисторе синфазны.
Графические представления фазовых соотношений между током и напряжением часто используются при анализе цепей переменного тока. Такие изображения называются векторными диаграммами . Диаграмма вектора для iR (t) iR (t) показана на рисунке 15.6 (a) с током на вертикальной оси. Стрелка (или вектор) вращается против часовой стрелки с постоянной угловой частотой ω, ω, поэтому мы видим ее в один момент времени.Если длина стрелки соответствует амплитуде тока I0, I0, проекция вращающейся стрелки на вертикальную ось равна iR (t) = I0sinωt, iR (t) = I0sinωt, то есть мгновенному току.
Рисунок 15.6 (a) Векторная диаграмма, представляющая ток через резистор на рисунке 15.5. (b) Векторная диаграмма, представляющая как iR (t) iR (t), так и vR (t) vR (t).
Вертикальная ось на векторной диаграмме может быть либо напряжением, либо током, в зависимости от исследуемого вектора.Кроме того, на одной векторной диаграмме могут быть изображены несколько величин. Например, как ток iR (t) iR (t), так и напряжение vR (t) vR (t) показаны на диаграмме рисунка 15.6 (b). Поскольку они имеют одинаковую частоту и находятся в фазе, их векторы указывают в одном направлении и вращаются вместе. Относительные длины двух векторов произвольны, потому что они представляют разные величины; однако отношение длин двух векторов может быть представлено сопротивлением, поскольку один является вектором напряжения, а другой — вектором тока.
Конденсатор
Теперь рассмотрим конденсатор, подключенный к источнику переменного напряжения. Согласно правилу петли Кирхгофа, мгновенное напряжение на конденсаторе на рис. 15.7 (а) равно
. vC (t) = V0sinωt. vC (t) = V0sinωt.
Напомним, что заряд конденсатора определяется выражением Q = CV.Q = CV. Это верно в любое время, измеренное в цикле переменного напряжения. Следовательно, мгновенный заряд конденсатора равен
. q (t) = CvC (t) = CV0sinωt.q (t) = CvC (t) = CV0sinωt.
Поскольку ток в цепи — это скорость, с которой заряд входит (или покидает) конденсатор,
iC (t) = dq (t) dt = ωCV0cosωt = I0cosωt, iC (t) = dq (t) dt = ωCV0cosωt = I0cosωt,
где I0 = ωCV0I0 = ωCV0 — амплитуда тока.Используя тригонометрическое соотношение cosωt = sin (ωt + π / 2), cosωt = sin (ωt + π / 2), мы можем выразить мгновенный ток как
iC (t) = I0sin (ωt + π2). iC (t) = I0sin (ωt + π2).
Разделив V0V0 на I0I0, мы получим уравнение, похожее на закон Ома:
V0I0 = 1ωC = XC. V0I0 = 1ωC = XC.
15,3
Величина XCXC аналогична сопротивлению в цепи постоянного тока в том смысле, что обе величины являются отношением напряжения к току. В итоге у них одна и та же единица — ом. Однако имейте в виду, что конденсатор накапливает и разряжает электрическую энергию, а резистор ее рассеивает.Величина XCXC известна как емкостное реактивное сопротивление конденсатора или сопротивление конденсатора изменению тока. Она обратно пропорциональна частоте источника переменного тока — высокая частота приводит к низкому емкостному реактивному сопротивлению.
Рисунок 15.7 (а) Конденсатор, подключенный к генератору переменного тока. (b) Ток iC (t) iC (t) через конденсатор и напряжение vC (t) vC (t) на конденсаторе. Обратите внимание, что iC (t) iC (t) опережает vC (t) vC (t) на π / 2π / 2 рад.
Сравнение выражений для vC (t) vC (t) и iC (t) iC (t) показывает, что между ними существует разность фаз π / 2radπ / 2rad.Когда эти две величины наносятся вместе, ток достигает пика на четверть цикла (или π / 2radπ / 2rad) перед напряжением, как показано на рисунке 15.7 (b). Ток через конденсатор опережает напряжение на конденсаторе на π / 2rad, π / 2rad или четверть цикла.
Соответствующая векторная диаграмма показана на рисунке 15.8. Здесь взаимосвязь между iC (t) iC (t) и vC (t) vC (t) представлена наличием их векторов, вращающихся с одинаковой угловой частотой, с текущим вектором впереди на π / 2rad.π / 2рад.
