Постоянное напряжение это. Постоянное и переменное напряжение: ключевые различия и особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Чем отличается постоянное напряжение от переменного. Какие преимущества у каждого вида напряжения. Где применяются постоянный и переменный ток. Как происходит преобразование между видами напряжения.

Содержание

Что такое постоянное и переменное напряжение

Постоянное и переменное напряжение — два основных вида электрического напряжения, которые широко используются в современной технике и быту. Они имеют ряд существенных различий:

Постоянное напряжение сохраняет неизменную полярность и величину во времени.
Переменное напряжение периодически меняет свою полярность и величину.
Источники постоянного напряжения — гальванические элементы, аккумуляторы, выпрямители.
Источники переменного напряжения — генераторы переменного тока на электростанциях.

Ключевые характеристики постоянного напряжения

Постоянное напряжение характеризуется следующими основными параметрами:

Неизменная полярность — «плюс» и «минус» не меняются местами.
Стабильная величина напряжения во времени.

Отсутствие частоты — нет периодических колебаний.
Измеряется в вольтах (В).

Постоянное напряжение широко применяется в электронных устройствах, системах автономного питания, электротранспорте.

Особенности переменного напряжения

Переменное напряжение имеет ряд отличительных свойств:

Периодическое изменение полярности и величины.
Синусоидальная форма сигнала.
Наличие частоты колебаний (в России — 50 Гц).
Измеряется действующим значением напряжения.

Переменное напряжение используется в электрических сетях для передачи энергии на большие расстояния и питания бытовых приборов.

Преимущества постоянного напряжения

Постоянное напряжение обладает рядом преимуществ в определенных областях применения:

Возможность накопления энергии в аккумуляторах.
Простота регулирования напряжения и тока.
Отсутствие потерь на перемагничивание сердечников.
Высокий КПД при передаче на небольшие расстояния.
Удобство использования в электронных схемах.

Достоинства переменного напряжения

Переменное напряжение имеет свои уникальные преимущества:

Простота трансформации напряжения.
Эффективная передача энергии на большие расстояния.
Возможность создания вращающегося магнитного поля.
Легкость коммутации цепей.
Способность проникать через диэлектрики.

Области применения постоянного тока

Постоянный ток находит широкое применение в следующих сферах:

Электронные устройства и гаджеты.
Системы автономного электропитания.
Электротранспорт (электромобили, электропоезда).
Гальванические производства.
Сварочные аппараты постоянного тока.

Использование переменного тока

Переменный ток применяется в следующих областях:

Централизованное электроснабжение.
Бытовые электроприборы.
Электродвигатели переменного тока.
Трансформаторы и ЛЭП.
Индукционный нагрев в промышленности.

Преобразование постоянного тока в переменный

Для преобразования постоянного тока в переменный используются специальные устройства — инверторы. Принцип их работы заключается в следующем:

Постоянное напряжение подается на вход инвертора.
С помощью электронных ключей напряжение разбивается на импульсы.
Импульсы преобразуются в синусоидальный сигнал.
На выходе формируется переменное напряжение нужной частоты.

Инверторы широко применяются в солнечной энергетике, источниках бесперебойного питания, частотных преобразователях для электродвигателей.

Выпрямление переменного тока

Для получения постоянного тока из переменного используются выпрямители. Процесс выпрямления включает следующие этапы:

Переменное напряжение подается на вход выпрямителя.
С помощью диодов пропускаются только положительные полупериоды.
Пульсации сглаживаются конденсаторами.
На выходе формируется постоянное напряжение.

Выпрямители применяются в зарядных устройствах, блоках питания электронной аппаратуры, системах электроснабжения постоянного тока.

Измерение постоянного и переменного напряжения

Для измерения напряжения используются вольтметры. При этом есть некоторые особенности:

Постоянное напряжение измеряется напрямую в вольтах.
Для переменного напряжения указывается действующее значение.
Амплитудное значение переменного напряжения в √2 раз больше действующего.
Цифровые мультиметры могут измерять оба вида напряжения.

При измерениях важно правильно выбирать пределы измерения и соблюдать технику безопасности.

Что такое постоянное, пульсирующее, переменное напряжение

Часто среди электриков и радиолюбителей можно слышать выражения

постоянное напряжение или ток, и переменное. В данной статье я постараюсь доступно разжевать, чем отличаются данные понятия и как их представить.

Понятия:

Постоянное напряжение — такая разность электрических потенциалов, при которой сохраняется её величина и направление перепада потенциалов (полярность) с течением рассматриваемого промежутка времени.
Пульсирующее напряжение — такая разность электрических потенциалов, при которой её величина имеет не постоянный характер, а меняется с течением рассматриваемого промежутка времени и её изменение носит периодический характер, но при этом направление перепада электрических потенциалов (полярность) сохраняется и, в крайнем случае, может быть нулевым (в случае снижения напряжения до нуля).
Переменное напряжение — такая

разность электрических потенциалов, при которой её величина и направление перепада электрических потенциалов (полярность) меняется с течением рассматриваемого промежутка времени, и её изменение носит периодический характер.

Представление:

Что бы представить, что такое постоянное напряжение, давайте соберём одну простенькую схему, для которой понадобится источник питания (гальванический элемент, аккумулятор, блок питания или т.п.), 2 соединительных проводника и вольтметр. Представьте себе вольтметр, у которого в состоянии покоя стрелка находится строго посередине шкалы, где отмечено значение нуля, а по обе стороны от нуля симметрично размечена шкала напряжения. Если такой вольтметр подключить к источнику постоянного напряжения, то его стрелка отклонится в одну сторону до определённого значения напряжения источника питания (в нашем случае 12В). Если клеммы

вольтметра или источника питания поменять местами, то стрелка вольтметра отклонится в другую сторону до такого же значения (12в). Как Вы уже поняли, таким прибором легко отследить, меняется ли полярность источника питания с течением времени, или нет (при условии, что скорость реакции прибора больше скорости изменения полярности напряжения источника питания). Схема представлена на рис.1:

Рисунок 1. Вольтметр подключен непосредственно к источнику питания.

При подключении нашего вольтметра по такой схеме, его стрелка отклонится в одну сторону и будет постоянно показывать одно и то же значение напряжения. Если взять отрезок времени, и разбить его на несколько пунктов (моментов времени), в которые мы будем производить измерения и запись показаний в таблицу, то можно будет построить диаграмму напряжения рассматриваемого источника питания. Т.к. мы не можем определить абсолютную величину

электрического потенциала, а можем измерить только разность этих потенциалов, условимся, что одна из клемм элемента питания (положим, слева) имеет какой-то постоянный потенциал и назовём её общей, а на диаграмме привяжем к величине напряжения равной нулю. В этом случае показание вольтметра и есть разница электрического потенциала второй клеммы относительно первой. Направление отклонения стрелки вольтметра определяет, выше потенциал второй клеммы или ниже относительно общей. И так, диаграмма напряжения источника питания будет иметь вид (рис. 2):

Рисунок 2. Диаграмма напряжений источника постоянного напряжения.

Глядя на диаграмму мы можем сказать, что в любой момент времени (время на диаграмме отложено по горизонтальной оси) потенциал второй клеммы относительно потенциала общей не изменяется, и соответственно разность потенциалов так же неизменна. В этом случае мы можем сказать, что напряжение источника питания и есть

постоянное напряжение.
Добавим в схему один элемент — контакт (выключатель S1) (рис. 3):

Рисунок 3. Вольтметр, подключенный к источнику питания через контакт выключателя S1.

Контакт у нас имеет два положения — включен и выключен. В положении включен цепь нашей схемы замыкается на вольтметр PV1, и схема принимает вид как на рис. 1. При этом вольтметр показывает величину напряжения источника питания. При разомкнутом положении контакта S1 цепь размыкается, и вольтметр покажет ноль. Если периодически размыкать и замыкать контакт S1, и при этом записать показания вольтметра, можно будет построить диаграмму напряжения на клеммах вольтметра (рисунок 4):

Рисунок 4. Диаграмма напряжений источника пульсирующего напряжения.

Если принять, что контакт S1 входит в схему источника питания так, что клеммами источника питания являются клеммы Х3 и Х2, то в этом случае мы и получим источник пульсирующего напряжения. Из диаграммы рис. 4 мы видим, что напряжение источника питания опускается до ноля, но не опускается ниже. Это говорит о том, что напряжение на источнике питания не меняет свою полярность, что характерно для источников пульсирующего напряжения. Напряжение на пульсирующих источниках питания не обязательно должно достигать нуля, оно может иметь и какое либо иное не нулевое значение. Так же различной может быть ширина и форма импульсов.

Если Вам удалось разобраться с тем, что я описал выше, значит, Вы готовы рассмотреть третий случай — переменное напряжение. Если для Вас что-либо осталось не понятным, советую всё же разобраться, т.к. дальше схема будет ещё усложнена. Если я не понятно рассказал какие то моменты, не стесняйтесь обращаться за разъяснениями в комментариях. Для того они и существуют.
И так, усложним нашу схему ещё больше (рис. 5). Добавим в неё два двухпозиционных переключателя К1.1 и К1.2, которые связаны друг с другом и синхронно переключаются с помощью электромагнита К1 (по своей сути это электромагнитное реле).

Рисунок 5. Схема имитации источника переменного напряжения.

Условимся сразу, что в схему источника питания входит всё, кроме вольтметра. Т.е. клеммами источника питания являются клеммы 1 и 2. Далее рассмотрим работу нашего источника питания. В зависимости от положения сердечника электромагнита К1 контакты КК1.1 и КК1.2 могут принимать только два положения — 1-4 2-6 и 1-3 2-5. Рассмотрим эти случаи по отдельности:
Положение контактов 1-4 2-6 рассмотрим на рисунке 6:

Рисунок 6. Схема имитации источника переменного напряжения. Положение контактов 1-4 2-6.

Пути выравнивания электрических потенциалов изображены на схеме синим и красным цветом. Из рисунка 6 мы видим, что клемма 1 имеет положительную (+) полярность, а клемма 2 — отрицательную (-). Стрелка вольтметра отклонится влево от нуля и покажет нам разность потенциалов клемм 1 и 2 — 12В (напряжение батареи источника питания).
В случае положения контактов 1-3 2-5 (рис. 7) аналогично обнаруживаем, что клеммы 1 и 2 поменяли свою полярность.

Рисунок 7. Схема имитации источника переменного напряжения. Положение контактов 1-3 2-5.

Теперь клемма 1 стала отрицательной (-), а клемма 2 — положительной (+), в противоположность предыдущему случаю, хотя величина напряжения будет так же напряжение элемента питания, т.е. 12В. В этом случае стрелка вольтметра отклонится вправо от нуля до 12В.
Теперь выберем клемму, относительно которой мы будем проводить измерения и обзовём её общей. Пусть это будет клемма 2. На электрических схемах и самих приборах эти клеммы принято обозначать снежинкой * или сокращением Об.
Помните, в статье источники питания мы говорили о том, что отрицательная клемма имеет больший электрический потенциал по отношению к положительной. Немного не привычно в классическом понимании, но в принципе это так и есть. Что бы понять почему, Вам придётся почитать мои предыдущие публикации электрическое напряжение, электрический ток и источники питания. Если ваша религия, жизненная позиция или авторитет учителя физики не позволяет принять это положение, просто примите обратное, классическое положение, что якобы положительная клемма, это клемма с большим потенциалом по отношению к отрицательной и мои дальнейшие пояснения мысленно инвертируйте по оси напряжений.
И так, учтём, что отрицательная клемма имеет больший электрический потенциал по отношению к положительной. Зададим изначально, что каждую секунду электромагнит К1 переключает контакты КК1.1 и КК1.2. Возьмем промежуток времени около 10 секунд и в течении этого времени измерим и запишем показания вольтметра. Потенциал общей клеммы 2 приравниваем нулю. Потенциал клеммы 1 относительно общей клеммы принимаем большим, если стрелка вольтметра отклонилась вправо (рис. 7), и меньшим, если стрелка отклонилась влево (рис. 6). Диаграмма напряжений будет иметь вид (рисунок 8):

Рисунок 8. Диаграмма напряжений источника переменного напряжения.

Из диаграммы рисунка 8 мы видим, что каждую секунду при переключении контактов, клеммы источника питания 1 и 2 меняют свою полярность. При этом потенциал клеммы 1 относительно общей то больше, то меньше. И соответственно на диаграмме напряжение источника питания принимает значения как выше так и ниже нуля. Это и есть представление переменного напряжения. При переменном напряжении форма кривой диаграммы не обязательно должна иметь прямоугольный вид. Она может быть синусоидальной, пилообразной или иной другой формы, удовлетворяющей основному определению.

Надеюсь, эта статья поможет Вам больше приблизиться к пониманию электротехники и электроники.
Всего доброго!

Постоянный ток и переменный ток отличия ᐉ читать на Elektro.in.UA

Солнечные панели вырабатывают напряжение постоянного тока в 12, 24, 48 вольт и выше. Так как большинство электрических устройств работают от напряжения переменного тока, то подключать питание от солнечных батарей необходимо через специальный инвертор. Рассмотрим, чем отличаются эти напряжения и как происходит их преобразование.

Переменное напряжение и его отличия от постоянного

Под переменным понимают электрический ток, имеющий возможность изменяться в зависимости от того, в каком направлении движутся частицы имеющие заряд. Самыми важными характеристиками переменного тока можно назвать напряжение с частотой. На объектах разного типа, в зависимости от технических требований, может применяться переменное напряжение с определенной частотой. Стандартные параметры, от которых работают все бытовые приборы, это напряжение 220 вольт при условии, что частота составляет 50 Гц. Стоит сказать, что под частотой понимают то, сколько раз в течение одной секунды менялось направление частиц, имеющих заряд. Следовательно, если частота напряжения составляет 50 Гц, то направление движения электронов за секунду меняется 50 раз. Отсюда сами собой напрашиваются выводы, что переменный ток отличается от постоянного изменчивостью движения его заряженных частиц.

Основная причина, почему по централизованным сетям подается переменный ток, объясняется более простой и дешевой схемой его транспортировки. Кроме того, величину переменного напряжения можно легко преобразовать до требуемых значений, выполняя подключение оборудования через трансформаторы, работа которых приводит к минимальным потерям электроэнергии. В конечном результате переменный ток выводится к потребителю через розетки электропитания.

Преобразование тока из постоянного в переменный

Как говорилось выше, вырабатываемый солнечными панелями постоянный ток мало для чего пригоден. Особенно, когда солнечная электростанция подключена к зеленому тарифу, получаемое электричество необходимо преобразовать в переменное, а также выпрямить до стандартных параметров. Для этой цели используются следующие типы инверторов:

автономные – предназначены для локальной электрической сети и зарядки аккумуляторных батарей;
сетевые инверторы – преобразовывают ток в переменный, чтобы транспортировать по общей сети;
гибридные – обладают двумя функциями, позволяя и аккумуляторы заряжать, и выпрямлять напряжение под параметры общей сети.

Преобразование тока в переменный из постоянного происходит за счет того, что инвертор следит за фазой сети и непрерывно поддерживает напряжение на выходе немного выше сетевого. Следит за процессом микропроцессор в конструкции инвертора. Он отслеживает текущую форму переменного напряжения в сети и выводит аналогичное напряжение преобразованного из постоянного тока. Чтобы исключить сбой в работе инвертора, необходимо периодически проверять выходное напряжение на соответствие сетевых параметров.

