Что такое переменный и постоянный ток. Чем отличаются AC и DC. Как измеряется напряжение переменного тока. Что такое действующее значение тока. В каком направлении течет ток в цепи переменного тока. Что представляет собой трехфазное электричество. Какие преимущества у переменного и постоянного тока.
Что такое переменный и постоянный ток?
Переменный и постоянный ток — это два основных вида электрического тока, которые используются в современной электротехнике и электронике:
- Постоянный ток (DC) — это ток, который течет только в одном направлении. Его величина остается постоянной или медленно меняется со временем. Источниками постоянного тока являются батарейки, аккумуляторы, солнечные панели.
- Переменный ток (AC) — это ток, который периодически меняет свое направление и величину. Обычно он имеет синусоидальную форму. Переменный ток вырабатывается электрогенераторами на электростанциях и используется в бытовых электросетях.
В чем основные отличия переменного и постоянного тока?
Ключевые различия между AC и DC:
- Направление тока: DC течет только в одном направлении, AC периодически меняет направление.
- Форма сигнала: DC имеет постоянную или медленно меняющуюся величину, AC имеет синусоидальную форму.
- Передача энергии: AC более эффективен для передачи электроэнергии на большие расстояния.
- Преобразование: AC легко преобразуется в разные уровни напряжения с помощью трансформаторов.
- Применение: DC используется в электронных устройствах, AC — в бытовых и промышленных электросетях.
Как измеряется напряжение переменного тока?
Напряжение переменного тока постоянно меняется по синусоидальному закону, поэтому возникает вопрос — как его измерить? Для этого используются следующие величины:
- Амплитудное значение — максимальное мгновенное значение напряжения.
- Действующее значение — эквивалентное постоянное напряжение, которое выделяет такую же мощность. Оно составляет 0.707 от амплитудного значения.
- Среднее значение — среднее значение напряжения за период.
Обычно используется действующее значение напряжения. Например, напряжение в бытовой сети 220 В — это действующее значение.
Что такое действующее значение тока?
Действующее (или эффективное) значение переменного тока — это такая величина постоянного тока, которая выделяет такое же количество тепла на активном сопротивлении за период, что и данный переменный ток.
Для синусоидального тока действующее значение равно амплитудному значению, деленному на корень из 2 (примерно 0.707). Именно действующее значение показывают обычные измерительные приборы.
В каком направлении течет ток в цепи переменного тока?
В цепи переменного тока направление тока постоянно меняется с определенной частотой:
- В течение первого полупериода ток течет в одном направлении
- Затем ток уменьшается до нуля
- В следующий полупериод ток течет в обратном направлении
- Это повторяется с частотой переменного тока (обычно 50 или 60 Гц)
То есть ток постоянно меняет свое направление, совершая колебательные движения в проводнике.
Что представляет собой трехфазное электричество?
Трехфазная система переменного тока состоит из трех отдельных цепей переменного тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов относительно друг друга. Основные особенности:
- Содержит три фазных провода и один нейтральный
- Обеспечивает более равномерную передачу мощности
- Позволяет получить два уровня напряжения — фазное и линейное
- Широко используется в промышленности и энергетике
Трехфазная система более эффективна для передачи электроэнергии по сравнению с однофазной.
Что означает запись «3 фазы, 50 Гц, 380 вольт»?
Эта запись описывает параметры трехфазной электрической сети:
- 3 фазы — трехфазная система переменного тока
- 50 Гц — частота переменного тока
- 380 вольт — линейное напряжение между фазами
При этом фазное напряжение (между фазой и нейтралью) составляет 220 В. Такие параметры характерны для стандартной промышленной трехфазной сети в России и многих других странах.
Какие преимущества у переменного тока?
Основные преимущества переменного тока:
- Легко преобразуется в разные уровни напряжения с помощью трансформаторов
- Эффективен для передачи электроэнергии на большие расстояния
- Позволяет использовать простые и надежные электродвигатели переменного тока
- Обеспечивает более равномерное потребление мощности в трехфазных системах
- Легко коммутируется с помощью простых выключателей
В каких случаях применяется постоянный ток?
