Прямой ток: особенности, применение и влияние на электрооборудование

Что такое прямой ток и чем он отличается от переменного. Как прямой ток влияет на работу различных электроприборов и осветительного оборудования. Где применяется прямой ток и почему его использование ограничено.

Что такое прямой ток и его основные характеристики

Прямой (постоянный) ток — это направленное движение электрических зарядов в проводнике, при котором направление тока не меняется со временем. Основные характеристики прямого тока:

• Неизменное направление движения зарядов от положительного полюса источника к отрицательному
• Постоянная величина силы тока
• Отсутствие переменной составляющей и пульсаций
• Возможность накопления энергии в аккумуляторах

Прямой ток получают от химических источников (батареек, аккумуляторов), солнечных батарей, термоэлементов и других устройств. Также прямой ток можно получить путем выпрямления переменного тока.

Чем прямой ток отличается от переменного?

Основные отличия прямого тока от переменного:

• Прямой ток течет постоянно в одном направлении, переменный периодически меняет направление
• У прямого тока неизменная полярность, у переменного она меняется с определенной частотой
• Прямой ток имеет постоянное значение, переменный меняет величину по синусоидальному закону
• Прямой ток можно накапливать в аккумуляторах, переменный — нет
• Прямой ток сложнее передавать на большие расстояния из-за потерь

Области применения прямого тока

Несмотря на преобладание переменного тока в энергетике, прямой ток находит широкое применение в следующих областях:

• Электротранспорт (электровозы, трамваи, метро)
• Электролиз и гальванические процессы
• Зарядка аккумуляторов
• Сварочные работы
• Питание электронных устройств
• Системы электроснабжения автомобилей
• Светодиодное освещение
• Солнечная энергетика

Во многих случаях прямой ток получают путем выпрямления переменного с помощью специальных устройств.

Влияние прямого тока на работу электрооборудования

При подаче прямого тока вместо переменного изменится работа многих электроприборов:

• Электродвигатели переменного тока работать не будут
• Трансформаторы не смогут преобразовывать напряжение
• Счетчики электроэнергии перестанут учитывать потребление
• УЗО и дифавтоматы потеряют защитные функции
• Диммеры для регулировки яркости света не будут работать

В то же время многие нагревательные приборы и простые осветительные устройства смогут функционировать на прямом токе без изменений.

Особенности работы осветительных приборов на прямом токе

Влияние прямого тока на различные типы ламп:

• Лампы накаливания будут работать без изменений, даже с меньшим гудением
• Галогенные лампы также смогут работать на прямом токе
• Люминесцентные лампы с электромагнитным балластом работать не будут
• Компактные люминесцентные лампы с электронным балластом могут работать
• Светодиодные лампы со встроенными драйверами обычно поддерживают питание прямым током

Для работы многих современных светильников на прямом токе потребуется модификация их схем питания.

Преимущества и недостатки использования прямого тока

Основные плюсы прямого тока:

• Возможность накопления энергии в аккумуляторах
• Отсутствие потерь на перемагничивание сердечников
• Меньшие потери при передаче на большие расстояния по кабелю
• Простота регулирования и преобразования
• Отсутствие мерцания у осветительных приборов

Недостатки прямого тока:

• Сложность изменения напряжения без потерь
• Невозможность использовать трансформаторы
• Электрокоррозия металлов при протекании тока
• Сложность коммутации мощных цепей
• Необходимость специального оборудования

Перспективы более широкого применения прямого тока

Несмотря на доминирование переменного тока, у прямого тока есть перспективы расширения применения:

• Развитие возобновляемой энергетики (солнечные панели генерируют прямой ток)
• Рост числа потребителей прямого тока (электроника, светодиодное освещение)
• Создание локальных сетей прямого тока в зданиях
• Развитие технологий передачи прямого тока на большие расстояния
• Применение в системах накопления энергии на основе аккумуляторов

Однако полный переход на прямой ток маловероятен из-за огромных затрат на переоборудование существующей инфраструктуры.