переменный ток

Поэтому, наша обыкновенная лампочка(или, например, обогревательный прибор)будет одинаково работать как при переменном напряжении, изменяющегося от нуля до 310В, так и при постоянном напряжении 220В. А 12-вольтовая лампочка будет одинаково светить как от источника переменного напряжения величиной 12В(изменяющегося от нуля до 16,8В), так и от любой батарейки или аккумулятора(а они являются, как известно, источниками постоянного напряжения). Итак, запомните!!!

1)электрический ток(напряжение), который периодически изменяет свое направление и величину, называется переменным током. Любой переменный ток характеризуется в основном своей частотой, амплитудой и действующим значением;

2)приборы, предназначенные для измерения переменного тока, показывают его действующее значение;

3)напряжение измеряют вольтметром(или комбинированным прибором — авометром), ток — амперметром(или комбинированным прибором — авометром). Также ток можно измерять так называемыми токовыми клещами. Служат они для бесконтактного измерения тока — рабочая часть прибора образует кольцо вокруг измеряемого провода и по величине электромагнитного поля, действующего на рабочую часть прибора, выводится информация на его небольшой дисплей о величине протекающего тока. Авометр — это комбинированный прибор(его в простонародье еще называют просто тестером), который полностью в своем техпаспорте называется ампервольтомметром и служит для измерения и тока, и напряжения, и сопротивлений. А цифровые модели могут измерять и частоту напряжения(тока), и емкости конденсаторов и другие вещи — это уж как задумает разработчик;

4)зная значение(действующее) переменного напряжения, всегда можно узнать его максимальное значение(не забудьте — оно меняется по синусоидальному закону). А связь здесь такая —

Umax = 1,4U, где U — действующее значение, а Umax — максимальное значение(амплитуда)… На этом пока всё!

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

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

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

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

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

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

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

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

Источники постоянного напряжения

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

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

Источники переменного напряжения

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

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

Преимущества переменного тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества постоянного тока

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

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

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

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

Что такое постоянное напряжение

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

Отличие постоянного тока от переменного

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

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

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

В чём разница переменного и постоянного тока

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

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

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

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

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

Почему в сети переменное напряжение, а не постоянное

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

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

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

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

Три фазы трехфазного тока сдвинутые на 120 градусов

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

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

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

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

Вконтакте

Различие типов тока

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

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

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

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

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

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

Характеристики тока

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

период;
амплитуда;
частота;
круговая частота.

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

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

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

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

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

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

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

Передача тока

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

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

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

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

Преобразование тока

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

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

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

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

Обоснование выбора тока

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

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

РАЗНИЦА МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — НАУКА

Напряжение переменного и постоянного тока Переменный и постоянный ток, также известные как переменный ток и постоянный ток, представляют собой два основных типа токовых сигналов. Сигнал переменного

Напряжение переменного и постоянного тока

Переменный и постоянный ток, также известные как переменный ток и постоянный ток, представляют собой два основных типа токовых сигналов. Сигнал переменного напряжения — это сигнал, при котором чистая площадь под кривой зависимости напряжения от времени равна нулю, а постоянное напряжение — это однонаправленный поток электрических зарядов. В этой статье мы собираемся обсудить, что такое напряжение переменного и постоянного тока, их применение, как создаются напряжения переменного и постоянного тока, определения напряжений переменного и постоянного тока, сходства между этими двумя и, наконец, разницу между переменным током. напряжение и постоянное напряжение.

Напряжение переменного тока

Несмотря на то, что термин «переменный ток» является аббревиатурой от «переменного тока», он обычно используется для обозначения только термина «переменный». Напряжения переменного тока — это напряжения, при которых полезная площадь за один цикл равна нулю. Напряжения переменного тока могут принимать такие формы волны, как синусоидальные, квадратные, зубчатые, треугольные и другие формы. Наиболее распространенным типом переменного напряжения является синусоидальное напряжение. Такие устройства, как динамо-машины, являются основным источником переменного напряжения.

Напряжения переменного тока широко распространены в национальных электрических сетях, поскольку их относительно легко производить и распределять. Никола Тесла был ученым-пионером в создании линий электропередачи переменного тока. Большинство линий передачи переменного тока используют сигналы 50 Гц или 60 Гц. Переменные токи легко производятся на всех типах электростанций, таких как гидроэлектростанции, атомные электростанции, угольные, дизельные и даже ветровые электростанции. Большинство бытовых приборов работают от переменного напряжения, но когда требуется постоянное напряжение, можно использовать преобразователи переменного тока в постоянный для получения постоянного напряжения.

Напряжение постоянного тока

Напряжение постоянного тока — это напряжение, при котором заряды движутся только в одном направлении. Любая диаграмма напряжения, имеющая ненулевую полезную площадь под кривой зависимости напряжения от времени, может быть идентифицирована как напряжение постоянного тока.

Напряжение постоянного тока вырабатывается в таких устройствах, как солнечные панели, термопары и батареи. Некоторым устройствам для работы требуется очень плавное напряжение постоянного тока. Такие устройства, как компьютеры, используют для работы постоянное напряжение. В случаях, когда требуется постоянное напряжение, для выполнения этой работы используются адаптеры (преобразователи) переменного тока в постоянный.

В чем разница между напряжением переменного тока и напряжением постоянного тока?

Напряжение переменного тока получить легче, чем напряжение постоянного тока.

Напряжения переменного тока можно легко преобразовать и передать, но напряжения постоянного тока преобразовать трудно; поэтому их трудно передать.

Активные компоненты, такие как индуктивности, конденсаторы, транзисторы и операционные усилители, реагируют на переменное напряжение иначе, чем на постоянное.

Конденсатор пропускает переменное напряжение, но блокирует сигнал постоянного тока, а индуктор — наоборот.

Чистая площадь под кривой зависимости напряжения от времени для сигнала переменного тока равна нулю, тогда как для сигнала постоянного тока она не равна нулю.

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

Многие знают из школьного курса физики, что ток бывает переменным и постоянным. Если о применении переменного тока мы еще что-то можем с уверенностью сказать (все бытовые электроприемники питаются от переменного тока), то о постоянном мы не знаем практически ничего. Но раз существуют сети постоянного тока, значит есть и потребители, и соотвественно защита таким сетям тоже нужна. Где встречаются потребители постоянного тока и в чем отличие аппаратов защиты для этого рода тока мы рассмотрим в этой статье.

Ни один из типов электрического тока не «лучше», чем другой — каждый подходит для решения определенных задач: переменный ток идеален для генерации, передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния, в то время как постоянный ток находит свое применение на специальных промышленных объектах, установках солнечной энергии, центрах обработки данных, электрических подстанциях и пр.

Шкаф распределения постоянного оперативного тока электрической подстанции

Понимание отличий переменного и постоянного тока дает четкое представление о задачах, с которыми сталкиваются автоматические выключатели постоянного тока. Переменный ток промышленной частоты (50 Гц) меняет свое направление в электрической цепи 50 раз в секунду и столько же раз «переходит» через нулевое значение. Этот «переход» значения тока через ноль способствует скорейшему гашению электрической дуги. В цепях постоянного тока значение напряжения постоянно — также как и направление тока постоянно во времени. Этот факт существенно затрудняет гашение дуги постоянного тока, и потому требует специальных конструкторских решений.

Совмещенные графики нормального и переходного режимов при отключении: а) переменного тока; б) постоянного тока.

Одно из таких решений — использование постоянного магнита (4). Движение дуги в магнитном поле является одним из способов гашения в аппаратах до 1 кВ и находит применение в модульных автоматических выключателях. На электрическую дугу, которая по своей сути является проводником, воздействует магнитное поле, и та затягивается в дугогасительную камеру, где окончательно затухает.

1 — подвижный контакт
2 — неподвижный контакт
3 — серебросодержащая контактная напайка
4 — магнит
5 — дугогасительная камера
6 — скоба

Полярность надо соблюдать

Еще одним и, пожалуй, ключевым отличием между автоматическими выключателями переменного и постоянного тока, является у последних наличие полярности.

Схемы подключения однополюсного и двухполюсного автоматического выключателя постоянного тока

Если вы защищаете однофазную сеть переменного тока при помощи двухполюсного автоматического выключателя (с двумя защищенными полюсами), то нет разницы в какой из полюсов подключать фазный или нулевой проводник. При подключении же в сеть постоянного тока автоматических выключателей необходимо соблюдать правильную полярность. При подключении однополюсного выключателя постоянного тока питающее напряжение подается на клемму «1», а при подключении двухполюсного — на клеммы «1» и «4».

Почему это так важно? Смотрите видео. Автор ролика проводит несколько тестов с 10-ти амперным выключателем:

1) Включение выключателя в сеть с соблюдением полярности — ничего не происходит.
2) Выключатель установлен в сеть обратной полярностью; параметры сети U=376 В, I=7,5 А. Как итог: сильное дымовыделение с последующим воспламенением выключателя.
3) Выключатель установлен с соблюдением полярности, а ток в цепи составляет 40 А, что в 4 раза превышает его номинал. Тепловая защита, как это и должно быть, разомкнула защищаемую цепь через несколько секунд.
4) Последний и самый жесткий тест проводился с таким же 4-х кратным превышением по току и обратной полярностью. Результат не заставил себя долго ждать — мгновенное воспламенение.

Этот ролик наглядно демонстрирует то, почему необходимо соблюдать полярность при подключении автоматических выключателей постоянного тока. Подключение с обратной полярностью, и с током цепи, не превышающим номинал автоматического выключателя, выводит его из строя. Во избежание повторения подобных «печальных опытов» производители маркируют клеммы выключателей «+» и «-», а также дают схемы подключения в руководствах по эксплуатации.

Таким образом, автоматические выключатели постоянного тока — это устройства защиты, применяемые для объектов альтернативной энергетики, систем автоматизации и управления промышленных процессов и пр. Специальные исполнения защитных характеристик Z, L, K позволяют защищать высокотехнологичное оборудование промышленных предприятий.

Для их электроустановки всегда рекомендуется пользоваться услугами квалифицированных инженеров и техников, чтобы убедиться, что соответствующие автоматические выключатели постоянного тока будут выбраны и установлены правильно.

Перейти в каталог

Разница между постоянным и переменным напряжением. Чем отличается постоянный ток от переменного

Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.

Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется многими электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях. От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные блоки питания и трансформаторы напряжения .

Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов считаются потребителями постоянного тока, так как батарея – это источник постоянного тока, который может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.

Разница переменного тока от постоянного

Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени. Важнейшими параметрами переменного тока считаются его частота и напряжение. В современных электрических сетях на разных объектах используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях ток имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота электрического переменного тока – это число изменений направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц он меняет направление 50 раз в секунду. Таким образом, отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.

Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки . К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях потому, что величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями. Другими словами, его гораздо проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.

Передача переменного тока потребителям

Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ. Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, устанавливаемым в непосредственной близости от объектов электрического потребления – домов, квартир, предприятий и других сооружений.

Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях на питание объектов идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.

Преобразование переменного тока в постоянный

Мы уже разобрались с тем, что в розетках бытовых электрических систем находится переменный ток, однако многие современные потребители электричества нуждаются в постоянном. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:

Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.
Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.

Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Но этот процесс значительно сложнее и осуществляется он за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.

Люди давно привыкли к благам электричества и многим все равно, какой ток в розетке. На планете 98% вырабатываемой электроэнергии – это переменный ток. Его намного легче производить и передавать на значительные расстояния, чем постоянный. При этом напряжение может многократно изменяться по величине в сторону понижения и повышения. Сила тока существенно влияет на потери в проводах.

Передача электроэнергии на расстояние

Параметры домашней сети всегда известны: переменный ток, напряжение 220 вольт и частота 50 герц. Они подходят преимущественно для электродвигателей, холодильников и пылесосов, а также ламп накаливания и многих других приборов. Многие потребители работают при постоянном напряжении в 6-12 вольт. Особенно это относится к электронике. Но питание приборов должно приводиться к одному типу. Поэтому для всех потребителей ток в розетке должен быть переменным, с одним напряжением и частотой.

Различие между токами

Переменный ток периодически изменяется по величине и направлению. С генераторов электростанции выходит переменный ток с напряжением 220-400 тыс. вольт. До многоэтажного дома оно снижается до 12 тыс. вольт, а затем на трансформаторной подстанции преобразуется до 380 вольт.

Ввод в частный дом может быть трехфазным или однофазным. Три фазы заходят в многоэтажный дом, а затем в каждую квартиру с межэтажного щитка, через снимается 220 вольт между нейтральным проводом и фазой.

Схема подключений в квартире от однофазной сети переменного тока

В квартире напряжение подается на счетчик, а с него поступает через отдельные автоматы на соединительные коробки каждого помещения. С коробок делается разводка по комнате на две цепи осветительных приборов и розеток. В схеме рисунка на каждое помещение приходится по одному автомату. Возможен другой способ подключений, когда на осветительную и розеточную цепи устанавливается по одному защитному устройству. В зависимости от того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть в группе или к ней подключается отдельный автомат. Постоянный ток отличается тем, что его направление и свойства не изменяются со временем. Он применяется во всей электронике дома, светодиодной подсветке и в бытовых приборах. При этом многие не знают, какой ток в розетке. Он приходит из сети переменным, а затем преобразуется в постоянный внутри электроприборов, если в этом есть необходимость.

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

Преобразователь постоянного тока

Параметры розеток

Определяющими характеристиками для розеток являются уровень защиты и контактная группа. Для хозяина квартиры при выборе розетки необходимо учитывать:

место установки: внешняя, скрытая, в помещении или снаружи;
форма и соответствие друг другу вилки и розетки, безопасность использования;
характеристики сети, особенно, сколько ампер через нее может проходить.

Требования к соединениям

Для подключения электроприбора к сети розетка с вилкой являются соответственно источником и приемником энергии, образуя штепсельное соединение. К нему предъявляются следующие требования.

Надежный контакт. Слабое соединение приводит к разогреву и выходу его из строя. Важно также обеспечить надежную фиксацию от самопроизвольного отключения. Здесь удобно применять пружинящие контакты в розетке.
Изоляция токонесущих частей друг от друга.
Защита от прикосновения руками или разными предметами к деталям, находящимся под напряжением. Для защиты от детей в розетках предусматриваются специальные шторки, открывающиеся только тогда, когда вставляется вилка.
Обеспечение полярности при подключении. Это важно, если через соединение течет постоянный ток или устройство применяется в сочетании с однополюсным выключателем. Конструкция розетки не допускает неправильного подключения.
Наличие заземления для приборов 1 класса защиты. В розетках важно правильно подключить заземление.

В зависимости от условий эксплуатации розетки выполняют с разными уровнями защиты, которые обозначаются кодом IP и следующими за ним двумя числами. Первое (0-6) означает, насколько устройство не допускает попадание внутрь предметов, пыли и т.п. Следующее (0-8) предусматривает защиту от воды. Если розетка обозначена кодом IP68, значит, она имеет самую высокую защиту от внешних воздействий.

По типам изделия обозначаются латинскими буквами. Отечественные выпускаются без заземления (С) и с заземлением (F).

Разновидности розеток

Приборы группы AC (~) предназначены для переменного тока. Постоянный ток обозначается DC (-).

Главным показателем является сила тока, которая допускается для той или иной розетки. Если на ней есть обозначение 6 А, то суммарная подключаемая нагрузка не должна превышать указанного количества ампер. При этом не имеет особого значения, переменный ток через нее проходит или постоянный.

Сколько нагрузки выдержит соединение, оценивают по общей мощности всех подключенных приборов. Для таких потребителей, как микроволновая печь, посудомоечная или стиральная машина используются отдельные розетки не менее чем на 16 ампер с обозначением типа тока. Особое место занимает электроплита, для которой сила номинального тока составляет 25 ампер или больше. Ее следует подключать через отдельное УЗО. За основу берется номинальный ток – количество ампер, которое способна пропустить розетка в течение длительного времени.