Постоянный ток находит широкое применение в следующих областях:
- Электронные устройства (смартфоны, компьютеры, бытовая техника)
- Автомобильная электрика
- Системы с аккумуляторным питанием
- Солнечные электростанции
- Системы электрохимической защиты от коррозии
- Высокоскоростные железные дороги
- Некоторые виды электросварки
В этих случаях постоянный ток обеспечивает более простое управление и регулирование, а также позволяет накапливать энергию в аккумуляторах.
Преимущества и недостатки аппаратов переменного тока для сварки
Характеристики сварочного тока напрямую влияют на процесс сварки и качество соединения. Самые простейшие аппараты варят переменным током, но есть и продвинутые версии AC/DC, способные переключаться с «постоянки» на «переменку». Чтобы понять преимущества и недостатки работы аппаратов на переменном токе, сравним их с моделями, вырабатывающими постоянное напряжение.
В этой статье:
- Различие переменного и постоянного тока
- Какие аппараты какой ток вырабатывают
- Разница между сваркой переменным и постоянным током
- Области применения
- Советы по выбору
Различие переменного и постоянного тока
Во всех электрических сварочных аппаратах используется кабель массы и держателя/горелки. Один конец является плюсом, а второй — минусом. При замыкании контактов и удержании их на расстоянии 3-5 мм, образуется электрическая дуга, которой выполняется плавление кромок основного металла.
При этом подается дополнительный присадочный металл для заполнения ширины шва:
Но в сварочных агрегатах, генерирующих постоянный и переменный ток, внутри происходят разные физические процессы, определяющие характеристики сварочной дуги. Природа тока при этом тоже отличается.
Движение не хаотичное, а упорядоченное. Здесь нет колебаний (частот), напряжение более стабильно. Сварочные аппараты, работающие на постоянном токе обозначаются как DC (direct current).Что такое полярность?
Говоря о постоянном токе, стоит упомянуть о полярности. Полярность — это направление движения отрицательно заряженных частиц. В физике они всегда движутся от клеммы минуса к клемме плюса. У переменного тока такой четко заданной направленности нет.
В сварочных аппаратах, работающих на постоянном токе, сварщик может выбрать, в какое гнездо установить разъем держателя (горелки), а в какой кабель массы. Поскольку электроны всегда движутся от минуса к плюсу, в каждом случае сварочный ток получит определенные свойства.
При прямой полярности (держатель на минус, а масса на плюс) отрицательно заряженные частицы перемещаются от держателя к изделию. Это содействует:
Прямая полярность актуальна для сварки толстых сталей.
Обратная полярность подразумевает подключение держателя к плюсу, а кабеля массы к минусу. Это запускает электроны в обратном порядке — тепло концентрируется не на изделии, а на кончике электрода, снижая тепловложение на изделии. Обратная полярность применяется при сварке тонких листов железа, чтобы избежать прожогов. Но использование обратной полярности ведет к перегреву кончика электрода и его ускоренному плавлению.
Какие аппараты какой ток вырабатывают
Теперь рассмотрим, какие сварочные аппараты вырабатывают переменный или постоянный сварочный ток.
Именно трансформаторы вырабатывают переменный ток для сварки. Для этого в их конструкции используется две обмотки — первичная и вторичная. Они наматываются на стальной сердечник, который значительно утяжеляет массу аппарата. Переменный ток из бытовой сети 220 V или трехфазной 380 V поступает на первичную обмотку.
Трансформаторы используются только для РДС сварки покрытыми электродами. В зависимости от мощности сварочного тока определяется толщина проплавляемого металла.
Сварочные выпрямители содержат внутри две обмотки трансформатора, но дополнены блоком выпрямления, преобразовывающим переменный ток в постоянный. Чаще всего преобразователи рассчитаны на сеть 380 V, чтобы равномерно нагружать фазы питания.
Выпрямители используются на производствах и в мастерских, где требуется качественный провар толстых металлов 5-20 мм. Но за счет массивной конструкции занимают много места. Часто комплектуются колесами для перемещения по цеху. Чтобы подать их на высоту, предусмотрены петли под крюк крана или тельфера.
Инверторы бывают на 220 и 380 V. У них входящий переменный ток с частотой 50 Гц выпрямляется и сглаживается при помощи фильтра. Затем ток возвращается снова в переменный, но его частота значительно возрастает и составляет 20-50 кГц. Есть модели, способные вывести частоту до 100 кГц. После этого ток снова преобразовывается в постоянный и фильтруется.