Рис. 15.8. Векторная диаграмма конденсатора на рис. 15.7. Вектор тока опережает вектор напряжения на π / 2π / 2 рад, поскольку они оба вращаются с одинаковой угловой частотой.
До сих пор в нашем обсуждении мы использовали исключительно пиковые значения тока или напряжения, а именно I0I0 и V0.V0. Однако, если мы усредним значения тока или напряжения, эти значения равны нулю. Поэтому мы часто используем второе соглашение, называемое среднеквадратичным значением или среднеквадратичным значением, при обсуждении тока и напряжения.RMS работает в обратном порядке по отношению к терминологии. Сначала вы возводите функцию в квадрат, затем вы берете среднее значение, а затем находите квадратный корень. В результате среднеквадратичные значения тока и напряжения не равны нулю. Для приборов и устройств обычно указываются среднеквадратические значения для их работы, а не пиковые значения. Мы указываем среднеквадратичные значения с помощью нижнего индекса, прикрепленного к заглавной букве (например, IrmsIrms).
Хотя конденсатор в основном представляет собой разомкнутую цепь, среднеквадратичный ток или среднеквадратическое значение тока появляется в цепи с переменным напряжением, приложенным к конденсатору.Считаем, что
, где I0I0 — пиковый ток в системе переменного тока. Среднеквадратичное значение напряжения или среднеквадратичное значение напряжения равно
.
, где V0V0 — пиковое напряжение в системе переменного тока. Среднеквадратичный ток появляется потому, что напряжение постоянно меняет направление, заряжает и разряжает конденсатор. Если частота стремится к нулю, что может быть постоянным напряжением, XCXC стремится к бесконечности, и ток равен нулю после зарядки конденсатора. На очень высоких частотах реактивное сопротивление конденсатора стремится к нулю — он имеет незначительное реактивное сопротивление и не препятствует току (он действует как простой провод).
Катушка индуктивности
Наконец, давайте рассмотрим катушку индуктивности, подключенную к источнику переменного напряжения. Согласно правилу петли Кирхгофа, напряжение на катушке индуктивности L на рисунке 15.9 (а) равно
. vL (t) = V0sinωt.vL (t) = V0sinωt.
15,6
ЭДС на катушке индуктивности равна ε = −L (diL / dt); ε = −L (diL / dt); однако разность потенциалов на катушке индуктивности равна vL (t) = LdiL (t) / dtvL (t) = LdiL (t) / dt, потому что, если мы примем во внимание, что напряжение вокруг контура должно быть равно нулю, напряжение, полученное от Источник переменного тока должен рассеиваться через катушку индуктивности.Следовательно, соединив это с источником переменного напряжения, мы имеем
diL (t) dt = V0Lsinωt.diL (t) dt = V0Lsinωt. Рисунок 15.9 (a) Индуктор, подключенный к генератору переменного тока. (b) Ток iL (t) iL (t) через катушку индуктивности и напряжение vL (t) vL (t) на катушке индуктивности. Здесь iL (t) iL (t) отстает от vL (t) vL (t) на π / 2π / 2 рад.
Текущее значение iL (t) iL (t) находится путем интегрирования этого уравнения. Поскольку в цепи нет источника постоянной ЭДС, в цепи отсутствует установившийся ток. Следовательно, мы можем установить постоянную интегрирования, которая представляет установившийся ток в цепи, равным нулю, и мы имеем
iL (t) = — V0ωLcosωt = V0ωLsin (ωt − π2) = I0sin (ωt − π2), iL (t) = — V0ωLcosωt = V0ωLsin (ωt − π2) = I0sin (ωt − π2),
15.7
где I0 = V0 / ωL.I0 = V0 / ωL. Связь между V0V0 и I0I0 также может быть записана в форме, аналогичной закону Ома:
V0I0 = ωL = XL.V0I0 = ωL = XL.
15,8
Величина XLXL известна как индуктивное реактивное сопротивление катушки индуктивности или сопротивление катушки индуктивности изменению тока; его единица — тоже ом. Обратите внимание, что XLXL напрямую зависит от частоты источника переменного тока — высокая частота вызывает высокое индуктивное сопротивление.