Ампер – это единица измерения, по которой измеряется сила тока. Если указана только паспортная мощность, допустимый ток составит I = P/U, где U = 220 вольт. Тогда при мощности 2200 ватт сила тока будет равна 10 ампер.

Обратите внимание на подключение к розеткам электроприборов через удлинители. Здесь легко можно ошибиться с определением, сколько потребуется суммарной мощности нагрузки. Кроме того, удлинитель также должен соответствовать предъявляемым требованиям, поскольку у него имеются свои розетки с маркировкой.

Для переменного тока полярность в штепсельных соединениях особенно не нужна. Фазу обычно находят, если надо подключать к светильникам автомат или однополюсный выключатель. При их отключении прикосновение к нулевому проводу будет не таким опасным.

Розетки расширенной функциональности

Сейчас выпускают новые типы розеток с новыми функциями:

Встроенные таймеры отключения.
Переключение типа тока.
С индикацией величины нагрузки (цвет меняется от зеленого до красного).
Со встроенным УЗО.
С автоматической блокировкой.

Проверка подключения

Напряжение проверяется в розетке подключением вольтметра или тестера. При его наличии прибор укажет, сколько в ней вольт.

Тестер напряжения в розетке

Сила тока может определяться амперметром, подключенным последовательно с работающей нагрузкой.

Электрики проверяют наличие напряжения индикатором. Однополюсный – выполняется в виде отвертки с лампочкой. С его помощью можно найти фазу, но подключение нулевого провода он не покажет. Это можно сделать двухполюсным индикатором, подключив его между фазой и нулем. Легко можно проверить напряжение в розетке контрольной лампой, которому она должна соответствовать.

В самом начале, давайте дадим короткое определение электрическому току. Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Ток — это движение электронов в проводнике, напряжение — это то, что приводит их (электроны) в движение.

Теперь рассмотрим такие понятия, как постоянный и переменный ток и выявим их принципиальные отличия.

Отличие постоянного тока от переменного

Основная особенность постоянного напряжения в том, что оно постоянно как по своей величине, так и по знаку. Постоянный ток, «течет» в все время одну сторону. Например, по металлическим проводам от плюсового зажима источника напряжения к минусовому (в электролитах его создают положительные и отрицательные ионы). Сами же электроны движутся от минуса к плюсу, но ещё до открытия электрона договорились считать, что ток течет от плюса к минусу и до сих пор при расчетах придерживаются этого правила.

Чем же от постоянного отличается переменный ток (напряжение)? Из самого названия следует, что он меняется. Но — как именно? Переменный ток меняет за период как свою величину, так и направление движения электронов. В наших бытовых розетках — это ток с синусоидальными (гармоническими) колебаниями частотой 50 герц (50 колебаний в секунду).

Если рассмотреть замкнутую цепь на примере лампочки, то мы получим следующее:

при постоянном токе электроны будут течь через лампочку всегда в одном направлении от (-) минуса к (+) плюсу
при переменном направление движения электронов будет меняться в зависимости от частоты генератора. т. е. если в нашей сети частота переменного тока 50 герц (Hz), то направление движения электронов за 1 секунду поменяется 100 раз. Таким образом + и — в нашей розетке меняются местами сто раз в секунду относительно ноля . Именно поэтому мы можем воткнуть электрическую вилку в розетку «вверх ногами» и все будет работать.

Переменное напряжение в нашей бытовой розетке изменяется по синусоидальному закону. Что это значит? Напряжение от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум), потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться дальше — до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум), затем снова увеличивается, переходя через ноль и возвращается к положительному амплитудному значению.

Говоря другими словами, при переменном токе постоянно меняется его заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Получается, что за секунду электроны 100 раз меняют направление своего движения и свою полярность, с положительной на отрицательную (помните, что их частота составляет 50 герц — 50 периодов или колебаний в секунду?).

Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них — сложность конструкции самого генератора. А генератор переменного тока обладает более простой конструкцией, а потому прост и дешев в эксплуатации.

Дело в том, что одинаковую мощность можно передать высоким напряжением и маленьким током или наоборот: низким напряжением и большим током. Чем больше ток, тем больше нужно сечение провода, т.е. провод должен быть толще. Для напряжения толщина провода не важна, были бы изоляторы хорошие. Переменный ток (в отличие от постоянного) просто легче преобразовывать.

И это — удобно. Так по проводу относительно небольшого сечения электростанция может отправить пятьсот тысяч (а иногда и до полутора миллионов) вольт энергии при токе в 100 ампер практически без потерь. Потом, например, трансформатор городской подстанции «заберет» 500 000 вольт при токе в 10 ампер и «отдаст» в городскую сеть 10 000 вольт при 500 амперах. А районные подстанции уже преобразуют это напряжение в 220/380 вольт при токе порядка 10 000 ампер, для нужд жилых и промышленных кварталов города.

Разумеется схема упрощена и имеется в виду вся совокупность районных подстанций в городе, а не какая-то конкретно.

Персональный компьютер (ПК) работает по схожему принципу, но — в обратную сторону. Он преобразует переменный ток в постоянный а затем, при помощи , понижает его напряжение до значений, необходимых для работы всех компонентов внутри .

В конце 19-го века всемирная электрификация вполне могла пойти и другим путем. Томас Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то все могло бы быть по другому.

Гениальный серб Никола Тесла (некоторое время работавший у Эдисона), первым спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными разработками, работавшими с постоянным источником энергии.

Сейчас давайте рассмотрим «места обитания» постоянного и переменного тока. Постоянный, например, находится в нашем телефонном аккумуляторе или батарейках. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в местах его хранения (аккумуляторах).

Источники постоянного напряжения это:

обычные батарейки применяемые в различных приборах (фонарики, плееры, часы, тестеры и т.д.)
различные аккумуляторы (щелочные, кислотные и т. п.)
генераторы постоянного тока
другие специальные устройства, например: выпрямители, преобразователи
аварийные источники энергии (освещение)

Например, городской электротранспорт работает на постоянном токе напряжением в 600 Вольт (трамваи, троллейбусы). Для метрополитена оно выше — 750-825 Вольт.

Источники переменного напряжения:

генераторы
различные преобразователи (трансформаторы)
бытовые электросети (домашние розетки)

О том, как и чем измерять постоянное и переменное напряжение мы с Вами говорили вот , а напоследок (всем тем кто дочитал статью до конца) хочу рассказать небольшую историю. Озвучил ее мне мой шеф, а я перескажу с его слов. Уж больно она к нашей сегодняшней теме подходит!

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками:) А сразу возле трассы там такое замечательное местечко есть: родник с чистой водой. Возле все обязательно останавливаются и воду набирают. Это, своего рода, уже традиция.

Местные власти, решив облагородить данное место, сделали все по последнему слову техники: вырыли сразу под родничком большую прямоугольную яму, обложили ее ярким кафелем, перелив сделали, подсветку светодиодную, бассейн получился. Дальше — больше! Сам родник «упаковали» в крапленую гранитную крошку, придали ему благородную форму, иконку над жерлом под стекло вмуровали — святое место, значится!

И последний штрих — поставили систему подачи воды на фотоэлементе. Получается, что бассейн всегда наполнен и в нем «булькает», а чтобы набрать воду непосредственно из родничка, нужно поднести руки с сосудом к фотоэлементу и оттуда — «проистекает» 🙂

Надо сказать, что по дороге к источнику наш шеф рассказывал одному из директоров, как это круто: новые технологии, вайфай, фотоэлементы, сканирование по сетчатке глаза и т.д. Директор был классическим технофобом, поэтому придерживался противоположного мнения. И вот, подъезжают они к родничку, подносят руки куда следует, а вода не течет!

Они и так, и сяк, а результата — ноль! Оказалось, что тупо не было напряжения в электрической сети, которая питала эту шайтан-систему:) Директор был «на коне»! Отпустил несколько «контрольных» фраз по поводу всех этих п…х технологий, таких же п…х элементов, всех машин вообще и данной конкретной в частности. Зачерпнул канистрой прямо из бассейна и пошел в машину!

Вот и получается, мы можем настроить все что угодно, «поднять» навороченный сервер, предоставить лучший и востребованный сервис, но, все равно, самый главный человек — это дядя Вася-электрик в ватнике, который одним движением руки может организовать полный skipped всей этой технической мощи и изяществу:)

Так что помните: главное — качественное электропитание. Хороший (источник бесперебойного питания) и стабильное напряжение в розетках, а все остальное — приложится:)

На сегодня у нас — все и до следующих статей. Берегите себя! Ниже — небольшое видео по теме статьи.

Что такое постоянное напряжение

Отличие постоянного тока от переменного

Сейчас невозможно представить себе человеческую цивилизацию без электричества. Телевизоры, компьютеры, холодильники, фены, стиральные машины — вся бытовая техника работает на нем. Не говоря уже о промышленности и больших корпорациях. Основным источником энергии для электроприемников является переменный ток. А что это такое? Каковы его параметры и характеристики? Чем отличаются постоянный и переменный ток? Мало кто из людей знает ответы на эти вопросы.

Переменный против постоянного

В конце девятнадцатого века, благодаря открытиям в области электромагнетизма, возник спор по поводу того, какой же ток лучше применять, чтобы удовлетворить человеческие потребности. Как же все начиналось? Томас Эдисон в 1878 году основал свою компанию, которая в будущем стала знаменитой General Electric. Компания быстро разбогатела и завоевала доверие инвесторов и простых граждан Соединенных Штатов Америки, так как было построено по всей стране несколько сотен электростанций, работающих на постоянном токе. Заслуга Эдисона — в изобретении трехпроводной системы. Постоянный ток замечательно работал с первыми электрическими двигателями и лампами накаливания. Это были фактически единственные приемники энергии на то время. Счетчик, который также был изобретен Эдисоном, работал исключительно на постоянном токе. Однако в противовес развивающейся компании Эдисона выступили конкурентные корпорации и изобретатели, которые хотели противопоставить постоянному току переменный.

Недостатки изобретения Эдисона

Джордж Вестингауз, инженер и бизнесмен, заметил в патенте Эдисона слабое звено — огромные потери в проводниках. Однако ему не удалось разработать конструкцию, которая могла бы конкурировать с этим изобретением. В чем же недостаток Эдисоновского постоянного тока? Основная проблема — передача электроэнергии на расстояния. А так как при его увеличении растет и сопротивление проводников, то это значит, что будут увеличиваться и потери мощности. Для понижения этого уровня необходимо либо повышать напряжение, а это приведет к понижению силы самого тока, либо утолщать провод (то есть снижать сопротивление проводника). Способов эффективного повышения напряжения постоянного тока в то время не было, поэтому электростанции Эдисона держали напряжение, близкое к двум сотням вольт. К сожалению, передаваемые таким образом потоки мощности не могли обеспечить нужды промышленных предприятий. Постоянный ток не мог гарантировать генерацию электроэнергии мощным потребителям, которые находились на значительном расстоянии от электростанции. А повышать толщину проводов или строить больше станций было слишком дорого.

Переменный ток против постоянного

Благодаря разработанному в 1876 году инженером Павлом Яблочковым трансформатору, изменять напряжение у переменного тока было очень просто, что давало потрясающую возможность передавать его на сотни и тысячи километров. Однако на тот момент не существовало двигателей, которые работали бы на переменном токе. Соответственно, не было и генерирующих станций, и сетей для передачи.

Изобретения Николы Теслы

Несомненное преимущество постоянного длилось недолго. Никола Тесла, работая инженером в фирме Эдисона, понял, что постоянный ток не может обеспечить человечество электроэнергией. Уже в 1887 году Тесла получил сразу несколько патентов на аппараты переменного тока. Началась целая борьба за более эффективные системы. Основными конкурентами Теслы были Томсон и Стенли. А 1888 году однозначную победу получил сербский инженер, который предоставил систему, способную транспортировать электрическую энергию на расстояния в сотни миль. Молодого изобретателя быстро взял к себе Вестингауз. Однако сразу же началось противостояние между компаниями Эдисона и Вестингауза. Уже в 1891 году была разработана Теслой система трехфазного переменного тока, что позволило выиграть тендер по строительству огромной электрической станции. С тех пор однозначно позицию лидера занял переменный ток. Постоянный же сдавал свои позиции по всем фронтам. Особенно когда появились выпрямители, способные преобразовывать переменный ток в постоянный, что стало удобно для всех приемников.

Определение переменного тока

Пример простейшего генератора

В качестве самого простого источника используют прямоугольную рамку, изготовленную из меди, которая закреплена на оси и вращается в магнитном поле при помощи ременной передачи. Концы этой рамки припаяны контактными кольцами к медным, которые скользят по щеткам. Магнит создает равномерно распределенное в пространстве магнитное поле. Плотность силовых магнитных линий здесь одинакова в любой части. Вращающаяся рамка пересекает эти линии, и на ее сторонах индуцируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). С каждым поворотом направление суммарной ЭДС меняется на обратное, так как рабочие стороны рамки за оборот проходят через разные полюса магнита. Так как меняется скорость пересечения силовых линий, то становится другой и величина электродвижущей силы. Поэтому если равномерно вращать рамку, то индуктированная электродвижущая сила периодически будет меняться как по направлению, так и по величине, ее можно измерить при помощи внешних приборов и, как следствие, использовать для того, чтобы создавать переменный ток во внешних цепях.

Синусоидальность

Что это такое? Переменный ток графически характеризуется волнообразной кривой — синусоидой. Соответственно, ЭДС, ток и напряжение, которые изменяются по этому закону, называются параметрами синусоидальными. Кривая так названа потому, что является изображением тригонометрической переменной величины — синуса. Именно синусоидальный характер переменного тока — наиболее распространенный во всей электротехнике.

Параметры и характеристики

Переменный ток — это явление, которое характеризуется определенными параметрами. К ним относят амплитуду, частоту и период. Последний (обозначается буквой Т) — это промежуток времени, в течение которого напряжение, ток или ЭДС совершает цикл полного изменения. Чем быстрее будет вращение ротора у генератора, тем период будет меньше. Частотой (f) называют количество полных периодов тока, напряжения или ЭДС. Она измеряется в Гц (герцах) и обозначает количество периодов за одну секунду. Соответственно, чем больше период, тем меньше частоты. Амплитудой такого явления, как переменный ток, называют наибольшее его значение. Записывается амплитуда напряжения, тока или электродвижущей силы буквами с индексом «т» — U т I т, Е т соответственно. Часто к параметрам и характеристикам переменного тока относят действующее значение. Напряжение, ток или ЭДС, которая действует в цепи в каждый момент времени — мгновенное значение (помечают строчными буквами — і, u, e). Однако оценивать переменный ток, совершенную им работу, создаваемое тепло сложно по мгновенному значению, так как оно постоянно меняется. Поэтому применяют действующее, которое характеризует силу постоянного тока, выделяющего за время прохождения по проводнику столько же тепла, сколько это делает переменный.

Постоянное напряжение — HomoFaciens

Новости Проэкт Технология РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Скачать Ответы Игры Советы по покупкам Контакт

<<< H-мост с широтно-импульсной модуляцией >>>

Видео про постоянное напряжение

Идеальный источник напряжения по сравнению с реальным

Идеальный источник постоянного напряжения обеспечивает постоянный потенциал между своими выводами для любого тока, протекающего через него — однако мы живем не в идеальном мире, но наше намерение состоит в том, чтобы подойти к нему как можно ближе.Давайте откроем для себя свойства аккумуляторной батареи 12 В:

Рисунок 1:
Номинальное выходное напряжение батареи составляет 12 В, но почти каждый раз, когда вы подключаете вольтметр к клеммам батареи, вы обнаруживаете, что значение, по крайней мере, немного отличается от этих 12 В. Химические процессы, генерирующие выходное напряжение, зависят от концентрации определенных ионов внутри батареи. Концентрация колеблется всякий раз, когда батарея разряжается или заряжается.Конечное напряжение заряда и, следовательно, максимальное напряжение не должно превышать 14 В, и вы должны прекратить разряжать аккумулятор при достижении потенциала 11,2 В.