Такой процесс обеспечивает чрезвычайно ровный ток, содействующий стабильному горению дуги и высокому качеству шва. Инверторные аппараты применяются при сварке ММА, MIG, TIG. Благодаря компактности внутренних узлов некоторые инверторы весят всего 3-4 кг. Большинство бытовых моделей для РДС не превышает по массе 10 кг. Но есть и промышленные версии с силой тока 400-500 А и весом 30-50 кг.
Большинство инверторных аппаратов работают только с постоянным током, но есть профессиональные версии AC/DC, способные переключаться на переменный ток. Это расширяет их возможности применения.
Разница между сваркой переменным и постоянным током
Понимая отличия переменного и постоянного тока, а также особенности сварочных аппаратов, вырабатывающие их, рассмотрим разницу в сварке.
Дуга на переменном токе горит менее стабильно, возможно случайное затухание при небольшом изменении зазора между электродом и изделием. Присутствует характерный треск. Манипулировать дугой сложнее, порой она «гуляет», труднее задавать форму шва.
При сварке на переменном токе присутствует разбрызгивание металла, дуга «плюется». Электроды на переменном токе расходуются быстрее. Во время выполнения потолочных и вертикальных швов перенос присадочного металла осложняется, некоторая его часть скапывает под действием силы тяжести вниз.
Но сварочные аппараты, работающие на переменном токе, стоят дешевле выпрямителей и инверторов. У них простейшая конструкция и внутренние узлы, которые легко переносят суровые условия на стройке, в гараже, цеху.
Ломаться здесь практически нечему — может только сгореть обмотка от перегрева. Если не перегревать трансформатор, то он будет служить долгие годы.
Аппараты не боятся пыли, а регулировка силы тока осуществляется приближением или отдалением первичной обмотки от вторичной. Все элементы простые и надежные, оборудование имеет повышенную ремонтопригодность с низкой стоимостью комплектующих.
Сварка на постоянном токе отличается стабильной дугой, шов вести легче, контролируя чешуйчатость, ширину и высоту валика. Дуга не трещит, а шелестит. Жидкий металл разбрызгивается меньше, капля лучше переносится на изделие. Постоянный ток более удобен для сварки не только в нижнем, но и в вертикальном и в потолочном положении.
Когда входящее напряжение «скачет», аппараты с постоянным током теряют только силу рабочего тока, но дуга остается стабильной. Качество шва уже не зависит на 100% от опытности сварщика, а обеспечивается лучшими характеристиками сварочного тока.
Но инверторы стоят дороже, чем трансформаторы. У них более сложное внутреннее оснащение и дорогостоящий ремонт. Инверторные сварочные аппараты чувствительны к пыли и ударам, тряске. При использовании на стройке или в цеху следует быть осторожным, а также регулярно продувать внутренние схемы от пыли.
Области применения
Исходя из этого сравнения работы аппаратов с переменным и постоянным током можно сделать вывод, что трансформатор подойдет для периодической сварки неответственных конструкций из малоуглеродистых сталей. Желательно, чтобы сварка велась в нижнем положении. При этом у сварщика должна быть определенная квалификация, иначе швы будут очень плохими. Трансформатор «выживет» в строительных условиях, частых транспортировках, запыленных помещениях. Это оптимальный варит для дачи, гаража, чтобы сэкономить.
Источник видео: Виталий М
Но трансформаторы с переменным током могут пригодиться и для профессиональных задач.
Например, при сварке покрытыми электродами алюминия или ржавого металла, который невозможно очистить. Они лучше инверторов, поскольку постоянное изменение направления движения электронов содействует разрушению оксида алюминия или загрязнений на поверхности. Постоянный ток на такое не способен (только в сочетании с импульсом)
Инверторы лучше подойдут для новичков, чтобы учиться варить. С ними легче работать во всех пространственных положениях, а также сваривать:
Изменение полярности поможет сварить тонкий металл 1-2 мм без прожогов. Но за инверторами требуется более тщательный уход и бережное обращение, иначе частые поломки дорого обойдутся.