Между текущим током и напряжением на катушке индуктивности возникает разность фаз π / 2π / 2 рад.Согласно уравнениям 15.6 и 15.7, ток через катушку индуктивности отстает от разности потенциалов на катушке индуктивности на π / 2radπ / 2rad, или на четверть цикла. Векторная диаграмма для этого случая показана на рисунке 15.10.
Рисунок 15.10. Векторная диаграмма индуктора, показанного на рисунке 15.9. Вектор тока отстает от вектора напряжения на π / 2π / 2 рад, поскольку они оба вращаются с одинаковой угловой частотой.
Пример 15.1
Простые схемы переменного тока
Генератор переменного тока создает ЭДС амплитудой 10 В на частоте f = 60 Гц.f = 60 Гц. Определите напряжения и токи через элементы схемы, когда генератор подключен к (a) резистору 100 Ом и 100 Ом, (b) конденсатору 10 мкФ10 мкФ и (c) катушке индуктивности 15 мГн.
Стратегия
Полное переменное напряжение на каждом устройстве совпадает с напряжением источника. Мы можем найти токи, найдя реактивное сопротивление X каждого устройства и решив пиковый ток, используя I0 = V0 / X.I0 = V0 / X.
Решение
Напряжение на выводах источника равно v (t) = V0sinωt = (10V) sin120πt, v (t) = V0sinωt = (10V) sin120πt,
, где ω = 2πf = 120πrad / sω = 2πf = 120πrad / s — угловая частота.Поскольку v ( t ) также является напряжением на каждом из элементов, мы имеем
v (t) = vR (t) = vC (t) = vL (t) = (10V) sin120πt.v (t) = vR (t) = vC (t) = vL (t) = (10V) sin120πt.
а. Когда R = 100 Ом, R = 100 Ом, амплитуда тока через резистор составляет
. I0 = V0 / R = 10 В / 100 Ом = 0,10 А, I0 = V0 / R = 10 В / 100 Ом = 0,10 А,
т.
iR (t) = (0,10A) sin120πt.iR (t) = (0,10A) sin120πt.
г. Из уравнения 15.3 емкостное реактивное сопротивление равно
. XC = 1ωC = 1 (120πрад / с) (10 × 10−6F) = 265Ω, XC = 1ωC = 1 (120πrad / s) (10 × 10−6F) = 265Ω,
, поэтому максимальное значение тока равно
I0 = V0XC = 10 В 265 Ом = 3.8 × 10−2AI0 = V0XC = 10V265Ω = 3,8 × 10−2A
, а мгновенный ток —
. iC (t) = (3.8 × 10−2A) sin (120πt + π2). iC (t) = (3.8 × 10−2A) sin (120πt + π2).
г. Из уравнения 15.8 индуктивное сопротивление равно
. XL = ωL = (120πрад / с) (15 × 10–3H) = 5,7 Ом. XL = ωL = (120πрад / с) (15 × 10–3H) = 5,7 Ом.
Таким образом, максимальный ток равен
. I0 = 10 В 5,7 Ом = 1,8 A I0 = 10 В 5,7 Ом = 1,8 А
и мгновенный ток
iL (t) = (1.8A) sin (120πt − π2). iL (t) = (1.8A) sin (120πt − π2).
Значение
Хотя напряжение на каждом устройстве одинаково, пиковый ток имеет разные значения в зависимости от реактивного сопротивления.Реактивное сопротивление каждого устройства зависит от значений сопротивления, емкости или индуктивности.
Проверьте свое понимание 15,2
Повторите пример 15.1 для источника переменного тока с амплитудой 20 В и частотой 100 Гц.
12.1 Источники переменного тока — Введение в электричество, магнетизм и электрические цепи
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
По окончании раздела вы сможете:
Объясните разницу между постоянным током (dc) и переменным током (ac)
Определение характеристик переменного тока и напряжения, например амплитуды или пика и частоты
Большинство примеров, рассмотренных до сих пор в этой книге, особенно с использованием батарей, имеют источники постоянного напряжения.Таким образом, как только ток установлен, он становится постоянным. Постоянный ток (dc) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения.
Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (ac) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Переменный ток создается переменной ЭДС, которая генерируется на электростанции, как описано в разделе «Индуцированные электрические поля».Если источник переменного тока периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей.
Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые на предприятиях и дома, различаются по всему миру. В типичном доме разность потенциалов между двумя сторонами электрической розетки чередуется синусоидально с частотой или и амплитудой или в зависимости от того, живете ли вы в Северной Америке или Европе, соответственно.Большинство людей знают, что разность потенциалов для электрических розеток равна либо в Северной Америке, либо в Европе, но, как объясняется далее в этой главе, эти напряжения не являются пиковыми значениями, приведенными здесь, а скорее связаны с обычными напряжениями, которые мы видим в наших электрических розетках. На рисунке 12.1.1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока в Северной Америке.
(рисунок 12.1.1)
Рисунок 12.1.1. (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока.(б) Напряжение и ток в зависимости от времени сильно различаются для переменного тока. В этом примере, который показывает мощность переменного тока 60 Гц и время t в секундах, напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.
Предположим, мы подключаем резистор к источнику переменного напряжения и определяем, как напряжение и ток изменяются во времени на резисторе. На рисунке 12.1.2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения.Напряжение синусоидально колеблется со временем с фиксированной частотой, как показано, либо на клеммах батареи, либо на резисторе. Следовательно, переменное напряжение , или «напряжение на вилке», может быть выражено как
.
(12.1.1)
где — напряжение в момент времени, — пиковое напряжение, а — угловая частота в радианах в секунду. Для типичного дома в Северной Америке и тогда как в Европе
Для этой простой цепи сопротивления, поэтому переменный ток , то есть ток, который синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой, равен
(12.1.2)
, где — текущий момент, а — пиковый ток, равный. В этом примере напряжение и ток считаются синфазными, что означает, что их синусоидальные функциональные формы имеют пики, впадины и узлы в одном и том же месте. Они колеблются синхронно друг с другом, как показано на рисунке 12.1.1 (b). В этих уравнениях и на протяжении всей главы мы используем строчные буквы (например,) для обозначения мгновенных значений и прописные буквы (например,) для обозначения максимальных или пиковых значений.
(рисунок 12.1.2)
Рисунок 12.1.2 Разность потенциалов между выводами источника переменного напряжения колеблется, поэтому источник и резистор имеют синусоидальные волны переменного тока, расположенные друг над другом. Математическое выражение для дается формулой
Ток в резисторе чередуется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку, например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, он становится ярче и тускнеет раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль.Мерцание слишком быстрое, чтобы его могли заметить глаза, но если вы помашите рукой взад и вперед между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект переменного тока.
ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 12.1
Если рассматривать европейский источник переменного напряжения, какова разница во времени между переходами через ноль на графике зависимости переменного напряжения от времени?
Candela Citations
Лицензионный контент CC, особая атрибуция
Загрузите бесплатно по адресу http: // cnx.org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Атрибуция
22.6 Фазорные диаграммы
Фазорные диаграммы
Мы можем понять цепи переменного тока с точки зрения вектора диаграммы . Здесь вектор длиной V _o вращается с угловая скорость . Его проекция на вертикальную ось
. v = V _o sin t
, и это просто напряжение переменного тока от генератора или источника питания. поставлять.
Ток i _R через резистор R находится в фазе с напряжение v _R на резисторе, поэтому мы можем показать, что на векторной диаграмме, нарисовав вектор I _R, линии которого вверх с напряжением V _R.
Ток i _C через конденсатор C опережает напряжение v _C на конденсаторе на 90 градусов, поэтому мы можем Покажите это на векторной диаграмме, нарисовав вектор I _C который опережает напряжение V на 90 градусов.
Ток i _L через катушку индуктивности L находится за напряжение v _L на резисторе, поэтому мы можем показать, что на векторной диаграммы, нарисовав вектор I _L, который отстает от напряжение V на 90 градусов.
В любой момент времени сумма напряжений на трех компоненты R, C и L должны равняться напряжению источника переменного тока. Это просто сбережение энергии или правило петли Кирхгофа,
. v (t) = v _R (t) + v _C (t) + в _л (т)
или
v = v _R + v _C + v _L
Помните, что соотношение фаз между напряжением переменного тока v и каждое из других напряжений отличается для каждого из напряжений.Мы можем справиться с этим графически с помощью следующего вектора диаграмма:
или
Для удобства мы можем повернуть эту диаграмму,
Теперь мы видим, что напряжения образуют стороны правой треугольник с напряжением источника переменного тока, образующего гипотенузу. Это означает
V = I SQRT [R ² + (X _L — X _C) ²]
или, поскольку V = I Z, теперь мы можем записать полное импеданс для Эта серия RCL схема как
Z = КОРЕНЬ [R ² + (X _L — X _C) ²]
где R — сопротивление, X _C емкостный реактивное сопротивление, а X _L — индуктивная емкость.