Есть еще одно свойство батарей, которое необходимо учитывать, когда для вашего приложения требуется постоянное напряжение: вольт-амперная характеристика при подключении нагрузки к батарее. Предположим, падение напряжения без нагрузки, подключенной к батарее, составляет 12,5 В. При подключении к клеммам лампы накаливания 12 В 10 Вт потенциал снижается всего до 12.3В. Аккумулятор потребляет ток около 800 мА. Ток вызывает движение ионов внутри аккумуляторных элементов (см. Главу «Гальванический элемент»). Скорость этого движения ограничена, поэтому концентрация ионов вокруг электродов уменьшается, и поэтому потенциал на выходных клеммах также уменьшается. Чем выше ток, потребляемый батареей, тем ниже выходное напряжение. Батарея действует как идеальный источник напряжения с резистором, подключенным последовательно к одной из его клемм.Сопротивление этого гипотетического устройства внутри гальванических элементов называется внутренним сопротивлением батареи, и эта концепция применима к всем видам электрических источников в реальном мире . Внутреннее сопротивление, также называемое выходным импедансом , полным сопротивлением источника или внутренним импедансом , вызвано рядом причин, а не только батареями. Сопротивление обмоток генератора или выпрямителей также приводит к внутреннему сопротивлению реальных источников напряжения.

Рисунок 2:
На чертеже представлена принципиальная схема реального источника напряжения с нагрузкой, подключенной к выходным зажимам. Внутреннее сопротивление обозначено резистором R _и, который последовательно подключен к нагрузке. Ток, протекающий по цепи, вызывает падение напряжения на R _i, которое вычитается из потенциала U ₀, генерируемого идеальным источником.

В приведенном выше примере внутреннее сопротивление аккумулятора можно рассчитать следующим образом:
Сопротивление лампы накаливания:
R _Лампа = 12.3 В / 0,8 А = 15,4 Ом
«Резистор внутри батареи» подключается последовательно к нагрузке, и потенциал без подключенной нагрузки составляет 12,5 В, что дает:
R _{Батарея} / R _{Нагрузка} = (12,5 В — 12,3 В) / 12,3 В
или
R _{Батарея} = R _{Нагрузка} * 0,2 В / 12,3 В
В результате внутреннее сопротивление составляет примерно 0,25 Ом. Это значение непостоянно. При подключении к аккумулятору лампы накаливания 40Вт получаем:
Потенциал без нагрузки: 12.5 В
Потенциал с лампой накаливания 40 Вт: 12,0 В
Ток через лампу: 3.8A
Результирующее сопротивление лампы: 3,2 Ом
Результирующее внутреннее сопротивление: 1,32 Ом

Обычно имеется: Чем выше емкость батареи, тем ниже внутреннее сопротивление, потому что размеры электродов — в основном площадь их поверхности — тоже увеличиваются.

Регулировка напряжения

Есть несколько способов получить более постоянное напряжение, чем может обеспечить батарея.В главе о делителях напряжения мы узнали, как получить долю напряжения, обеспечиваемого источником питания. Предположим, что нашей схеме требуется входное напряжение 5 В, в то время как устройство подключено к аккумулятору 12 В из приведенного выше примера. При использовании постоянных резисторов потенциал на выходе делителя напряжения уменьшается с уменьшением напряжения батареи во время процедуры разрядки или всякий раз, когда к цепи подключается другая нагрузка. Выходное напряжение делителя можно перенастроить, если использовать один потенциометр.Переменное сопротивление потенциометра позволяет регулировать выходное напряжение делителя при изменении напряжения батареи. Другой переменный резистор — это транзистор, который можно использовать для построения схемы стабилизатора :

Рисунок 3:
Базовый вывод NPN-транзистора подключен к делителю напряжения, состоящему из R ₁ и стабилитрона 5,1 В. Как объяснялось в главе о делителях напряжения, стабилитрон обеспечивает почти постоянное напряжение 5.1 В, пока входное напряжение превышает это значение. Как только нагрузка подключена к выходным зажимам схемы, линия эмиттер-коллектор транзистора и нагрузка образуют второй делитель напряжения схемы. Если сопротивление нагрузки постоянно, результирующее выходное напряжение на нагрузке вызвано переменным сопротивлением линии эмиттер-коллектор транзистора. При напряжении эмиттер-база 0,5 В сопротивление явно превышает несколько мегом, в то время как оно уменьшается до нескольких Ом и ниже примерно до нулевого напряжения базы.7V. Обычно сопротивление нагрузки явно ниже максимума и явно выше минимального сопротивления линии эмиттер-коллектор, поэтому напряжение эмиттер-база всегда составляет около 0,6 В, когда цепь подключена к напряжению питания.

Для напряжения на нагрузке и, следовательно, потенциала на выводе эмиттера транзистора есть:

U _{Излучатель} = U _Out = U _In * R _{Нагрузка} / (R _{Нагрузка} + R _{Транзистор}) = U _Зенера — U _EB
или
U _EB = U _{Стабилитрон} — U _In * R _{Нагрузка} / (R _{Нагрузка} + R _{Транзистор})
или
R _{Транзистор} = R _{Нагрузка} * (U _In / (U _Zener — U _EB) — 1)

Где находится:
U _{Излучатель} — Потенциал между землей и излучателем
U _In — Входное напряжение цепи
R _Load — Сопротивление нагрузки
R _{Транзистор} — Сопротивление линии эмиттер-коллектор транзистора
U _{Стабилитрон} — Падение напряжения на стабилитроне (постоянное)
U _BE — напряжение эмиттер-база (почти постоянное, примерно 0.6V)

Что означают приведенные выше формулы? Что ж, всякий раз, когда сопротивление нагрузки уменьшается, выходное напряжение (которое представляет собой напряжение на нагрузке) также уменьшается, что приводит к увеличению напряжения между эмиттером и базой (U _EB). Однако с увеличением напряжения эмиттер-база сопротивление линии эмиттер-коллектор транзистора уменьшается, что приводит к увеличению выходного напряжения. Контур обратной связи схемы уравновешивает падение напряжения, вызванное уменьшением сопротивления нагрузки.С другой стороны: если сопротивление нагрузки увеличивается, U _BE будет уменьшаться, вызывая увеличение сопротивления линии эмиттер-коллектор. Уменьшение сопротивления нагрузки также уравновешивается уменьшением сопротивления транзистора.
Увеличение входного напряжения приведет к увеличению выходного напряжения, но также к уменьшению напряжения эмиттер-база и, следовательно, к увеличению сопротивления эмиттер-коллектор. Возрастающее сопротивление линии эмиттер-коллектор уравновешивает возрастающее входное напряжение.И наоборот, уменьшение входного напряжения приводит к увеличению напряжения эмиттер-база и, следовательно, к уменьшению сопротивления линии эмиттер-коллектор. И снова схема действует вопреки меняющимся обстоятельствам, регулируя выходное напряжение до заданного значения.
Результирующее выходное напряжение схемы составляет:

U _Out = U _{Стабилитрон} — U _EB

Разница в напряжении между входным и выходным напряжением должна быть больше, чем базовое напряжение, необходимое для приведения биполярного NPN-транзистора в состояние насыщения.Обычно это 0,7 В (1,3 В на транзисторах Дарлингтона) и выше. Минимально необходимая разница напряжений между входом и выходом называется , падение напряжения . Также необходимо учитывать падение напряжения при подключении нагрузки к выходным зажимам, вызванное внутренним сопротивлением источника напряжения, подключенного к входным зажимам, поскольку выходное напряжение схемы регулятора не может превышать входное напряжение.
Режим переключения транзистора называется эмиттерным повторителем или повторителем напряжения BJT , потому что потенциал на эмиттере повторяет (почти) потенциал на базе, которая является входом транзистора.Схема называется линейным регулятором , потому что существует линейная корреляция между сопротивлением транзистора и входным напряжением. Сопротивление регулятора изменяется в зависимости от нагрузки и входного напряжения, в результате чего выходное напряжение остается постоянным.
Транзистор часто называют проходным транзистором , потому что устройство передает напряжение (строго говоря, ток и, следовательно, электрическую энергию) от входа к выходной цепи.
Рисунок 4:
Используя операционный усилитель в режиме компаратора, можно значительно повысить стабильность выходного напряжения:
Коэффициент усиления операционного усилителя явно выше, чем у одиночного BJT, следовательно, транзистор приводится в действие более высоким током всякий раз, когда напряжение на инвертирующем входе падает ниже, чем на неинвертирующем входе, который подключен к опорному напряжению на стабилитрон.Результирующее выходное напряжение может быть отрегулировано до произвольного значения между U _Zener и (почти) входным напряжением.

Рисунок 5:
При замене транзистора NPN на MOSFET типа PNP или p-канала, инвертирующий вход должен быть подключен к опорному напряжению, а неинвертирующий вход должен быть подключен к потенциометру. Это цикл отрицательной обратной связи. Падение напряжения у этого типа регулятора ниже, чем у приведенной выше схемы, потому что проходной транзистор полностью приводится в состояние насыщения за счет приложения отрицательного напряжения между базой (затвор) и коллектором (стоком).Напряжение между эмиттером и коллектором (истоком и стоком), которое является минимальным падением напряжения, обычно составляет всего несколько милливольт. Это регулятор с малым падением напряжения (LDO) .

Рассеиваемая мощность

Линейный источник питания регулирует выходное напряжение путем постоянного рассеивания мощности в проходном транзисторе. Если входное напряжение составляет 12 В, а выходное напряжение составляет всего 5 В, а к выходным зажимам подключена нагрузка 100 Ом, мы получаем для мощности, рассеиваемой транзистором:

I = 5 В / 100 Ом = 50 мА
P _выход = 5 В * 50 мА = 250 мВт
P _{Транзистор} = 7 * 50 мА = 350 мВт

Мощность, рассеиваемая транзистором, выше, чем требуется для работы нагрузки.Raspberry Pi потребляет мощность около 2 Вт при входном напряжении 5 В, следовательно, 2,8 Вт электроэнергии рассеивается линейным регулятором при работе крошечного компьютера с аккумулятором 12 В. Для предотвращения перегрева силового транзистора схемы требуется большой радиатор.

Переключаемый регулятор

Рисунок 6:
В этой схеме левый операционный усилитель работает как триггер Шмитта. Выходное напряжение не такое плавное, как на верхнем контуре.Он колеблется с амплитудой примерно 1,0 В в зависимости от значений сопротивления R ₄ и R ₅. P-канальный MOSFET полностью включается, когда входное напряжение триггера Шмитта достигает нижнего порога, и полностью выключается, когда достигается верхний порог, следовательно, транзистор тратит очень мало времени на переходы с высокой диссипацией. , поэтому потери энергии сводятся к минимуму. В идеале эта схема не рассеивает мощность, однако в реальном мире всегда есть потери.Скорость нарастания операционного усилителя ограничивает время, необходимое для изменения состояния переключения транзистора (скорость нарастания которого тоже не бесконечна), а ток переключения всегда вызывает некоторый шум, который также снижает эффективность. Второй операционный усилитель используется для небольшого повышения эффективности за счет уменьшения обратной связи между входом и выходом триггера Шмитта. C ₁ требуется для буферизации электрической энергии в выходной цепи. Чем выше емкость, тем ниже частота переключения транзистора.

Размеры схемы, подходящей для демонстрационных целей:
Операционный усилитель: LM324N (четырехканальное устройство)
P-канальный полевой МОП-транзистор: IRF9Z34N
C ₁: электролитический конденсатор 1000 мкФ
D ₁: стабилитрон 3,0 В
R ₁: 1 кОм
R ₂: 12 кОм
R ₃: 12 кОм
R ₄: 1 МОм
R ₅: 12 кОм
P ₁: 100 кОм
Чем ниже значение R ₅, тем ближе пороги срабатывания триггера Шмитта и, следовательно, более плавный выходной сигнал, но тем выше частота переключения и, соответственно, потери.
Рисунок 7:
Осциллографическая диаграмма схемы:
Желтая кривая: выходное напряжение
Красная кривая: базовое напряжение MOSFET
всякий раз, когда выходное напряжение падает ниже 4,6 В, включается P-канальный MOSFET. Теперь C ₁ заряжается до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение 6 В, и MOSFET снова выключится.

Искажения

Рисунок 8:
Стабилизатор напряжения не может незамедлительно компенсировать искажения во входной или выходной цепи.Например, электродвигатель, подключенный к выходной цепи, вызывает скачки напряжения всякий раз, когда одна из его катушек индуктивности резко выключается коммутатором. На постоянное напряжение накладывается нежелательная доля переменного тока. Простой способ минимизировать эти искажения — подключить конденсатор параллельно выходным зажимам. Чем выше емкость устройства, тем лучше эффект. Электролитические конденсаторы — это дешевые устройства с высокой емкостью, поэтому они подходят для развязки нежелательных компонентов переменного тока от постоянного напряжения.

Небольшое нежелательное остаточное периодическое изменение постоянного тока на выходе источника питания называется пульсацией .

Как объяснялось в главе о RC-цепях, фильтр нижних частот можно использовать для блокировки высокочастотных сигналов переменного тока. Чем выше сопротивление или емкость линейной цепи, тем лучше характеристика фильтра. ИС часто требуют очень плавного постоянного напряжения, в то время как они потребляют только небольшой ток, поэтому фильтр нижних частот — дешевый и эффективный способ устранить долю переменного тока во входном напряжении.Но помните, что напряжение на выводах источника питания ИС изменяется в зависимости от тока питания при подключении к фильтру нижних частот (резистор увеличивает внутреннее сопротивление источника питания ИС). Типичное значение резистора — 10 Ом.

Рисунок 9:
Фильтр нижних частот с резистором 100 Ом и конденсатором 470 нФ (слева), соответственно, резистором 10 Ом и конденсатором 470 нФ (справа).
Желтая кривая: без фильтрации
Красная кривая: фильтр нижних частот

При замене резистора индуктором с низким внутренним сопротивлением (большой диаметр намотанного провода) схема также является эффективным фильтром развязки.Для этой цели обычно используются небольшие катушки изолированного провода, часто намотанного на магнитный сердечник, поскольку они очень дешевы и не имеют значительного последовательного сопротивления. Этот тип пассивного индуктора называется дросселем . Чем ниже частота фракции переменного тока, тем больше размеры дросселя, следовательно, они подходят для фильтрации очень высоких частот.
Еще одним преимуществом использования LC-фильтра является эффективность: электрическая энергия преобразуется в тепло на резисторе RC-фильтра, а при использовании LC-фильтра она накапливается внутри магнитного поля индуктора.Учитывая небольшую пульсацию, общая энергия, рассеиваемая резистором, обычно незначительна.
Рисунок 10:
RC по сравнению с LC-фильтрацией:
Желтая кривая: RC-фильтр
Красная кривая: LC-фильтр
Омическое сопротивление используемой катушки индуктивности явно ниже 10 Ом, что соответствует величине резистора на RC-фильтре, однако LC-фильтр более эффективен. Частота сигнала переменного тока составляет всего 330 Гц, поэтому был использован большой «дроссель»: тороидальный трансформатор.