Для профессиональной деятельности или частной мастерской лучше купить сварочные аппараты AC/DC. Переключаясь с переменного на постоянный ток, вы сможете качественно варить любые металлы и наслаждаться приятным шелестом электрической дуги.
Советы по выбору
Выбирая сварочный аппарат переменного тока, обращайте внимание на следующие характеристики:
Не забудьте про качественную маску для сварки, чтобы хорошо видеть сварочную ванну и защитить при этом глаза. Чтобы швы были прочные даже на переменном токе, важны хорошие электроды. Лучше выбирайте с рутиловым или основным покрытием. Они отлично плавятся и содействуют переносу капли металла. Никогда не покупайте для «переменки» электроды с целлюлозным покрытием.
| Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм | Сила тока, А |
|---|---|---|
| 1-2 | 2 | 25-100 |
| 3-4 | 3 | 90-150 |
| 5-6 | 4 | 150-200 |
Ответы на вопросы: преимущества и недостатки аппаратов переменного тока для сварки
Как регулировать силу тока трансформатора?
СкрытьПодробнее
Регулировка силы тока возможна двумя способами.
Первый — плавный, путем вращения рукоятки на корпусе. Она сводит и разводит катушки первичной и вторичной обмотки между собой, от чего изменяется электромагнитное поле. Если нужно убавить ток — вращайте ручку против часовой стрелки. Для добавления силы тока, крутите ручку по часовой стрелке.
Второй способ — ступенчатый. Он есть только у промышленных версий и заключается в переключении витков обмотки. Механизм действует быстро, но не позволяет установить точных значений. У большинства трансформаторов нет дисплея, поэтому дугу нужно пробовать на черновом металле каждый раз после изменения настроек.
Как уменьшить ток, если ручка уже накручена до упора?
СкрытьПодробнее
Бывает, что сила тока убавлена до минимума, а металл все-равно прожигается. Тогда используют дополнительное приспособление — сталистую пружину, фиксируемую между прижимом массы и изделием.
Ее витки создают дополнительное сопротивление, снижая силу тока. Но при этом пружина греется, поэтому расположите ее на негорючей поверхности или подвесьте.
Можно ли на переменном токе заварить трещину на чугуне?
СкрытьПодробнее
Лучше использовать аппараты с постоянным током. Но если такой возможности нет, намотайте в один ряд поверх покрытого электрода оголенную медную проволоку. Она будет плавиться и добавляться вместе с присадочным металлом, смягчая сплав. Это сократит количество микротрещин при остывании чугуна.
Трансформатор сильно тарахтит, что делать?
СкрытьПодробнее
Да, аппараты на переменном токе сильно гудят и тарахтят. Работать рядом целый день не комфортно. Снизить шум можно, установив аппарат на резиновый коврик, плотно стянув все соединения на корпусе, подложив в соприкасающиеся металлические части кожуха прослойки асбеста.
Что делать, если произошло короткое замыкание обмотки трансформатора?
СкрытьПодробнее
Если сам проводник целый, потребуется перемотать катушку трансформатора с нанесением нового слоя изоляции. В случае обрыва проводника нужна новая обмотка. Лучше доверить эту работу сервисному центру.
Остались вопросы
Оставьте Ваши контактные данные и мы свяжемся с Вами в ближайшее время
Обратная связь
Вернуться к списку
Преобразование переменного тока в постоянный
Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.
Содержание
- Постоянный ток и его источники
- Переменный ток и его параметры
- Достоинства и недостатки переменного напряжения
- Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот
Постоянный ток и его источники
У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени.
На современных приборах он обозначается буквами DC — сокращением от английского Direct Current (в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:
Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.
Переменный ток и его параметры
У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T), а обратная ему величина – частотой (f). Буквенное обозначение переменного тока – АС, сокращение от Alternating Current (знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:
̴
После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.
Переменный ток характеризуется параметрами:
| Характеристика | Обозначение | Единица измерения | Описание |
| Число фаз | Однофазный | ||
| Трехфазный | |||
| Напряжение | U | вольт | Мгновенное значение |
| Амплитудное значение | |||
| Действующее значение | |||
| Фазное | |||
| Линейное | |||
| Период | Т | секунда | Время одного полного колебания |
| Частота | f | герц | Число колебаний за 1 секунду |
Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов.
В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.
Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3).
Графики напряжений трехфазного переменного токаНапряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нулем – фазным, оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.
Под мгновенным значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения.
Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.
Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?
При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:
Мощность, которую передается по линии, равна:
Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.
Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.
Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.
Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот
Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением, а устройства – выпрямителями. Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.
Затем пульсации устраняют при помощи фильтров, простейшим из них является конденсатор. Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.
Для преобразования в переменный ток используются инверторы. Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.
Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.
Оцените качество статьи:
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- У нас было лишнее масло.
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
GPS-приемник — GP-735 (56 каналов)
В наличии GPS-13670
49,50 $
16
Избранное Любимый 30
Список желаний
Мини-тензодатчик — 500 г, прямой стержень (TAL221)
В наличии SEN-14728
10,95 $
Избранное Любимый 5
Список желаний
Плоский резак с цинковым покрытием — 0,0625 дюйма.
Диаметр, #112-Z (2 шт.)В наличии ТОЛ-15040
40,00 $
Избранное Любимый 1
Список желаний
Вещь SparkFun Plus — DA16200
В наличии ВРЛ-19696
34,95 $
Избранное Любимый 2
Список желаний
День инженера: Десятилетие Пи
12 марта 2020 г.
Не прошло и десяти лет с момента выпуска платформы Raspberry Pi, но именно этот аппаратный проект доминировал для нас в 2010-х годах. Для сегодняшней почты я хотел бы вспомнить и рассмотреть большую историю.
Избранное Любимый 0
Есть кое-что о LoRa
7 июля 2021 г.
Вам нужен больший диапазон от вашего сенсорного проекта? LoRa может быть именно тем, что вам нужно!
Избранное Любимый 0
Введение в DMX
14 ноября 2018 г.
DMX512 является отраслевым стандартом в области освещения и сценического дизайна. Будь то управление светом, двигателями или лазерами, DMX512 имеет множество применений. В этом руководстве мы рассмотрим DMX512 (цифровой мультиплекс с 512 единицами информации).
Избранное Любимый 9
- Электроника SparkFun®
- 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
- Настольный сайт
- Ваш счет
- Авторизоваться
- регистр
AC и DC
В этой статье рассматриваются некоторые основные понятия и заблуждения об электрических цепях переменного и постоянного тока. Здесь нет формул, только пояснения к некоторым часто задаваемым вопросам, например:
Что такое переменный и постоянный ток? В чем их отличия и что это значит?
Если переменный ток имеет форму «синусоиды», как мы можем измерить напряжение, если оно постоянно движется вверх и вниз?
Что такое «пиковая мощность» в отличие от «RMS Power»?
В каком направлении течет ток в цепи, особенно при переменном токе?
Что такое трехфазное электричество?
Что означает «3 фазы, 50 Гц, 380 вольт»?
В качестве введения к рассмотрению этих концепций мысленно представьте себе следующие эксперименты (вы можете провести их, если хотите — они несложные).
Если бы вы измеряли напряжение от батарейки фонарика и отображали это напряжение каждую секунду на графике, я надеюсь, вы получили бы результат, подобный этому: будет медленно падать с 1,5 вольт, когда батарея разрядится).
Теперь, если бы вы переставили положительный вывод на отрицательный конец батареи, а отрицательный вывод на положительный конец батареи, то есть перепутали все вокруг, то вы должны получить такой результат:
Это похоже на первый график, но перевернуто, потому что оно отрицательное.
Теперь, если вы должны быстро переключать провода туда и обратно, вы должны получить что-то вроде этого:
То есть напряжение постоянно становится положительным, затем отрицательным, затем положительным и снова отрицательным. Другими словами, он чередуется с положительным на отрицательный. Следовательно, эта переменная природа обычно называется Переменный ток или сокращенно просто AC. Слово «ток» здесь используется в общем, то есть, хотя мы используем «ток», оно также относится к напряжению и мощности.
Обратное значение переменного тока — постоянного тока. DC относится к случаю, когда напряжение не меняется между положительным и отрицательным, а остается либо положительным, либо отрицательным, как показано на первых двух графиках. Обратите внимание, что DC может быть положительным или отрицательным.