[Конечно, «SQRT» необходимо заменить на правильно записанный знак корня в уравнениях].
c) Дуг Дэвис, 2002 год; все права защищены
Напряжение в последовательной цепи (источники, формулы и как добавить)
Что такое последовательное напряжение?
Последовательная цепь или последовательное соединение относится к случаю, когда два или более электрических компонента соединены вместе в цепочку внутри цепи.В такой схеме есть только один способ прохождения заряда через цепь. Изменение потенциала заряда в двух точках электрической цепи известно как напряжение. В этой статье мы подробно рассмотрим напряжения в последовательной цепи.
Батарея цепи обеспечивает энергию для прохождения заряда через батарею и создания разности потенциалов между концами внешней цепи. Теперь, если мы предположим, что ячейка на 2 вольта, это создаст разность потенциалов 2 вольта во внешней цепи.
Значение электрического потенциала на положительной клемме на 2 В больше, чем на отрицательной клемме. Таким образом, когда заряд течет с положительной клеммы на отрицательную, это вызывает потерю электрического потенциала на 2 вольта.
Это называется падением напряжения. Это происходит, когда электрическая энергия заряда преобразуется в некоторые другие формы (механическую, тепловую, световую и т. Д.) При прохождении через компоненты (резисторы или нагрузку) в цепи.

Если мы рассмотрим схему с более чем одним резистором, подключенным последовательно, и питаемым от элемента 2 В, общая потеря электрического потенциала составит 2 В.То есть на каждом подключенном резисторе будет определенное падение напряжения. Но мы видим, что сумма падений напряжения всех компонентов будет 2 В, что эквивалентно номинальному напряжению источника питания.
Математически мы можем выразить это как

Используя закон Ома, можно рассчитать отдельные падения напряжения как
Теперь мы можем предположить, что последовательная цепь состоит из 3 резисторов и питается от источника энергии 9 В. Здесь мы собираемся выяснить разность потенциалов в другом месте во время прохождения тока по последовательной цепи.
На схеме ниже места отмечены красным цветом. Мы знаем, что ток проходит в направлении от положительной клеммы к отрицательной клемме источника. Отрицательный знак напряжения или разности потенциалов представляет потерю потенциала из-за резистора.
Разность электрических потенциалов в различных точках цепи может быть представлена с помощью диаграммы, называемой диаграммой электрических потенциалов, которая показана ниже.

В этом примере электрический потенциал при A = 9 В, поскольку это клемма с более высоким потенциалом.Электрический потенциал при H = 0 В, поскольку это отрицательный вывод. Когда ток проходит через источник питания 9 В, заряд приобретает 9 В электрического потенциала, то есть от H до A. Пока ток проходит по внешней цепи, заряд полностью теряет эти 9 В.
Здесь это происходит в три этапа. При прохождении тока через резисторы будет падение напряжения, но при прохождении через простой провод не произойдет падения напряжения. Итак, мы видим, что между точками AB, CD, EF и GH; нет падения напряжения.Но между точками B и C падение напряжения составляет 2 В.
То есть напряжение источника 9В становится 7В. Далее между точками D и E падение напряжения составляет 4В. В этот момент напряжение 7 В становится 3 В. Наконец, между точками F и G падение напряжения составляет 3В. В этот момент напряжение 3 В становится 0 В.
Участок цепи между точками G и H, нет энергии для заряда. Таким образом, он снова хочет увеличения энергии для прохождения через внешнюю цепь. Это обеспечивается источником питания, поскольку заряд переходит от H к A.
Несколько последовательных источников напряжения можно заменить одним источником напряжения, взяв сумму всех источников напряжения. Но мы должны учитывать полярность, как показано ниже.
Источники переменного напряжения серии
В случае источников переменного напряжения серии , источники напряжения могут быть добавлены или объединены вместе для образования единого источника при условии, что угловая частота (ω) подключенных источников идентична . Если последовательно подключенные источники переменного напряжения имеют разную угловую частоту, их можно сложить, при условии, что ток через подключенные источники одинаков.

Приложение напряжения в последовательной цепи
Приложение напряжения в последовательной цепи включает:
Делитель напряжения.
No related posts.

Схем