Постоянный ток

Иногда приложение требует постоянного тока вместо постоянного напряжения. Например, электролиз — это метод использования постоянного электрического тока для запуска в противном случае не спонтанной химической реакции. Хромирование — это метод нанесения гальванического покрытия на металл тонким слоем хрома.
Пока сопротивление нагрузки остается постоянным, ток, проходящий через выходные зажимы регулятора напряжения и, следовательно, через нагрузку, тоже постоянен.Если сопротивление нагрузки уменьшается, напряжение поддерживается на постоянном уровне, и поэтому ток увеличивается. Схема регулятора должна быть изменена, чтобы получить другой тип обратной связи: При уменьшении сопротивления нагрузки выходное напряжение схемы также должно уменьшаться:

Рисунок 11:
Падение напряжения на стабилитроне постоянно, следовательно, потенциал между эмиттером и базой зависит от падения напряжения на R ₂ и т. Д. От тока, протекающего через устройство.

Для корреляции между напряжением эмиттер-база и током, протекающим через выходную цепь и, следовательно, через нагрузку, имеется:

U _EB = U _Z — I * R ₂

Где находится:
U _EB — Напряжение эмиттер-база
U _Z — Напряжение на стабилитроне
R ₂ — Резистор
I — Ток через выходную цепь

Имеется петля отрицательной обратной связи: если ток, протекающий через выходной контур и, таким образом, через R ₂, увеличивается из-за уменьшения сопротивления нагрузки, напряжение эмиттер-база уменьшается ( Помните, что напряжение стабилитрона постоянно, в то время как потенциал на эмиттере увеличивается), следовательно, сопротивление линии эмиттер-коллектор транзистора увеличивается, уравновешивая уменьшающееся сопротивление нагрузки.Увеличение входного напряжения также вызовет увеличение тока через нагрузку, что также уравновешивается увеличением сопротивления транзистора.
Базовое напряжение составляет около 0,6 В, поэтому для тока, протекающего через выходную цепь, мы получаем:

I = (U _Z — 0,6 В) / R ₂

При включении потенциометра параллельно стабилитрону ток можно регулировать непрерывно. Помните о максимальной рассеиваемой мощности резистора:

P _Макс = (U _Z — 0.6 В) ² / R ₂
или
R ₂ = (U _Z — 0,6 В) ² / P _Макс

Рисунок 12:
Операционный усилитель усиливает разность потенциалов между инвертирующим и неинвертирующим входом с высоким коэффициентом усиления, следовательно, выходное напряжение увеличивается до тех пор, пока разность потенциалов между обоими входными зажимами не станет почти нулевой (напряжение на неинвертирующем входе равно нулю). постоянный).Между входной и выходной цепью существует отрицательная обратная связь: если сопротивление нагрузки увеличивается, ток через R ₂ и, следовательно, потенциал на инвертирующем входе уменьшается, вследствие чего увеличивается разность потенциалов между обоими входными зажимами. и поэтому выходное напряжение тоже увеличивается. С увеличением выходного напряжения ток, протекающий через выходной контур, и, следовательно, напряжение на R ₂ увеличивается. И снова разность потенциалов между входными зажимами уменьшается почти до нуля, и ток снова регулируется до заданного значения.

<<< H-мост с широтно-импульсной модуляцией >>>

Новости Проэкт Технология РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Архивы Скачать Ответы Игры Ссылки Советы по покупкам Контакт Отпечаток

Преимущества прямого | Корона Аудио

У электроэнергетических компаний есть хорошая идея, которая нашла применение в аудиотехнике. Когда они пропускают энергию через несколько миль кабеля, они сводят к минимуму потери резистивной мощности, передавая мощность как с высоким напряжением, так и с низким током.Для этого они используют повышающий трансформатор на электростанции и понижающий трансформатор на территории каждого потребителя. Это снижает потери мощности из-за нагрева силовых кабелей I ² R.

То же решение можно применить к аудиосвязи в виде системы постоянного напряжения (обычно 70 вольт). Такая система часто используется, когда один усилитель мощности управляет множеством громкоговорителей через длинные кабели (более 50 футов). Некоторыми примерами этого условия являются распределенные акустические системы для P.A., пейджинговая или фоновая музыка с низким уровнем звукового давления.

Что такое постоянное напряжение? Ярлык «постоянное напряжение» сбивает с толку, потому что напряжение в аудиопрограмме действительно не является постоянным. Лучшим термином могло бы быть «высокое напряжение».

На рисунке 1 показана типичная высоковольтная система. Трансформатор на выходе усилителя мощности увеличивает напряжение примерно до 70 вольт при полной мощности. У каждого динамика есть понижающий трансформатор, который подбирает линию 70 В для соответствия импедансу каждого динамика. Первичные обмотки всех трансформаторов динамиков подключены параллельно вторичной обмотке трансформатора усилителя мощности.

Рисунок 1. Аудиосистема с постоянным (высоковольтным) напряжением.

Сигнальная линия к громкоговорителям имеет высокое напряжение, слабый ток и обычно имеет высокое сопротивление. Типичные линейные значения для 100-ваттного усилителя — 70 В, 1,41 ампер и 50 Ом.

Каким образом линия 70 В получила свое название? Предполагалось, что на линии будет пик 100 В, что соответствует среднеквадратическому значению 70,7 В. Технически правильное значение составляет 70,7 В (среднеквадратичное значение), но обычно используется термин «70 В». На максимальной мощности усилителя с синусоидальным сигналом 70 вольт.Фактическое напряжение зависит от номинальной мощности усилителя мощности и коэффициента увеличения трансформатора. Напряжение аудиопрограммы в системе на 70 В может не достигать даже 70 В. И наоборот, пики в аудиопрограмме могут превышать 70 В.

Были опробованы различные напряжения, такие как 25, 35, 50, 70, 100, 140 и 200 вольт, но система на 70 вольт стала наиболее распространенной. Система на 200 В используется редко, но при длине кабеля более одной мили.

Преимущества высоковольтной эксплуатации

Как указывалось ранее, линия высокого напряжения снижает потери мощности из-за нагрева кабеля.Это потому, что акустический кабель передает аудиосигнал слабым током. Следовательно, вы можете использовать кабель динамика меньшего диаметра или очень длинные кабели без потери чрезмерной мощности.

Еще одно преимущество работы под высоким напряжением состоит в том, что вы можете легко обеспечить усилитель согласованной нагрузкой. Предположим, вы подключаете десятки динамиков к одному выходу усилителя на 8 Ом. Подключение динамиков в последовательно-параллельную комбинацию с общим сопротивлением 8 Ом может оказаться затруднительным.Также плохая практика — запускать динамики последовательно, потому что, если один динамик выходит из строя, все динамики в серии теряются. Это изменяет импеданс нагрузки, видимый усилителем мощности.

В высоковольтной системе вы можете подключить сотни динамиков параллельно к одному выходу усилителя, если вы обеспечите соответствующую нагрузку. Кроме того, распределенная система высокого напряжения относительно проста в проектировании и обеспечивает гибкость в настройках мощности благодаря множеству ответвлений на трансформаторах громкоговорителей.

Внешний повышающий трансформатор — не единственный способ получить высокое напряжение от усилителя.Некоторые усилители имеют встроенные повышающие трансформаторы, в то время как другие обеспечивают высоковольтный бестрансформаторный (прямой) выход.

Устранение недостатков повышающих трансформаторов

Одним из недостатков трансформаторов является то, что они увеличивают расходы. В частности, если вы используете большие трансформаторы для расширенного низкочастотного отклика, стоимость одного трансформатора может составлять от 70 до 200 долларов. Другой недостаток заключается в том, что трансформаторы могут ухудшить частотную характеристику и добавить искажения как со стороны усилителя, так и со стороны громкоговорителя.

Половина этой проблемы была решена в 1967 году, когда Crown International представила DC-300. Скорее всего, это был первый мощный полупроводниковый усилитель мощности с низким уровнем искажений, способный напрямую управлять линией 70 В без повышающего трансформатора. А в июне 1987 года был представлен Macro-Tech 2400 с возможностью прямого управления линией 100 В. Усилители мощности Com-Tech и CT также обладают этой способностью. Таким образом, сегодня только громкоговорители нуждаются в трансформаторах для понижения напряжения.

Прямое преимущество высокого напряжения

Как указывалось ранее, существует три варианта усилителя мощности, которые обеспечивают высоковольтный выход.Усилитель может иметь

внешний повышающий трансформатор
трансформатор встроенный повышающий
высоковольтный бестрансформаторный выход

Многие усилители высокой мощности могут управлять линиями 70 В напрямую без выходного трансформатора просто потому, что они обеспечивают высокое выходное напряжение. Например, Crown DC-300 обеспечивает 35 вольт на загруженный канал или 70 вольт в мостовом моно режиме. Усилитель мощностью 1000 Вт при общей нагрузке 4 Ом обеспечивает 63 вольт.

Прямой высоковольтный подход устраняет недостатки трансформаторов:

стоимость
вес
ограниченная полоса пропускания
искажение
Насыщение ядра на низких частотах

Давайте рассмотрим проблему насыщения ядра более подробно. Звуковые системы могут генерировать нежелательные низкие частоты, например, из-за упавшего микрофона или микрофона с фантомным питанием, вынутого из разъема. Низкие частоты при высокой мощности имеют тенденцию насыщать сердечник трансформатора.Чем меньше железа в трансформаторе, тем выше вероятность его насыщения.

Насыщение снижает импеданс трансформатора, что, в свою очередь, может привести к тому, что усилитель перейдет в режим ограничения тока. Когда это происходит, в трансформаторе генерируются отрицательные всплески напряжения, которые возвращаются к усилителю — явление, называемое обратным ходом. Шипы вызывают хриплый искаженный звук. Кроме того, крайне низкоомная нагрузка может вызвать отказ усилителя мощности.

Усилители

Crown спроектированы так, чтобы выдерживать эти низкочастотные нагрузки.Производственные усилители проходят «испытание на пытки». Каждый усилитель должен подавать сигнал частотой 15 Гц на полной мощности в насыщенный силовой трансформатор DCA в течение 1 секунды без образования грыжи!

Многие трансформаторы реактивные, поэтому их полное сопротивление зависит от частоты. Некоторые трансформаторы с сопротивлением 8 Ом измеряют всего 1 Ом на низких частотах. Это еще одна причина для выбора усилителя с высокой токовой нагрузкой.

Последние модели с возможностью постоянного постоянного напряжения

Серия Crown Com-Tech была первой, предлагающей независимый выбор режима работы с высоким и низким импедансом для конкретного канала, и усилители серий CDi и CTs продолжают эту традицию, с тщательно подобранными уровнями мощности и функциями для интеграции в фиксированные установки. конструкции.

Серия Crown CDi обеспечивает работу 70 В (двойной режим) и 140 В (мостовой режим), а также работу с низким импедансом (2/4/8 Ом). Усилители серии CT обеспечивают работу при постоянном постоянном напряжении (70 В / 100 В / 140 В / 200 В) или при низком сопротивлении (2/4/8 Ом). В двойном режиме трансформаторы тока 600/1200 могут питать линии 25/50/70 В; ТТ 2000/3000 могут питать линии 25/50/70/100 В. В режиме мост-моно трансформаторы тока 600/1200 могут питать линии 140 В; ТТ 2000/3000 могут питать линии 140 В и 200 В.

В усилителях серий CDi и CTs один канал может управлять громкоговорителями с низким сопротивлением, а другой канал — громкоговорителями с трансформаторами 70 В.Это упрощает настройку системы с большими динамиками с низким Z для локального покрытия и распределенными динамиками на 70 В для удаленных комнат — все с одним усилителем.

Принадлежности

Если у вас есть обычный усилитель только с выходами с малым Z, и вы хотите работать на 70 или 100 В, у Crown есть необходимые аксессуары. TP-170V — это панель с четырьмя встроенными автоформерами, которые преобразуют четыре выхода с низким Z в высокое Z. Т-170В — это однокомпонентный автоформовщик для той же цели.

Для получения дополнительной помощи по проектированию систем постоянного напряжения посетите Crown Design Tools.Там вы найдете калькулятор, который поможет вам либо проверить то, что вы узнали из этой статьи, либо настроить следующую систему постоянного напряжения.

Учитывая множество преимуществ прямого режима работы с постоянным напряжением, мы рекомендуем вам использовать усилители мощности Crown при следующей установке распределенных громкоговорителей.

25, 70,7 и 100 Вольт

Деннис Бон, Рейн

RaneNote 136 написано в 1997 году; последнее изменение 3/07

25, 70,7 и 100 Вольт
U.S. Стандарты
Just What в любом случае является «константой»?
Колебания напряжения — решайте сами
Расчет потерь — в погоне за хвостом

Фон — Источник

Постоянное напряжение — общее название, данное генералу практика началась в конце 1920-х — начале 1930-х годов (став США стандарт 1949 г.), управляющий интерфейсом между усилителями мощности и громкоговорители, используемые в распределенных звуковых системах .Установки использование потолочных громкоговорителей, например, в офисах, ресторанах и школы являются примерами распределенных звуковых систем. Другие примеры включают установки, требующие длинных кабельных трасс, например стадионы, фабрики и конференц-центры. Необходимость сделать это по-другому чем вы бы в своей гостиной возникли в первый раз, когда кто-то необходимо для маршрутизации звука в несколько мест на большие расстояния. Это стала экономической и физической необходимостью.Медь была слишком дорогой и большой кабель слишком громоздкий, чтобы делать вещи домашним hi-fi способом.

Исходя из этой необходимости минимизировать затраты, максимизировать эффективность, и упростить проектирование сложных аудиосистем, так родился постоянное напряжение. Ключ к решению пришел из понимания Электроэнергетическая компания внедряет методы распределения электроэнергии по всей стране. Они элегантно решили те же проблемы распространения, понимая что то, что они распределяли, было мощностью , а не напряжением.Кроме того, они знали, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и что власть была сохранена. Это означало, что вы могли изменить смесь напряжения и тока, пока вы поддерживали то же соотношение : 100 Вт было 100 Вт — независимо от того, получили ли вы он имеет 10 вольт и 10 ампер или 100 вольт и 1 ампер. В лампочка идеи была зажжена. Увеличив напряжение, вы снизились текущий, и наоборот. Поэтому раздать 1 мегаватт мощности от генератора к потребителю, шаги энергокомпании напряжение до 200000 вольт, протекает всего 5 ампер через относительно маленький провод, а затем снова опускает его, скажем, на 1000 различных сайты клиентов, давая каждому 1 киловатт.Таким образом, большой калибр кабель необходим только для короткого прямого перехода к каждому дому. Очень умно.

Применительно к аудио это означает использование трансформатора для повышения выходное напряжение усилителя мощности (соответствующее уменьшение выходного тока), используйте это более высокое напряжение для управления (теперь провод меньшего калибра из-за меньшего тока) длинные линии к громкоговорителям, а затем с помощью другого трансформатора для понижения напряжение на каждом громкоговорителе.Ничего подобного.

стандарты США — Кто сказал?

Эта схема стала известна как распределение постоянного напряжения . метод . Раннее упоминание можно найти в Radio Engineering, 3rd Эд. (McGraw-Hill, 1947), и он был стандартизирован американским Ассоциация производителей радио как SE-101-A и SE-106, выпущена в июле 1949 г. [1]. Позже он был принят как стандарт EIA (Ассоциация электронной промышленности), и сегодня также регулируется Национальным электрическим кодексом (NEC) [2].

Основы — Просто В любом случае, что

— это «постоянный»?