Заключение

Прямой ток имеет ряд преимуществ и находит широкое применение в отдельных областях. Однако из-за сложности передачи на большие расстояния он уступает переменному току в глобальных энергосетях. В будущем сферы применения прямого тока могут расшириться, но он будет дополнять, а не заменять переменный ток.

Прямой ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Прямой ток

Cтраница 2

Прямой ток через диод меньше максимального, что обеспечивает надежную работу диода. Прямое напряжение на открытом диоде больше, чем напряжение между эмиттером и базой транзистора, необходимое для режима отсечки, и меньше обратного допустимого, что обеспечивает режим отсечки транзистора и надежную его работу.  [16]

Прямой ток через вентиль равен току в нагрузке.  [18]

Прямой ток в вентиле равен току нагрузки, но проходит в течение / з периода. В другие 2 / з периода ток в данном вентиле отсутствует.  [20]

Прямой ток р — n перехода при нагреве возрастает не так сильно, как обратный ток. Это объясняется тем, что прямой ток возникает в основном за счет примесной проводимости. Но концентрация примесей от температуры практически не зависит. Температурная зависимость прямой ветви вольтампернои характеристики в соответствии с формулой ( 3 / -) определяется изменениями тока / 0 и показателя экспоненты.  [21]

Прямой ток и его зависимость от приложенного к диоду прямого напряжения, в отличие от идеализированного перехода, определяются рядом физических процессов, протекающих как в самом переходе, так и в базе реального диода. Рассмотрим основные из этих процессов.  [22]

Прямой ток, согласно ( 7), быстро растет с ростом U. При значит, смещениях этот рост ограничивается сопротивлением р — и — областей. Из сравнения ф-л ( 5) и ( 6) видно, что гл.  [24]

Прямой ток, как видно из (1.10), зависит от приложенного напряжения. В результате действия внешнего поля в прямом направлении в области р-п-перехода происходит перераспределение концентрации носителей заряда. Дырки р-области и электроны n — области диффундируют вглубь р-п-перехода и рекомбинируют там. Ширина перехода при этом уменьшается, вследствие чего снижается сопротивление запирающего слоя.  [25]

Прямой ток / пр полупроводникового диода сначала увеличивает-ется по экспоненциальному закону, а при Ua 0 5 В его а.  [27]

Прямой ток через вентиль равен току в нагрузке. Однако сле-дует иметь в виду, что он проходит по каждому вентилю только полпериода. Другие полпериода ток в вентиле отсутствует.  [28]

Прямой ток в вентиле равен току нагрузки, но проходит в течение 1 / 3 периода. В другие 2 / 3 периода ток в данном вентиле отсутствует.  [29]

Прямой ток в вентиле равен току данной фазы в один из полупериодов и нулю — в другой полу период.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

ПРЯМОЙ ТОК — это… Что такое ПРЯМОЙ ТОК?

прямой ток — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN forward current …   Справочник технического переводчика

прямой ток — tiesioginė srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. forward current vok. Durchlaßstrom, m; Vorwärtsstrom, m rus. прямой ток, m pranc. courant direct, m …   Automatikos terminų žodynas

прямой ток — tiesioginė srovė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. forward current vok. Vorwärtsstrom, m rus. прямой ток, m pranc. courant dans le sens conducteur, m; courant direct, m …   Fizikos terminų žodynas

прямой ток диода — Ток, протекающий через диод в прямом направлении. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы …   Справочник технического переводчика

прямой ток затвора — Обозначение IЗпр IGF [ГОСТ 19095 73] Тематики полупроводниковые приборы EN forward gate current DE Gatedurchlassstrom FR courant directe de grille …   Справочник технического переводчика

Прямой ток диода — 3. Прямой ток диода Ток, протекающий через диод в прямом направлении Источник: ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

прямой ток p-n-перехода — tiesioginė np sandūros srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. forward current of a p n junction vok. Vorwärtsstrom bei einem p n Übergang, m rus. прямой ток p n перехода, m pranc. courant direct d une jonction p n, m …   Automatikos terminų žodynas