Быстрая замена батареи — не очень практичный способ получения переменного тока. Наиболее распространенным способом является использование генератора переменного тока (иногда его называют генератором, хотя, строго говоря, генератор вырабатывает постоянный ток, тогда как генератор переменного тока вырабатывает переменный ток).
Другими устройствами, которые также производят сигнал переменного тока, являются: радиопередатчики, инверторы и аудиоусилители (например, усилитель HiFi).
Рассмотрим напряжение, создаваемое генератором переменного тока:
Эта «синусоидальная волна» представляет собой путь, по которому следуют ток, напряжение и мощность в цепи переменного тока. Он не остается положительным или отрицательным очень долго, и при этом он не остается на одном определенном уровне. Напрашивается вопрос: «Как мы измеряем переменный ток? Когда мы говорим, что у нас есть 220 вольт 50 Гц, что это на самом деле означает?» Давайте сначала посмотрим на часть 50 Гц, так как ее легче всего понять.
Частота цепи переменного тока
Частота цепи переменного тока — это просто количество полных циклов волны за одну секунду. Это измерение частоты раньше называлось «циклами в секунду» или cps, но в наши дни его называют герцами (Гц) в честь немецкого ученого, занимавшегося цепями переменного тока.
То есть:
Один герц = один цикл в секунду
1000 Гц (1 кГц) = одна тысяча циклов в секунду
1 000 1 000 Гц0075
Давайте рассмотрим несколько примеров:
Пример 1: 220 Вольт, 50 Гц означает, что напряжение становится положительным, а затем отрицательным (один цикл) 50 раз в секунду.
Пример 2: 110 В, 60 Гц означает, что напряжение имеет 60 полных циклов в секунду.
Пример 3: Когда радио BBC ведет передачу на частоте 15,420 МГц, это означает, что передатчик производит полные циклы переменного тока 15 420 000 раз в секунду.
Пример 4: спутниковое вещание BBC TV в Европе использует частоту 10,995 ГГц (гигагерц). то есть 10,955 000 000 циклов в секунду!
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ, КОТОРЫЕ НУЖНО ОБСУЖДАТЬ
1. В большинстве случаев не повредит использование прибора на частоте 50 или 60 Гц. То есть, если тостер рассчитан на 110 вольт 60 Гц, вы можете использовать его на 110 вольт 50 Гц без видимой разницы.
2. Двигатели переменного тока являются исключением из вышеуказанного пункта. Скорость двигателя переменного тока зависит от частоты источника питания (двигатель переменного тока со щетками, например, портативная дрель, не зависит от частоты — этот класс двигателей известен как универсальный двигатель, а не только двигатель переменного тока). Двигатель переменного тока вращается быстрее при частоте 60 Гц, чем при частоте 50 Гц. Обычно это не беспокоит двигатель, но может повлиять на работу оборудования, к которому он подключен. Это также может повлиять на эффективность охлаждения внутреннего вентилятора двигателя.
Пример 1: Печатная машина, рассчитанная на 60 Гц, будет нормально работать при частоте 50 Гц, но будет работать на 20 % медленнее. Также может потребоваться дополнительный вентилятор для охлаждения двигателя.
Пример 2: Фотокопировальный аппарат с частотой 60 Гц, в котором для подачи бумаги используется двигатель переменного тока, может вообще не работать при питании с частотой 50 Гц.
Это связано с тем, что он подает бумагу на пониженной скорости, что позволяет копировальному аппарату думать, что у него замята бумага, поэтому он останавливается и показывает «замятие бумаги». Единственное средство — использовать его с источником питания 60 Гц (например, генератором).
3. Трансформаторы можно без проблем использовать как на 50 Гц, так и на 60 Гц. Часто трансформатор 220 вольт / 110 вольт используется, чтобы позволить использовать прибор на 110 вольт 60 Гц от источника питания 220 вольт 50 Гц.
Напряжение цепи переменного тока
Хотя здесь мы говорим о напряжении, те же принципы применимы и к току и мощности в цепи переменного тока.
Ранее мы видели, что в цепи постоянного тока (аккумулятор) постоянное напряжение составляет 1,5 Вольта, что довольно просто измерить. Однако в цепи переменного тока напряжение изменяется от нуля вольт, достигает положительного пика, падает обратно до нуля, достигает отрицательного пика и снова возвращается к нулю, много раз в секунду.