Термин «постоянное напряжение» вводит в заблуждение и вызывает большую путаницу, пока не будет понят. В электронике два термина существуют для описания двух очень разных источников энергии: «постоянного тока» и «постоянное напряжение». Постоянный ток — это сила источник, который подает фиксированное количество тока независимо от нагрузка; поэтому выходное напряжение меняется, но ток остается постоянным.При постоянном напряжении все наоборот: напряжение остается постоянным. независимо от нагрузки; поэтому выходной ток меняется, но не Напряжение. Применительно к распределенным звуковым системам этот термин используется для описания действия системы на полную мощность достаточно . Это ключевой момент в понимании. На полной мощности напряжение на системе постоянна и не меняется в зависимости от количество ведомых громкоговорителей , то есть вы можете добавлять или убирать (с учетом ограничений максимальной мощности) любое количество громкоговорителей и напряжение останется прежним, т.е.е., постоянная.

Еще одна «постоянная» вещь — это усилитель. выходное напряжение при номинальной мощности — и это то же напряжение для всех номинальных мощностей . Используются несколько напряжений, но наиболее распространенным в США является среднеквадратичное значение 70,7 В. Стандарт определяет что все усилители мощности выдают 70,7 вольт при номинальной мощности. Итак, будь то усилитель мощности 100 Вт, 500 Вт или 10 Вт, максимальное выходное напряжение каждого должно быть одинаковым (постоянным) значение 70.7 вольт.

На рисунке 1 изображен альтернативный последовательно-параллельный метод, где, например, девять громкоговорителей подключены таким образом, что полное сопротивление видимый усилителем составляет 8 Ом. Электропроводка должна быть выбрана в достаточной мере. большой, чтобы управлять этим значением с низким импедансом. Применение постоянного напряжения Принципы работы показаны на Рисунке 2. Здесь показан выходной трансформатор. подключен к усилителю мощности, который увеличивает полную мощность выходное напряжение до значения 70.7 вольт (или 100 вольт для Европы), затем каждый громкоговоритель имеет встроенные понижающие трансформаторы, преобразование 70,7 вольт в правильное низкое напряжение (высокий ток) уровень, необходимый для реальной катушки динамика на 8 Ом. Это общепринято, хотя и не универсальный, чтобы найти мощность (подумайте о громкости) на каждый динамик. Они используются для обеспечения разной громкости уровни в разных зонах покрытия. При такой схеме провод размер значительно уменьшен по сравнению с требуемым на рисунке 1 для 70.7-вольтовые соединения.

Рис. 1. Последовательно-параллельный с низким сопротивлением 8 Ом, прямой Привод

Рис. 2. Постоянное напряжение с трансформаторной связью 70,7 В Система распределения

Все более популярными становятся различные с прямым приводом 70,7 варианты напряжения, как показано на рисунке 3. Показанный выходной трансформатор на Рисунке 2 устанавливается либо непосредственно на (или внутри) усилитель мощности, либо установлен снаружи.В любом случае, его необходимость увеличивает стоимость, вес и объем установки. Альтернативой является подход с прямым приводом, когда усилитель мощности разработан с самого начала (я всегда хотел использовать эту фразу, и я искренне прошу прощения у всех читателей неамериканского происхождения за то, что сделал так) тушить 70,7 вольт на полную мощность. Усилитель разработан таким образом не имеет текущей способности управлять 8 Ом низкоомные нагрузки; вместо этого он имеет необходимый высоковольтный выход при использовании постоянного напряжения — та же мощность; разные приоритеты.Довольно часто конструкции с прямым приводом используют мостовую технику, которая почему показаны две секции усилителя, хотя несимметричные конструкции существовать. Очевидным преимуществом прямого привода является то, что стоимость, вес и объем выходного трансформатора исчезли. Один недостаток Это также пропало, это изоляция, предлагаемая настоящим трансформатором. Некоторые установки требуют такой изоляции.

Рисунок 3.Распределение постоянного напряжения с прямым приводом 70,7 В Система

Колебания напряжения — решайте сами

Конкретное число 70,7 вольт изначально пришло примерно со второго пути, что распределение постоянного напряжения уменьшило затраты: Еще в конце 40-х годов в кодексе безопасности UL указывалось, что все пиковое напряжение выше 100 вольт («максимальное значение холостого хода») создает «опасность поражения электрическим током», и впоследствии должен быть помещен в водовод — дорого — плохо.Поэтому работаем в обратном направлении от максимального пикового значения 100 вольт (кабелепровод не требуется), вы получаете максимальное среднеквадратичное значение 70,7 В (среднеквадратичное значение = 0,707 В пик). [Это часто можно увидеть / услышать / прочитать «70,7 вольт», сокращенное до просто «70 вольт» — коряво; это не правильно; но это обычное дело — примите это.] В Европе, а теперь и в США, среднеквадратичное значение 100 вольт популярный. Это позволяет использовать провод даже меньшего размера. Некоторые крупные США в установках использовалось среднеквадратичное напряжение до 210 вольт, при прокладке проводов более одной мили.Помните: чем выше напряжение, тем ниже ток, чем меньше длина кабеля, тем длиннее линия. [ Для очень проницательный читатель: преимущества уменьшения толщины проволоки по току превышает потери мощности увеличивается из-за более высокого сопротивление, вызванное меньшим проводом, из-за квадрата тока характер силы .] В некоторых частях правил безопасности США в отношении использования каналов стало более строгим, что вынудило распределенные системы принять стандарт среднеквадратичного напряжения 25 В.Это экономит канал, но добавляет значительная стоимость меди (меньшее напряжение = больший ток = больше провод), поэтому его использование ограничено небольшими установками.

Расчет потерь — в погоне за хвостом

Как уже говорилось ранее, современные усилители постоянного напряжения либо интегрировать повышающий трансформатор в то же шасси или использовать конструкция высокого напряжения для прямого привода линии. Аналогично, постоянное напряжение в громкоговорители встроены понижающие трансформаторы, как показано на схеме на рисунках 2 и 3.Концепция постоянного напряжения определяет, что усилители и громкоговорители должны быть указаны только в ваттах. Например, усилитель рассчитан на очень много ватт на выходе при 70,7 вольт, а громкоговоритель рассчитан на входное количество ватт (производя определенный SPL). Проектирование системы становится относительно простым вопросом выбора громкоговорителей, которые достигнет целевого уровня звукового давления (в более тихих зонах используются динамики с меньшей мощностью, или с кранами и т. д.), а затем сложив сумму, чтобы получить требуемая мощность усилителя.

Например, вам нужно (10) 25 Вт, (5) 50 Вт и (15) Громкоговорители мощностью 10 Вт для создания необходимого покрытия и громкости. Сложив это, вам нужно 650 Вт мощности усилителя — просто Достаточно — но, увы, жизнь в аудиоландии никогда не бывает легкой. Из-за реальных потерь вам понадобится около 1000 ватт.

На рисунке 4 показаны потери, связанные с каждым трансформатором. в системе ( еще один голос за с прямым приводом), плюс очень реальная проблема линейных потерь. Вносимые потери — это термин, используемый для описания мощности, рассеиваемой или теряемой из-за тепла и падение напряжения на внутренней проводке трансформатора. Этот потерянная мощность часто обозначается как I ² R потерь, поскольку мощность (в ваттах) выражается в квадрате тока (сокращенно I ² ) умноженное на сопротивление провода, R . Этот же механизм описывает линейные потери, так как длинные линии добавляют существенное общее сопротивление и может быть значительным источником потерь мощности из-за I ² R эффекты.Эти потери происходят физически в виде тепла по всей длине. провода.

Рис. 4. Вносимые потери трансформатора и линии

Вы можете потрудиться, чтобы рассчитать и / или измерить каждая из этих потерь, чтобы точно определить, сколько энергии требуется [3], однако есть ловушка-22 : Прямой расчет оказывается крайне сложным и ненадежным. из-за отсутствия опубликованной информации о вносимых потерях, таким образом измерение — единственный действительно надежный источник данных.Уловка-22 в том, что для того, чтобы его измерить, вы должны подождать, пока вы не построите это, но для того, чтобы построить его, у вас должны быть усилители, которые Вы не можете заказать его, пока не замерите его, после того, как построите!

В качестве альтернативы можно применить очень опытное эмпирическое правило: Используйте 1,5-кратное значение, полученное путем суммирования всех громкоговорителей. полномочия. Таким образом, в нашем примере 1,5 умножение на 650 Вт говорит нам нам нужно около 975 Вт.

Размер провода — Насколько велик достаточно?

Так как весь смысл использования распределения постоянного напряжения методы заключается в оптимизации затрат на установку, правильном выборе размеров проводов становится основным фактором. Из-за сопротивления провода (обычно выражается в омах на фут или метр) может потребоваться много инженерных используется для расчета правильного размера провода. Основные факторы считается максимальный ток, протекающий через провод, расстояние, пройденное проводом, и сопротивление провода.Тип провода также необходимо выбрать. Обычно постоянное напряжение Электропроводка состоит из витой пары одножильных или многопроволочных проводов. с курткой или без нее.

Для тех, кто любит простоту, работа относительно легкий. Например, скажем, для установки требуется доставка 1000 ватт на 100 динамиков. Вычисляя, что 1000 Вт при 70,7 вольт составляет 14,14 ампер, затем вы выбираете калибр провода, который будет нести 14.14 ампер (плюс некоторый запас для потерь в проводе I ² R) и подключите все 100 динамиков. Это работает, но может быть излишне дорого и расточительно.

По-настоящему дотошные калькуляторы делают работу по выбору провода размер намного интереснее. Для приведенного выше примера посмотрел на иначе задача не поставить 1000 Вт на 100 динамиков, а лучше распределить по 10 ватт на 100 динамиков.Эти это разные вещи. Размер провода теперь становится функцией геометрия задействована. Например, если подключены все 100 динамиков по схеме гирляндной цепи в непрерывной линии, затем течет 14,14 ампер к первому динамику, где только 0,1414 ампер используются для создания необходимые 10 Вт; отсюда 14.00 ампер перетекает в следующий динамик где используется еще 0,1414 ампера; затем 13,86 ампер продолжается на следующий громкоговоритель и так далее до финального 0.1414 усилитель подается на последний динамик. Ну очевидно провод размер, необходимый для подключения последнего динамика, не должен быть рассчитан на 14,14 ампер. В этом примере фанатичный установщик будет использовать провода разного диаметра для каждого динамика, сужая датчик, как он шел. И проблема усложняется, если динамики расположены в виде массива, например, 10 x 10.

К счастью, таблицы существуют, чтобы облегчить нам жизнь.Несколько из наиболее полезные представлены в Giddings [3] в виде таблиц. 14-1 и Таблица 14-2 на стр. 332-333. Они обеспечивают длину кабеля и измерители потерь мощности 0,5 дБ и 1,5 дБ, а также мощности, Ом и текущая информация. Отличная книга. Таблица 1 ниже воспроизводит многое таблицы 14-2 Гиддинга [4].

Калибр проволоки>		22	20	18	16	14	12	10	8
Максимальный ток (A)>		5	7.5	10	13	15	20	30	45
Максимальная мощность (Вт)>		350	530	700	920	1060	1400	2100	3100
Мощность нагрузки	Нагрузка Ом	Максимальное расстояние в футах
1000	5		0	0	0	185	295	471	725
500	10	0	93	147	236	370	589	943	1450
400	12.5	0	116	184	295	462	736	1178	1813
250	20	117	186	295	471	739	1178	1885	2900
200	25	146	232	368	589	924	1473	2356	3625
150	33.3	194	309	490	785	1231	1962	3139	4829
100	50	292	464	736	1178	1848	2945	4713	7250
75	66.6	389	618	981	1569	2462	3923	6277	9657
60	83.3	486	774	1227	1963	3079	4907	7851	12079
50	100	584	929	1473	2356	3696	5891	9425	14500
40	125	729	1161	1841	2945	4620	7363	11781	18125
25	200	1167	1857	2945	4713	7392	11781	18850	29000

Rane Константа Трансформаторы напряжения

Rane предлагает несколько моделей трансформаторов постоянного напряжения.Конструкция каждого из них представляет собой настоящий трансформатор с отдельными первичной и вторичной обмотками, а не однообмоточный автотрансформатор, как это иногда встречается.

МА 6S Трансформаторы

Несмотря на то, что MA 6S снят с производства, TF 170 номинальной мощностью 100 Вт, трансформаторы на 70,7 В все еще доступны и продаются индивидуально с завода Rane. Другие трансформаторы и панель KTM исчезли, хотя спецификации TF 170 находятся здесь, в техническом описании KTM 6 (PDF).

МА3 Трансформаторы

В феврале 2007 года MA3 претерпела изменения в конструкции, которые повлияли на то, устанавливаются ли трансформаторы внутри или снаружи.Для усилителей MA3, произведенных после февраля 2007 г., используйте стоечную панель MT6 с установленными до шести трансформаторов. Для усилителей MA3, изготовленных до февраля 2007 г., трансформаторы можно устанавливать внутри. Если вы не уверены, у старого MA3 есть шесть монтажных отверстий для трансформатора над входными разъемами. Трансформаторы TF 407 и 410 продаются отдельно для монтажа в стойку на MT 6 или для прямого монтажа внутри шасси MA3:

TF 407 Номинальная мощность 40 Вт, 70.7 вольт (снято с производства)
TF 410 Номинальная мощность 40 Вт, 100 В

См. Руководство по установке TF 407 и TF 410 (PDF) для усилителей MA3 до 2007 г.

См. Техническое описание MT 6 (PDF) для усилителей MA3 после 2006 г.

Трансформаторы MT 4

Высокопроизводительные тороидальные трансформаторы MT 4 устанавливают новый стандарт широкополосной частотной характеристики и небольших размеров. Тороидальные трансформаторы MT 4 поставляются в собранном виде в стоечном шасси с открытым лотком высотой 1U или по отдельности следующим образом:

MT 4 Четыре канала (трансформаторы с подставкой для стойки): 100 Вт, 100 В или 70.7 вольт (вторичная обмотка).
TF 4 (только трансформатор) Номинальная мощность 100 Вт, 100 В или 70,7 В (вторичная обмотка).
KT 4 (только лоток) Открытый лоток высотой 1U с разъемами, креплениями (4) Трансформаторы TF 4.

Используйте трансформаторы MT 4 с любым стандартным усилителем мощности и любым сочетанием нагрузок постоянного напряжения до 100 Вт для улучшения частотной характеристики и управляемой мощности.