прямой ток полупроводникового диода — tiesioginė puslaidininkinio diodo srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. forward current of a semiconductor diode vok. Vorwärtsstrom bei einer Halbleiterdiode, m rus. прямой ток полупроводникового диода, m pranc. courant direct d… …   Automatikos terminų žodynas

прямой ток p-n-перехода — tiesioginė pn sandūros srovė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. forward current of a p n junction vok. Vorwärtsstrom bei einem p n Übergang, m rus. прямой ток p n перехода, m pranc. courant direct d une jonction p n, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

прямой ток электрода — Ток, направленный из внешней цепи к данному электроду (кроме катода) и от катода во внешнюю цепь …   Политехнический терминологический толковый словарь

Экспоненциальная зависимость тока от напряжения у диодов при прямом смещении

Добавлено 22 февраля 2020 в 14:11

Сохранить или поделиться

Данная статья предоставляет основную информацию об электрическом поведении диодов, смещенных в прямом направлении.

Эта статья объясняет экспоненциальную вольт-амперную характеристику (ВАХ) диодов, концепцию «порогов» и влияние температуры на ВАХ.

Связь между током и напряжением у диода

Когда вы прикладываете напряжение к двум выводам диода с более высоким напряжением на стороне анода и более низким напряжением на стороне катода, начинает протекать прямой ток (то есть ток от анода к катоду). Если напряжение увеличивается, будет увеличиваться и прямой ток, и в этом случае диод будет похож на резистор: большее напряжение приводит к большему току.

Однако если мы внимательно посмотрим на то, как увеличивается ток, мы увидим, что диоды сильно отличаются от резисторов. Если мы будем постоянно увеличивать напряжение на резисторе, мы получим неуклонно увеличивающийся ток. При использовании диода, напротив, постоянно увеличивающееся напряжение будет создавать ток, который сначала увеличивается медленно, затем быстрее и, в конечном итоге, очень быстро.

Это происходит потому, что связь между прямым напряжением диода и его прямым током является экспоненциальной, а не линейной.

На следующем графике зависимости тока диода (I_д) от напряжения диода (V_д) показана экспоненциальная вольт-амперная характеристика типового кремниевого диода.

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика диода

Как вы можете видеть, прямой ток практически не протекает, когда прямое напряжение ниже 0,5 В. Это область, в которой ток медленно увеличивается относительно роста напряжения.

Переходная область, в которой скорости изменения напряжения и тока более сопоставимы, начинается с около 0,5 В. Однако эта переходная область довольно узкая, и к тому времени, когда V_д достигает 0,7 В, ток диода увеличивается так быстро, что очень маленькие изменения прямого напряжения создают большие изменения прямого тока.

«Пороги» прямого напряжения

Как показано на графике выше, связь между током и напряжением диода не является дискретной. Эта связь экспоненциальна, а не линейна; ток плавно увеличивается от нуля до больших значений. Таким образом, если мы интерпретируем «порог» как своего рода мгновенный переход из одного состояния (например, «непроводящий») в другое состояние (например, «проводящий»), то в электрическом поведении диода нет настоящих «порогов».

При этом экспоненциальный характер ВАХ диода приводит к значениям напряжения, которые в контексте практических инженерных задач очень похожи на пороговые значения. Таким образом, часто бывает удобно говорить о двух напряжениях, обозначенных на диаграмме ниже, как если бы они были пороговыми.

Рисунок 2 – Пороговые напряжения диода

Первый порог, 0,5 В, определяет переход от незначительно малого тока к не незначительно малому току. Таким образом, когда мы обсуждаем практические схемы вместо точных научных подробностей, мы можем сказать, что обычный кремниевый диод не позволяет току течь, пока прямое напряжение не превысит 0,5 В.

Второй порог, 0,7 В, определяет точку, в которой наклон кривой ВАХ стал чрезвычайно высоким; мы можем использовать 0,7 В в качестве аппроксимации напряжения, падающего на кремниевом диоде в режиме полной проводимости, поскольку напряжения, значительно превышающие 0,7 В, соответствуют очень большим значениям тока.