Так в какой момент мы его измеряем?
Если бы мы измеряли только пиковое напряжение, это могло бы немного ввести в заблуждение, поскольку напряжение находится на этом пиковом уровне только в течение части цикла. Поэтому нам нужно измерить его в точке, которая является своего рода средней по всему циклу.
Это в основном эффективное рабочее напряжение, в действительности 0,707 пикового значения. Официально это называется среднеквадратичным значением синусоиды. Среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение, которое математики обозначают как 0,707 пикового значения или эффективное рабочее напряжение 9.0011
На практике счетчики калибруются для считывания среднеквадратичного значения.
Таким образом, когда вы измеряете 220 Вольт на вашем измерителе, пик напряжения фактически составляет 311 Вольт. Пиковое напряжение составляет 622 Вольта!
На следующей диаграмме показаны эти отношения для обычных напряжений (значения округлены).
| Среднеквадратичное значение | Пиковое напряжение | Размах напряжения |
|---|---|---|
| 110 | 155 | 311 |
| 120 | 170 | 339 |
| 220 | 311 | 622 |
| 240 | 339 | 679 |
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
1) Показания счетчика могут ввести вас в заблуждение, думая, что напряжение безопасно прикасаться (очень опасная практика), хотя на самом деле оно намного выше.
2) Радиопередатчик SSB (используемый людьми для разговоров на большие расстояния) может иметь номинальную мощность 100 Вт PEP. PEP расшифровывается как Peak Envelope Power, что в основном эквивалентно пиковой мощности. Это общепринятый метод измерения мощности передатчика, а не RMS. Единственным исключением являются радиопередатчики SSB, обычно все цифры должны относиться к RMS.
3) Мощность аудиоусилителя должна быть указана в ваттах как «непрерывная», «средняя» или «RMS». Остерегайтесь рекламы, которая хвастается «100 Вт пиковой мощности!». Тщательное изучение показывает, что среднеквадратичное значение (эффективная рабочая мощность) составляет всего 17,5 Вт. Сначала разделите 100 на 2, потому что это стерео (100/2 = 50 Вт). Затем разделите это на два, чтобы получить пиковое значение от пика к пику (50/2 = 25 Вт). Тогда 0,707 от 25 составляет 17,5 Вт. Дополнительные сведения о мощности усилителя см. в статье Общие сведения о мощности усилителя.
Назвать 17,5-ваттный стереоусилитель 100-ваттным — это все равно, что сказать, что напряжение в розетке не 220 вольт, а 1866 вольт! То есть размах напряжения в три раза (по трем фазам) — слегка абсурдно.
Преобразование переменного тока в постоянный
Переменный ток используется при распределении электроэнергии по двум основным причинам:
1) Он имеет меньшие потери напряжения, чем постоянный ток, т. е. это хороший способ доставки электроэнергии на большие расстояния по проводам, поскольку он не потерять столько напряжения, сколько постоянный ток.
2) Легко изменить напряжение (с помощью трансформатора)
Однако, кроме двигателей, нагревателей и освещения, в большинстве приборов (особенно электронных) используется постоянный ток низкого напряжения. Например: MP3-плееры, радиоприемники и т. д. работают от 3, 5, 6, 9 или 12 вольт.
Лучшим источником чистого постоянного тока является батарея или группа батарей (последовательно) для обеспечения соответствующего напряжения. Однако батареи разряжаются. Вот почему большинство электронных приборов также могут работать от сети переменного тока. Работа источника питания заключается в преобразовании переменного тока в постоянный.
Простые источники питания достаточно дешевы. Их часто называют «штекерными пакетами». Они используются для питания или зарядки мобильных телефонов, MP3-плееров и т. д. Они меняют переменный ток на постоянный и часто допускают различные напряжения (например, 4,5 вольт, 6 вольт, 9 вольт и 12 вольт).
Примечание. Блоки питания рассчитаны на определенные напряжения и определенные токи. Будьте осторожны, чтобы не потреблять больше тока, чем они рассчитаны.