В трансформаторах
MT 4 используются тороидальные сердечники и обмотки премиум-класса для обеспечения превосходных басов полной мощности и плоской частотной характеристики, значительно превышающей звуковой диапазон. Системы распространения заметно улучшат качество звука. Трансформаторы МТ 4 также меньше и легче других распределительных трансформаторов. Подробнее см. Многоканальный трансформатор MT 4.
Список литературы
Langford-Smith, F., Ed. Радиотрон Конструктор Справочник, 4-е изд. (RCA, 1953), стр. 21.2.
Earley, Sheehan & Caloggero, Eds. Национальный Справочник по электрическим кодам , 5-е изд. (NFPA, 1999).
См .: Гиддингс, Phillip Проектирование аудиосистемы и Установка (Sams, 1990) для отличного лечения критерии проектирования систем постоянного напряжения; также Davis, D. & C. Sound System Engineering, 2-е изд. (Sams, 1987) дает сквозное рассмотрение потенциальных проблем интерфейса.
Воспроизведено с разрешения автора и Howard W. Sams & Co.
«Системы распределения звука с постоянным напряжением: 25, 70,7 и 100 вольт» Это примечание в формате PDF.
Светодиодные системы освещения — постоянное напряжение и постоянный ток
Светодиодные системы освещения — постоянное напряжение и постоянный ток
Светодиодные системы постоянного напряжения и постоянного тока
Очень важно знать разницу между двумя различными типами светодиодных систем, доступных сегодня на рынке, поскольку в основном все продукты, продаваемые Ecolocity LED, относятся к типу постоянного напряжения и несовместимы с продуктами постоянного тока.Использование обоих типов в одной светодиодной системе приведет к повреждению продукта. Ниже приводится краткое изложение двух различных систем.
Постоянное напряжение
В основном все продукты, продаваемые Ecolocity LED, относятся к типу постоянного напряжения. Постоянное напряжение означает, что постоянное напряжение продукта всегда должно оставаться постоянным или равным номинальному постоянному напряжению продукта. Постоянное напряжение будет поддерживать постоянное напряжение независимо от тока нагрузки. Это также означает, что все компоненты системы должны быть с постоянным напряжением.Другими словами, продукт с постоянным напряжением 12 В постоянного тока всегда должен получать питание от 12 В постоянного тока. Например, питание устройства постоянного напряжения 12 В постоянного тока с источником питания 6 В постоянного тока не приведет к питанию подключенного устройства постоянного напряжения с половинной яркостью, но наверняка повредит подключенное устройство из-за того, что оно не получает требуемого 12 В постоянного тока, необходимого для работы. Если вы хотите уменьшить яркость продукта с постоянным напряжением, вы должны сделать это с помощью ШИМ-затемнения, а не путем уменьшения входного напряжения постоянного тока.
* При использовании продукта постоянного напряжения все компоненты должны иметь постоянное напряжение *
Постоянный ток
Важно знать, какой тип продукта вы используете при покупке у разных дистрибьюторов в качестве продукта постоянного тока. не предназначен для использования с изделием постоянного напряжения.В Ecolocity LED мы продаем только продукты постоянного напряжения. Продукты с постоянным током будут изменять напряжение для поддержания постоянного тока независимо от сопротивления нагрузки. Продукты постоянного тока не работают так же, как устройства постоянного напряжения, поэтому важно знать, какой тип продукта вы используете.
* При использовании продукта постоянного тока все компоненты должны иметь постоянный ток *
ЗАКАЗАТЬ ОНЛАЙН В США И КАНАДУ МЫ МОЖЕМ ОТПРАВИТЬ ПО ВСЕМУ МИРУ, ПОЖАЛУЙСТА, ЗВОНИТЕ ДЛЯ ЗАКАЗА
Моя тележка
Ваша корзина пока пуста.
(0)
|
Привет Гость!
|
Авторизация • Просмотр корзины Закрыть панель
верхний
8.07) — Компания Джона В. Хока
Недавно мы разработали источник питания с постоянным напряжением для наших ловушек 6 В постоянного тока, который может использовать любой аккумуляторный источник от 3.От 8 до 24,0 В постоянного тока. Мы разработали это в ответ на несколько проектов по борьбе с малярией в Африке, где 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы и зарядные устройства были широко доступны, а стоимость доставки 6-вольтовых гелевых аккумуляторов и зарядных устройств считалась непомерно высокой. Цепь источника постоянного напряжения (CVPS), номер детали: 8.07 (заявка на патент), была смонтирована с фотопереключателем в нашей новой стандартной миниатюрной ловушке CDC, номер детали: 1012. Ловушка 1012 при работе с CVPS на 12 вольт потребляет только 0.16 ампер в час; Стандартная батарея глубокой разрядки на 90 ампер-час проработает ловушку более 550 часов или 45-50 часов работы ловушки в течение двенадцати часов!
Второе важное применение — запуск той же ловушки с CVPS, но с одноразовыми щелочными D-элементами (внешний держатель батареи D-cell Pelican 4, номер детали: 1,50). Используя наши промышленные D-элементы Energizer (номер по каталогу: 2.10.D), время работы блока 1012 / CVPS составит> 30 часов или, по крайней мере, два двенадцатичасовых срабатывания ловушки на комплект батарей.
Источник питания постоянного напряжения (номер детали: 8.07), установленный на миниатюрной световой ловушке нового стандарта (номер по каталогу: 1012)
Источник питания постоянного напряжения имеет небольшой трехпозиционный переключатель, который можно выключить или установить на 6 или 12 вольт. Это отключает CVPS при напряжении, которое не позволяет аккумулятору полностью разрядиться.
Другие ловушки, которые можно использовать с источником питания постоянного напряжения (PN 8.07), включают:
Всенаправленная ловушка Фея-Принца, номер по каталогу: 112
CDC Fay-Prince Trap, номер по каталогу: 712
Ловушка CDC Fay-Prince Blacklight (УФ), 6 В постоянного тока, номер детали: 812.06
Новая стандартная миниатюрная световая ловушка, номер по каталогу: 1012
Новая стандартная миниатюрная световая ловушка с контролируемым фотоэлементом выбросом CO2, номер детали: 1012.CO2
Ловушка, противомоскитный свет NSN: 3740 01106 0091 (сумка с 2 кольцами, D-Cell Hldr, руководство, ловушка), номер детали: 1012. MIL
Новая стандартная миниатюрная ловушка для затемнения (УФ), номер по каталогу: 1212
Ловушка UpDraft Blacklight (UV) CDC, номер детали: 1312.06
Источник питания постоянного напряжения (PN 8.07), установленный на вращателе сборных бутылок (PN: 1512)
Еще одно использование — включение (PN: 8.07) в ротаторе сборных бутылок (номер по каталогу: 1512), который работает от 12-вольтовой батареи; CVPS понижает напряжение на переключаемых 5-контактных клеммах, чтобы можно было использовать любую из наших 6-вольтных ловушек без изменений.
Дуговая сварка при постоянном напряжении: Maine Welding Company
Второй тип источника питания — это машина постоянного напряжения (CV) или машина постоянного напряжения (CP). Он имеет относительно пологую вольт-амперную характеристику.
а. Кривая статической выходной характеристики, создаваемая агрегатом CV и CC, показана на рисунке 10-1 выше.Характеристическая кривая сварочного аппарата получается путем измерения и построения графика выходного напряжения и выходного тока при статической загрузке аппарата. Кривая постоянного напряжения (CV) в основном плоская, но с небольшим спадом. Кривая может быть скорректирована вверх и вниз для изменения напряжения; однако оно никогда не поднимется до такого высокого напряжения холостого хода, как машина постоянного тока (CC). Это одна из причин того, что аппарат постоянного напряжения (CV) не используется для ручной дуговой сварки защищенным металлом покрытыми электродами.Он используется только для непрерывной сварки электродной проволокой. Схема состоит из чисто резистивной нагрузки, которая изменяется от минимальной или нулевой нагрузки до максимальной или короткого замыкания. Кривая постоянного тока (CC) показывает, что машина выдает максимальное выходное напряжение без нагрузки, а по мере увеличения нагрузки выходное напряжение уменьшается. Напряжение холостого хода или холостого хода обычно составляет около 80 вольт.
г. Электрическая система постоянного тока является основой работы всей коммерческой электроэнергетической системы.Электроэнергия, подаваемая в дома и доступная в каждой розетке, имеет постоянное напряжение. Одно и то же напряжение постоянно поддерживается в каждой розетке, независимо от того, подключена ли небольшая лампочка с очень низкой мощностью или мощный электрический обогреватель с высокой мощностью. Ток, протекающий через каждую из этих цепей, будет отличаться в зависимости от сопротивления конкретного предмета или прибора в соответствии с законом Ома. Например, маленькая лампочка потребляет меньше 0.01 ампер тока, в то время как электрический нагреватель может потреблять более 10 ампер. Напряжение во всей системе остается постоянным, но ток, протекающий через каждое устройство, зависит от его сопротивления или электрической нагрузки. Тот же принцип используется в сварочной системе CV.
г. Когда при сварке используется более высокий ток, электрод плавится быстрее. При малом токе электрод плавится медленнее. Эта взаимосвязь между скоростью плавления и сварочным током применима ко всем процессам дуговой сварки, в которых используется электрод с непрерывной подачей.Это физическое соотношение, которое зависит от размера электрода, состава металла, атмосферы, окружающей дугу, и сварочного тока. На рис. 10-7 показаны кривые скорости плавления для различных размеров стальных электродных проволок в атмосфере C0 ₂. Обратите внимание, что эти кривые почти линейны, по крайней мере, в верхней части кривой. Аналогичные кривые доступны для электродных проволок всех размеров разного состава и в разной защитной атмосфере. Эта связь определена и фиксирована, но могут иметь место некоторые вариации.Это соотношение является основой упрощенного управления подачей проволоки с использованием постоянного напряжения. Вместо регулирования скорости подачи электродной проволоки для поддержания постоянной длины дуги, как это делается при использовании источника постоянного тока, электродная проволока подается в дугу с фиксированной скоростью. Источник питания предназначен для обеспечения необходимого тока для плавления электродной проволоки с такой же скоростью. Эта концепция подтолкнула к разработке источника сварочного тока с постоянным напряжением.
d.Вольт-амперные характеристики источника питания постоянного напряжения, показанные на рисунке 10-8, были разработаны для получения практически одинакового напряжения без нагрузки и при номинальной или полной нагрузке. Он имеет характеристики, аналогичные стандартному промышленному генератору электроэнергии. Если нагрузка в цепи изменяется, источник питания автоматически регулирует свой выходной ток в соответствии с этим требованием и поддерживает практически такое же напряжение на выходных клеммах. Это обеспечивает источник питания саморегулирующимся напряжением.
е. Сопротивления или падения напряжения возникают в сварочной дуге, в сварочных кабелях и разъемах, в сварочном пистолете и на длине электрода за наконечником датчика тока. Эти падения напряжения в сумме составляют выходное напряжение сварочного аппарата и представляют электрическую резистивную нагрузку на источник сварочного тока. Когда сопротивление какого-либо компонента во внешней цепи изменяется, баланс напряжений будет достигнут путем изменения сварочного тока в системе. Наибольшее падение напряжения происходит на сварочной дуге.Остальные падения напряжения в сварочных кабелях и соединениях относительно небольшие и постоянные. Падение напряжения на сварочной дуге напрямую зависит от длины дуги. Небольшое изменение напряжения дуги приводит к относительно большому изменению сварочного тока. На рис. 10-9 показано, что при небольшом сокращении длины дуги сварочный ток увеличивается примерно на 100 ампер. Это изменение длины дуги значительно увеличивает скорость плавления и быстро возвращает длину дуги к норме.
f.Источник питания постоянного напряжения постоянно меняет свой выходной ток, чтобы поддерживать падение напряжения во внешней части сварочной цепи. Изменения скорости подачи проволоки, которые могут произойти, когда сварщик перемещает пистолет к работе или от нее, компенсируются путем кратковременного изменения тока и скорости плавления, пока не будет восстановлено равновесие. Такое же корректирующее действие происходит, если скорость механизма подачи проволоки временно снижается. Источник питания CV и система фиксированной скорости подачи проволоки саморегулируются.Перемещение кабельной сборки часто изменяет сопротивление или скорость подачи электродной проволоки. Источник сварочного тока CV обеспечивает соответствующий ток, так что отрыв солода равен скорости подачи проволоки. Длина дуги регулируется установкой напряжения на источнике питания. Сварочный ток регулируется скоростью подачи проволоки.
г. Характеристики источника сварочного тока должны быть рассчитаны на обеспечение стабильной дуги при газовой дуговой сварке металлическими электродами и металлами разных размеров и в разных атмосферах.Большинство источников питания с постоянным напряжением имеют ответвители или средства регулировки наклона вольт-амперной кривой. Кривая, имеющая наклон от 1-1 / 2 до 2 вольт на сто ампер, лучше всего подходит для дуговой сварки металлического металла цветными электродами в инертном газе, для дуговой сварки под флюсом и для дуговой сварки порошковой проволокой с электродными проволоками большего диаметра. Кривая, имеющая средний наклон от 2 до 3 вольт на сто ампер, является предпочтительной для дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа CO ₂ и для небольших порошковых электродных проволок.Для передачи дуги короткого замыкания рекомендуется более крутой наклон от 3 до 4 вольт на сто ампер. Эти три наклона показаны на рисунке 10-10. Чем пологее кривая, тем сильнее изменяется ток при одинаковом изменении напряжения дуги.
час Необходимо тщательно спроектировать динамические характеристики источника питания. Снова обратитесь к рисунку 10-9. Если напряжение резко изменяется при коротком замыкании, ток будет стремиться быстро увеличиваться до очень высокого значения. Это преимущество при зажигании дуги, но если не контролировать его, это приведет к образованию нежелательных брызг.Он контролируется добавлением реактивного сопротивления или индуктивности в цепь. Это изменяет коэффициент времени или время отклика и обеспечивает стабильную дугу. В большинстве машин для разных уклонов в цепь включена разная величина индуктивности.
и. Сварочная система постоянного напряжения имеет наибольшее преимущество, когда плотность тока электродной проволоки высока. Соотношение плотности тока (амперы / кв. Дюйм) для электродов разного диаметра и разных токов показано на рисунке 10-11.Существует огромная разница между плотностью тока, используемой для газовой дуговой сварки металлическим электродом тонкой электродной проволокой, по сравнению с обычной дуговой сваркой металлическим электродом в защитных оболочках с использованием покрытого электрода.
j. Положительный электрод постоянного тока (DCEP) используется для дуговой сварки металлическим газом. Когда используется отрицательный электрод постоянного тока (DCEN), дуга является неустойчивой и дает плохой сварной шов. Отрицательный электрод постоянного тока (DCEN) может использоваться для дуговой сварки под флюсом и дуговой сварки порошковой проволокой.
к.Сварка постоянным напряжением на переменном токе обычно не используется. Его можно использовать для дуговой сварки под флюсом и для электрошлаковой сварки.
л. Систему питания с постоянным напряжением нельзя использовать для дуговой сварки в среде защитного металла. Это может привести к перегрузке и повреждению источника питания из-за слишком длительного потребления слишком большого тока. Его можно использовать для резки угольной дугой и строжки небольшими электродами, а также для процессов дуговой сварки.
Источник напряжения как независимые и зависимые источники
На веб-сайте Basic Electronics Tutorials мы видели, что в электрической или электронной схеме есть два типа элементов: пассивных элементов и активных элементов .Активный элемент — это элемент, который способен непрерывно подавать энергию в цепь, такую как аккумулятор, генератор, операционный усилитель и т. Д. Пассивным элементом, с другой стороны, являются физические элементы, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т. Д. которые не могут генерировать электрическую энергию сами по себе, а только потребляют ее.
Типы активных элементов схемы, которые наиболее важны для нас, — это те, которые подают электроэнергию в цепи или сеть, подключенные к ним. Они называются «электрическими источниками», причем двумя типами электрических источников являются источник напряжения и источник тока .Источник тока обычно менее распространен в схемах, чем источник напряжения, но оба используются и могут рассматриваться как дополняющие друг друга.
Электропитание или просто «источник» — это устройство, которое подает электроэнергию в цепь в виде источника напряжения или источника тока. Оба типа электрических источников можно классифицировать как постоянный (DC) или переменный (AC) источник, в котором постоянное напряжение называется постоянным напряжением, а то, которое изменяется синусоидально со временем, называется переменным напряжением.Так, например, батареи являются источниками постоянного тока, а розетка на 230 В в вашем доме — источником переменного тока.