Маломощные и мощные диоды

Графики, показанные выше, передают общую зависимость тока от напряжения у кремниевого диода с pn-переходом, но не указывают точные значения тока. Они не говорят нам, какой прямой ток протекает, когда прямое напряжение диода составляет, например, 0,5 В или 0,7 В. А это необходимо, потому что точное числовое соотношение между прямым напряжением и прямым током зависит от физических размеров диода.

Если более конкретно, то площадь поперечного сечения pn-перехода сильно влияет на величину прямого тока, который протекает при заданном прямом напряжении. Таким образом, у физически маленького диода, который предназначен для приложений с низким энергопотреблением, прямой ток может составлять 5 мА, когда прямое напряжение на нем равно 0,7 В, а более крупный диод, предназначенный для приложений с высоким энергопотреблением, может иметь I_д = 500 мА при V_д = 0,7 В.

Температурная зависимость ВАХ

Другим фактором, который влияет на точное числовое соотношение между прямым напряжением и прямым током, является температура. Значение напряжения, которое соответствует данному значению тока, с понижением температуры увеличивается. Другими словами, если схема поддерживает ток диода, скажем, 15 мА, падение напряжения на диоде при 10°C будет выше, чем падение напряжения на 20°C.

Следующая диаграмма показывает эту температурную зависимость в виде горизонтального сдвига ВАХ.

Рисунок 3 – График ВАХ диода сдвигается примерно на 2 мВ на градус Цельсия

Заключение

Надеюсь, что эта статья помогла вам понять взаимосвязь между напряжением прямого смещения, приложенным к диоду, и током, который протекает в ответ на это приложенное напряжение.

В следующей статье мы продолжим эту тему, рассматривая диоды с прямым смещением в контексте анализа цепей.

Оригинал статьи:

Теги

ВАХ (вольт-амперная характеристика)ДиодДля начинающихКремниевый диодОбучениеПрямое напряжениеПрямое смещение диодаПрямой ток

Сохранить или поделиться

Постоянный и переменный ток в освещении

Постоянный и переменный ток в освещении

Без электричества невозможно представить современный мир. Всё, к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Но одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

От этого зависит возможность их работы, а иногда и целостность, если подключение неправильное.

Что такое постоянный ток?

Электрический заряд или электроны движутся в одном направлении, всегда начиная с генератора, который является началом линии, и до конца линии, которая является электрическим оборудованием.

   

Что такое переменный ток?

Переменный – это ток, который меняет величину и направление. Причем, в равные промежутки времени. В случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное.       

Применение постоянного тока:

·        Различные виды техники (бытовая, промышленная)

·        Автономные системы (бортовые системы автомобилей, летательных аппаратов, морских судов или электропоездов, общественный транспорт: трамваи и троллейбусы)

·        Электронные устройства (электрофонари, игрушки, аккумуляторные электроинструменты и др.)

 

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Переменный ток чаще всего используется тогда, когда присутствует необходимость его передачи на большие расстояния.

Применение переменного тока:

·        Жилые дома и предприятия

·        Инфраструктурные и транспортные объекты

Электричество и свет

ФОТО 3

Лампы накаливания

·        У лампочки Ильича на постоянном токе не будет пульсаций света и шума от работы. На переменном — лампа может гудеть из-за того, что спираль работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период.

Люминесцентные лампы

·        Эти приборы нельзя включать напрямую в сеть. Для нормальной работы лампе нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой.

·        Прибор питается от переменного напряжения 220 вольт, которое находится в бытовой сети, но токи в ней протекают разные. Можно запитать лампу и постоянным (с ограничением тока). Но предпочитают переменный. Он проще в реализации и электроды при этом изнашиваются равномерно.

Светодиодные лампы

·        Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны: от простых до довольно сложных. Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для него конденсатор имеет бесконечное сопротивление.