Прохождение тока в цепях переменного и постоянного тока
В каждой цепи должно быть 2 провода: один для подачи тока в цепь, а другой для отвода тока или возврата тока к источнику (аккумулятору, генератору переменного тока и т. д.). Полезно всегда иметь переключатель включения/выключения на проводе, по которому ток поступает в цепь. Следовательно, по этой и другим причинам полезно знать, по какому пути течет ток в данной цепи.
К сожалению, существует много путаницы в отношении того, как протекает ток в цепи.
Эта путаница в основном была вызвана техническими аргументами, большинство из которых заслуживают внимания. Однако давайте просто воспользуемся практическим и общепринятым мнением, что ток течет от положительного к отрицательному.
В цепи постоянного тока это легко представить, однако что происходит в цепи переменного тока, когда она постоянно переходит от положительного к отрицательному и к положительному? Может помочь аналогия: горнолыжник постоянно движется вправо-влево-вправо, но продолжает движение в одном основном направлении. Точно так же, хотя переменный ток идет положительно-отрицательно-положительно, в основном он движется в одном направлении. Проще использовать термин «активный», «горячий» или «находящийся под напряжением» для провода, несущего переменный ток, и термин «нейтральный» для провода обратного пути.
Таким образом, мы можем сказать, что в цепи переменного тока ток течет от активного к нейтральному .
Трехфазный переменный ток
Трехфазный переменный ток очень распространен на выходе генераторов переменного тока.
Это также доставляет инженерам удовольствие, когда дело доходит до объяснения. Это такая же веская причина, как и любая другая, почему мы не будем подробно останавливаться на этом. Достаточно сказать, что от одного генератора переменного тока генерируются 3 отдельные, но связанные синусоидальные волны (фазы) (сдвинутые по фазе друг от друга на 120°).
Нас интересует соотношение между этими тремя фазами и нейтралью. Основной принцип: между любыми двумя фазами находится одно более высокое напряжение, между любой фазой и нейтралью — более низкое напряжение.
В следующей таблице показано это соотношение для некоторых распространенных напряжений.
| Between any phase and neutral | Between any two phases |
|---|---|
| 110 volts | 190 volts |
| 120 volts | 208 volts |
| 220 volts | 380 вольт |
| 230 вольт | 398 вольт |
| 240 вольт | 415 вольт |
Во многих странах электроснабжение обеспечивает 3 фазы для каждого дома.
Когда это сделано, каждую фазу можно рассматривать как отдельную линию питания. То есть три фазы можно рассматривать как три отдельных и индивидуальных линии питания. Вместо того, чтобы подключать весь дом к одной фазе. Часто выгодно распределять нагрузку по 2 или 3 трем фазам.
Распределение нагрузки по двум или трем фазам дает множество преимуществ. Самое главное, что вы не зависите от источника питания, чтобы обеспечить хорошее напряжение только на одной фазе.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
1) В дома часто подается три фазы и нейтраль (4 провода). Два провода для освещения и приборов подключаются к любому из фазных проводов и нейтральному проводу, а не к 2-фазным проводам.
2) Если нулевой провод заменить на фазный (т.е. случайно поменять местами), то напряжение увеличивается почти вдвое. Например, в системе на 220 вольт, если нейтральный и какой-либо из фазных проводов подключены вместо другого (иногда уполномоченным органом снабжения), то будет присутствовать 380 вольт вместо 220 вольт.
Это обычно «взорвет» каждый свет и повредит большинство приборов.
3) Трехфазные двигатели требуют подключения к ним всех трех фаз (с нейтралью или без нее – в зависимости от конструкции двигателя). Чтобы изменить направление вращения трехфазного двигателя, поменяйте местами любые 2 фазных провода, идущих к двигателю, при отключенном питании и снятии соответствующих предохранителей!
РЕЗЮМЕ
Постоянный ток — это сокращение от постоянного тока, означающее, что полярность напряжения остается постоянной (положительной или отрицательной). В цепи постоянного тока общепринято, что ток течет от плюса к минусу. Распространенным источником постоянного тока является батарея.
AC — это сокращение от «Переменный ток», означающее, что полярность постоянно меняется с положительной на отрицательную. В цепи переменного тока обычно говорят, что ток течет от активного к нейтральному. Распространенным источником переменного тока является генератор переменного тока, хотя он может находиться на некотором расстоянии (например, на электростанции), и вы получаете переменный ток по проводам, подключенным к вашему дому.