Ранее мы говорили, что источники электроэнергии поставляют энергию, но одна из интересных характеристик источника электроэнергии состоит в том, что они также способны преобразовывать неэлектрическую энергию в электрическую и наоборот. Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую, а электрическая машина, такая как генератор постоянного тока или генератор переменного тока, преобразует механическую энергию в электрическую.
Возобновляемые источники энергии могут преобразовывать энергию солнца, ветра и волн в электрическую или тепловую энергию. Но помимо преобразования энергии из одного источника в другой, электрические источники могут как доставлять, так и поглощать энергию, позволяя ей течь в обоих направлениях.
Другой важной характеристикой источника электричества, определяющей его работу, являются его ВАХ. ВАХ электрического источника может дать нам очень хорошее графическое описание источника, как источника напряжения, так и источника тока, как показано.
Источники электроэнергии
Электрические источники, как источник напряжения, так и источник тока, можно классифицировать как независимые (идеальные) или зависимые (управляемые), то есть значение которых зависит от напряжения или тока в другом месте в цепи, что само по себе может быть как постоянным, так и изменяющимся во времени.
Когда речь идет о схемах и анализе, электрические источники часто рассматриваются как «идеальные», то есть источник идеален, потому что теоретически он может доставлять бесконечное количество энергии без потерь, таким образом, имея характеристики, представленные прямой линией.Однако в реальных или практических источниках всегда есть сопротивление, подключенное параллельно для источника тока или последовательно для источника напряжения, связанного с источником, влияющим на его выход.
Источник напряжения
Источник напряжения, такой как аккумулятор или генератор, обеспечивает разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в электрической цепи, позволяя току течь вокруг него. Помните, что напряжение может существовать без тока. Батарея является наиболее распространенным источником напряжения для цепи, напряжение, которое появляется на положительной и отрицательной клеммах источника, называется напряжением на клеммах.
Идеальный источник напряжения
Идеальный источник напряжения определяется как активный элемент с двумя выводами, который способен подавать и поддерживать одинаковое напряжение (v) на своих выводах независимо от тока, (i) протекающего через него. Другими словами, идеальный источник напряжения будет обеспечивать постоянное напряжение в любое время независимо от величины подаваемого тока, создавая ВАХ, представленную прямой линией.
Тогда идеальный источник напряжения известен как независимый источник напряжения , поскольку его напряжение не зависит ни от значения тока, протекающего через источник, ни от его направления, а определяется исключительно значением одного источника.Так, например, автомобильный аккумулятор имеет напряжение на клеммах 12 В, которое остается постоянным до тех пор, пока ток через него не становится слишком высоким, передавая мощность автомобилю в одном направлении и поглощая энергию в другом направлении во время зарядки.
С другой стороны, зависимый источник напряжения или управляемый источник напряжения обеспечивает источник напряжения, величина которого зависит либо от напряжения на нем, либо от тока, протекающего через какой-либо другой элемент схемы. Зависимый источник напряжения обозначен ромбовидной формой и используется в качестве эквивалентных электрических источников для многих электронных устройств, таких как транзисторы и операционные усилители.
Соединение источников напряжения вместе
Идеальные источники напряжения могут быть соединены между собой как параллельно, так и последовательно, как и любой элемент схемы. Последовательные напряжения складываются, а параллельные напряжения имеют одинаковое значение. Обратите внимание, что источники идеального напряжения с неравными характеристиками не могут быть соединены между собой напрямую параллельно.
Параллельный источник напряжения
Хотя это не лучшая практика для анализа цепей, идеальные источники напряжения могут быть подключены параллельно при условии, что они имеют одинаковое значение напряжения.Здесь, в этом примере, два источника напряжения 10 вольт объединены для создания 10 вольт между клеммами A и B. В идеале должен быть только один единственный источник напряжения 10 вольт, подаваемый между клеммами A и B.
Что не разрешено или не является наилучшей практикой, так это соединение вместе идеальных источников напряжения, которые имеют разные значения напряжения, как показано, или закорочены внешним замкнутым контуром или ответвлением.
Плохо подключенные источники напряжения
Однако при анализе цепей можно использовать источники напряжения различных значений, если между ними есть другие элементы цепи, соответствующие закону Кирхгофа о напряжении, KVL.
В отличие от параллельно соединенных источников напряжения, идеальные источники напряжения различных значений могут быть соединены вместе последовательно, чтобы сформировать единый источник напряжения, выход которого будет представлять собой алгебраическое сложение или вычитание используемых напряжений. Их соединение может быть как последовательным, так и встречным напряжением, как показано.
Источник напряжения серии
Вспомогательные источники напряжения серии
представляют собой последовательно соединенные источники, полярность которых соединена таким образом, что положительный вывод одного из них подключается к отрицательному выводу следующего, позволяя току течь в том же направлении.В приведенном выше примере два напряжения 10 В и 5 В первой цепи могут быть добавлены для V _S, равного 10 + 5 = 15 В. Таким образом, напряжение на клеммах A и B составляет 15 вольт.
Противоположные источники напряжения серии
представляют собой последовательно соединенные источники, полярность которых соединена таким образом, что плюс или минус соединены вместе, как показано на второй схеме выше. В конечном итоге напряжения вычитаются друг из друга. Затем два напряжения 10 В и 5 В второй цепи вычитаются, а меньшее напряжение вычитается из большего напряжения.В результате для V _S будет 10 — 5 = 5 В.
Полярность между клеммами A и B определяется большей полярностью источников напряжения, в этом примере клемма A положительная, а клемма B отрицательная, что дает +5 вольт. Если последовательно встречные напряжения равны, сетевое напряжение на A и B будет равно нулю, поскольку одно напряжение уравновешивает другое. Также любые токи (I) также будут равны нулю, так как без источника напряжения ток не может течь.
Пример источника напряжения №1
Два последовательных источника идеального напряжения 6 В и 9 В соответственно соединены вместе, чтобы обеспечить сопротивление нагрузки 100 Ом.Вычислите: напряжение источника V _S, ток нагрузки через резистор I _R и общую мощность P, рассеиваемую резистором. Нарисуйте схему.
Таким образом, V _S = 15 В, I _R = 150 мА или 0,15 А, а P _R = 2,25 Вт.
Практический источник напряжения
Мы видели, что идеальный источник напряжения может обеспечивать подачу напряжения, независимую от протекающего через него тока, то есть всегда поддерживает одно и то же значение напряжения.Эта идея может хорошо работать для методов анализа цепей, но в реальных условиях источники напряжения ведут себя немного иначе, чем у практических источников напряжения, их напряжение на клеммах фактически будет уменьшаться с увеличением тока нагрузки.
Поскольку напряжение на клеммах идеального источника напряжения не изменяется с увеличением тока нагрузки, это означает, что идеальный источник напряжения имеет нулевое внутреннее сопротивление, R _S = 0. Другими словами, это безрезисторный источник напряжения. На самом деле все источники напряжения имеют очень маленькое внутреннее сопротивление, которое снижает их напряжение на клеммах, поскольку они подают более высокие токи нагрузки.
Для неидеальных или практичных источников напряжения, таких как батареи, их внутреннее сопротивление (R _S) дает тот же эффект, что и сопротивление, соединенное последовательно с идеальным источником напряжения, поскольку эти два последовательно соединенных элемента несут такой же ток, как показано.
Идеальный и практический источник напряжения
Вы, возможно, заметили, что практический источник напряжения очень похож на эквивалентную схему Тевенина, поскольку теорема Тевенина утверждает, что «любая линейная сеть, содержащая сопротивления и источники ЭДС и тока, может быть заменена одним источником напряжения, V _S последовательно. с одинарным сопротивлением R _S “.Обратите внимание, что если сопротивление последовательного источника низкое, источник напряжения идеален. Когда сопротивление источника бесконечно, источник напряжения разомкнут.
В случае всех реальных или практических источников напряжения это внутреннее сопротивление R _S независимо от того, насколько мало влияет на ВАХ источника, поскольку напряжение на клеммах падает с увеличением тока нагрузки. Это связано с тем, что через R _S протекает тот же ток нагрузки.
Закон
Ом говорит нам, что когда ток (i) протекает через сопротивление, на том же сопротивлении возникает падение напряжения.Значение этого падения напряжения определяется как i * R _S. Тогда V _OUT будет равно идеальному источнику напряжения, V _S минус падение напряжения i * R _S на резисторе. Помните, что в случае идеального напряжения источника R _S равно нулю, поскольку нет внутреннего сопротивления, поэтому напряжение на клеммах такое же, как V _S.
Тогда сумма напряжений вокруг контура, определяемая законом напряжения Кирхгофа, KVL, равна: V _OUT = V _S — i * R _S.Это уравнение может быть построено для получения ВАХ фактического выходного напряжения. Будет получена прямая линия с наклоном –R _S, которая пересекает вертикальную ось напряжения в той же точке, что и V _S, когда ток i = 0, как показано.
Практические характеристики источника напряжения
Следовательно, все идеальные источники напряжения будут иметь прямолинейную ВАХ, а неидеальные или реальные практические источники напряжения не будут иметь, а вместо этого будут иметь ВАХ, слегка наклоненную вниз на величину, равную i * R _S, где R _S — внутреннее сопротивление (или импеданс) источника.ВАХ реальной батареи обеспечивает очень близкое приближение к идеальному источнику напряжения, поскольку сопротивление источника R _S обычно довольно мало.
Уменьшение угла наклона ВАХ при увеличении тока известно как регулирование. Регулировка напряжения является важной мерой качества практического источника напряжения, поскольку оно измеряет изменение напряжения на клеммах между холостым ходом, то есть когда I _L = 0 (разомкнутая цепь) и полной нагрузкой, то есть когда I _L на максимуме, (короткое замыкание).
Пример источника напряжения №2
Батарейный источник питания состоит из идеального источника напряжения, включенного последовательно с внутренним резистором. Напряжение и ток, измеренные на клеммах батареи, составили V _OUT1 = 130 В при 10 А и V _OUT2 = 100 В при 25 А. Рассчитайте номинальное напряжение идеального источника напряжения и значение его внутреннего сопротивления. Изобразите ВАХ.
Во-первых, давайте определим в простой «форме одновременного уравнения » два выхода напряжения и тока источника питания батареи, представленные как: V _OUT1 и V _OUT2.
Так же, как и напряжения и токи в форме одновременного уравнения, чтобы найти V _S, мы сначала умножим V _OUT1 на пять, (5) и V _OUT2 на два, (2), как показано, чтобы получить значение двух токов, (i) одинаковое для обоих уравнений.
Сделав коэффициенты для R _S одинаковыми путем умножения на предыдущие константы, теперь мы умножаем второе уравнение V _OUT2 на минус один, (-1), чтобы учесть два уравнения, так что что мы можем решить для V _S, как показано.
Зная, что идеальный источник напряжения, V _S равен 150 вольт, мы можем использовать это значение для уравнения V _OUT1 (или V _OUT2, если хотите) и решить, чтобы найти последовательное сопротивление, R _S.
Тогда для нашего простого примера внутренний источник напряжения батареи рассчитывается как: V _S = 150 вольт, а его внутреннее сопротивление как: R _S = 2Ω. ВАХ батареи представлены как:
ВАХ батареи
Зависимый источник напряжения
В отличие от идеального источника напряжения, который создает постоянное напряжение на своих выводах независимо от того, что к нему подключено, управляемый или зависимый источник напряжения изменяет напряжение на своих выводах в зависимости от напряжения или тока через какой-либо другой элемент, подключенный к цепи. , и поэтому иногда трудно указать значение зависимого источника напряжения, если вы не знаете фактическое значение напряжения или тока, от которого оно зависит.
Зависимые источники напряжения ведут себя так же, как электрические источники, которые мы рассматривали до сих пор, как практические, так и идеальные (независимые), но на этот раз разница в том, что зависимый источник напряжения может управляться входным током или напряжением. Источник напряжения, который зависит от входного напряжения, обычно называется источником напряжения с регулируемым напряжением или VCVS . Источник напряжения, который зависит от токового входа, также называется источником напряжения с регулируемым током или CCVS .
Идеальные зависимые источники обычно используются при анализе входных / выходных характеристик или усиления элементов схемы, таких как операционные усилители, транзисторы и интегральные схемы. Как правило, идеальный источник, зависящий от напряжения, с регулируемым напряжением или током, обозначается ромбовидным символом, как показано.
Символы зависимых источников напряжения
Идеальный зависимый источник напряжения, управляемый напряжением, VCVS, поддерживает выходное напряжение, равное некоторой постоянной умножения (в основном коэффициент усиления), умноженной на управляющее напряжение, присутствующее в другом месте цепи.Поскольку постоянная умножения является константой, управляющее напряжение V _IN будет определять величину выходного напряжения V _OUT. Другими словами, выходное напряжение «зависит» от значения входного напряжения, что делает его зависимым источником напряжения, и во многих отношениях идеальный трансформатор можно рассматривать как устройство VCVS с коэффициентом усиления, являющимся его коэффициентом усиления.
Тогда выходное напряжение VCVS определяется по следующему уравнению: V _OUT = мкВ _IN.Обратите внимание, что постоянная умножения μ безразмерна, поскольку это чисто масштабный коэффициент, потому что μ = V _OUT / V _IN, поэтому ее единицами измерения будут вольты / вольт.
Идеальный зависимый источник напряжения с управляемым током, CCVS, поддерживает выходное напряжение, равное некоторой постоянной умножения (rho), умноженной на управляющий входной ток, генерируемый где-либо в подключенной цепи. Тогда выходное напряжение «зависит» от значения входного тока, что снова делает его зависимым источником напряжения.
В качестве управляющего тока I _IN определяет величину выходного напряжения, V _OUT, умноженную на постоянную увеличения ρ (rho), это позволяет нам смоделировать управляемый током источник напряжения как усилитель транс-сопротивления как умножая постоянную, ρ дает нам следующее уравнение: V _OUT = ρI _IN. Эта постоянная умножения ρ (rho) имеет единицы измерения Ом, потому что ρ = V _OUT / I _IN, и поэтому ее единицами измерения будут вольты / амперы.
Сводка по источнику напряжения
Здесь мы видели, что источник напряжения может быть либо идеальным независимым источником напряжения, либо управляемым зависимым источником напряжения. Независимые источники напряжения обеспечивают постоянное напряжение, которое не зависит от других величин в цепи. Идеальными независимыми источниками могут быть батареи, генераторы постоянного тока или переменные во времени источники переменного напряжения от генераторов переменного тока.
Независимые источники напряжения могут быть смоделированы либо как идеальный источник напряжения (R _S = 0), где выход постоянен для всех токов нагрузки, либо как неидеальный или практичный, такой как батарея с последовательно подключенным сопротивлением. со схемой для представления внутреннего сопротивления источника.Идеальные источники напряжения можно соединять параллельно, только если они имеют одинаковое значение напряжения. Последовательное или встречное последовательное соединение будет влиять на выходное значение.
Также для решения схемотехнического анализа и сложных теорем источники напряжения становятся короткозамкнутыми источниками, делающими их напряжение равным нулю, чтобы помочь решить проблему в сети. Также обратите внимание, что источники напряжения могут как передавать, так и поглощать мощность.
Идеальные зависимые источники напряжения, представленные ромбовидным символом, зависят от внешнего управляющего напряжения или тока и пропорциональны ему.Константа умножения μ для VCVS не имеет единиц измерения, в то время как постоянная умножения ρ для CCVS имеет единицы Ом. Зависимый источник напряжения представляет большой интерес для моделирования электронных устройств или активных устройств, таких как операционные усилители и транзисторы с усилением.
В следующем руководстве по источникам электроэнергии мы рассмотрим дополнение источника напряжения, то есть источника тока, и увидим, что источники тока также можно классифицировать как зависимые или независимые электрические источники.