Прожекторы

Для создания яркого направленного освещения используются специальные устройства – прожекторы. Они комплектуются мощными источниками света и поставляются в прочных корпусах из металла и пластика.

Устройства бывают:

·        Заливающие

Предназначены для равномерного освещения крупных сооружений: домов, стадионов, сцен

·        Акцентные

Используются для подсветки и выделения светом объектов и их частей

·        Сигнальные

Служат для передачи информации на расстоянии

·        Дальнего действия с параболическими отражателями

Изделия выпускаются в основном для военных нужд

В прожекторах устанавливают разные лампы: галогенные, натриевые, металлогалогенные и светодиодные. Бывают модели со сменными лампами, но в некоторых заменить световой элемент не получится.

Светодиодные лампы для уличного освещения имеют различную конфигурацию. Они могут быть выполнены в форме квадрата, прямоугольника, круга, овала или линейки.

Технические параметры:

·        Широкий диапазон электропитания – от 100 до 240 Вольт

Если напряжение падает, то светодиодный прожектор продолжает работать в обычном режиме.

·        Работа как при переменном, так и при постоянном токе

·        Определенное количество диодов

·        Различный цвет света – горячий или холодный, разная температура

·        Возможность смены угла светорассеивания

Чаще всего угол установки прожекторов для освещения на улице равен 50° и более.

Лампы со светодиодами обладают высоким качеством, экономным потреблением электроэнергии, надежностью и долгим сроком службы.

Прежде, чем выбрать осветительные приборы, внимательно ознакомьтесь с их описанием. И не стесняйтесь задавать вопросы специалистам!

 

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток / Хабр

Война токов

завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.

Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.

Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.

И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.

источник картинки: выключатель-автоматический.рф

Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.

Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.

Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.

Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.

Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.

Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.

Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.

Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.

Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.

Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.

При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.

Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает

коэффициент мощности

и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:

Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.

Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.

Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть

схемы различных ЭПРА

, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.

источник картинки: aliexpress.com

Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.

Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока.

Схемы светодиодных ламп

весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.

Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.

источник картинки: bigclive.com

Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.

источник картинки: powerelectronictips.com

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.

Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».

У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.

В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.

Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.

Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.

Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:

Раз
Два

Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.

Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.

В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.

Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.

Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.

Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.

По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.

Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.

Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.

После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).

К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Отличие переменного тока от постоянного: преобразование, разница, принцип действия

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках?  Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток — трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество».

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали — остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаменитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

 

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Постоянный ток

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

 

Где используется постоянный ток:

• в питании большинства бытовых приборов;
• в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
• для питания электроники автомобилей;
• на кораблях и подводных лодках;
• в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Постоянный ток

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток — alternating current (AC). Постоянный ток — direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе — отрицательным.

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 — это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей — война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

 

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Инвертор постоянного или переменного тока: какой лучше выбрать

С момента своего появления и по сегодняшний день сварка прочно удерживает первенство в процессах соединения различных деталей, изделий и элементов металлических конструкций. Такая широкая сфера применения требует большого количества методов и технологий. Для того чтобы иметь возможность варить значительный ассортимент металлов, используют различные виды сварочных токов.

1 / 1

С момента своего появления и по сегодняшний день сварка прочно удерживает первенство в процессах соединения различных деталей, изделий и элементов металлических конструкций. Такая широкая сфера применения требует большого количества методов и технологий. Для того чтобы иметь возможность варить значительный ассортимент металлов, используют различные виды сварочных токов.

Виды сварочного тока

Сварочные трансформаторы выдают на выходе переменный ток (AC) сетевой частоты, то есть 50 герц. Скажем откровенно: сваривание металлов таким способом – процесс достаточно проблематичный. Во-первых, требуются сварщики высокой квалификации, во-вторых, шов получается недостаточно качественным.

Изменение напряжения дуги 100 раз в секунду приводит к соответствующим изменениям в скорости переноса расплавленного металла и температуры сварочной ванны. Результатом этих процессов станет разбрызгивание металла и неравномерность провара. Кроме того, такому виду сваривания свойственен уход шва в сторону.

Лучшие показатели получаются при ведении сварки постоянным (DC) током как прямой, так и обратной полярности (для подключения обратной полярности «+» и «-» источника меняют местами).

Постоянный ток можно получить от сварочного трансформатора с дополнительным силовым выпрямителем. Но, как вы понимаете, это вызовет лишние расходы. Наилучшие возможности предлагают нам инверторы. Здесь можно получить на выходе как переменное, так и постоянное напряжение.

Переменное напряжение сварочных инверторов имеет высокую частоту, за счет чего параметры дуги становятся более стабильными и по своим характеристикам приближаются к параметрам дуги постоянного тока. Некоторые металлы и сплавы можно варить только переменным током, например, алюминий, который имеет очень специфическую оксидную плёнку на поверхности. Эта плёнка может быть разрушена только переменным током. Таким образом, на сегодняшний день мы имеем широко востребованными три вида сварочного тока:

• высокочастотный переменный;

• постоянный прямой полярности;

• постоянный обратной полярности.

Инверторы постоянного и переменного тока

Устройство и отличие

Рассмотрим принцип работы инвертора переменного тока. Преобразование сетевого напряжения в сварочное происходит в следующей последовательности. Вначале оно выпрямляется и поступает на преобразователь, который генерирует высокочастотную последовательность импульсов. Основная идея состоит в том, чтобы на понижающий трансформатор подать напряжение сети 220 вольт с частотой не 50 Гц, а 30 – 70 кГц.

В этом случае значительно снижаются габариты и вес трансформатора. Для того чтобы вы смогли представить себе эту колоссальную разницу, приведем пример: трансформатор мощностью около 5000 Вт, преобразующий напряжение частотой 50 Гц, будет весить около 20 килограммов. Трансформатор такой же мощности, но работающий на частоте 50 кГц будет весить 250грамм. Что вы выберете?   

Далее пониженное до 60 вольт напряжение поступает на сварочный электрод с выхода трансформатора.

Инвертор постоянного тока в большей части повторяет схему инвертора переменного тока. Но на выходе добавлен выпрямитель, который преобразует выходное переменное напряжение в постоянное. 

Что выбрать

С отличиями в устройстве этих типов источников питания для сварочных процессов мы разобрались. Но, по большому счёту, для большинства пользователей устройство источника питания представляет слабый интерес. Более важным для него является назначение различных источников и области их применения. Это и станет, в конце концов, решающим при выборе.

Постарайтесь выбрать сварочный источник питания, который можно подключить к существующей сети без риска её перегрузки. Кроме того, назначение источника должно соответствовать работам, которые вы собираетесь выполнять с его помощью. Для правильного выбора ознакомьтесь с особенностями сваривания различных металлов. 

Отличается ли сварка переменным и постоянным током

Сваривание металлов постоянным током, полученным от инверторных преобразователей, позволяет получить качественный сварной шов даже сварщикам невысокой квалификации. Отсутствие изменений направления и силы тока, свойственные переменному напряжению, обеспечивают ровное и стабильное горение дуги, что приводит к увеличению глубины проплавления металла и создаёт условия увеличения механической прочности сварного соединения.

Ещё одно существенное преимущество сварки постоянным током — уменьшение разбрызгивания металла, которое экономит электроды, присадочные материалы и повышает производительность труда за счёт уменьшения объёмов работ по зачистке швов.

Инверторные преобразователи входят в состав различных аппаратов как источники питания. Аппараты ручной дуговой сварки прекрасно справляются со свариванием стальных и чугунных деталей. Для сваривания нержавеющих сталей и цветных металлов, лучше использовать аппараты аргонно-дуговой сварки. Автомобильный кузов обычно ремонтируют точечной сваркой на базе того же инвертора постоянного тока.

Обратная полярность напряжения имеет свои преимущества и недостатки, в сравнении со свариванием постоянным напряжением прямой полярности. Для реализации этого метода требуются специальные электроды или проволока (в случае работы на полуавтомате). Принятие решения об использовании той или иной полярности зависит от особенностей процесса и вида сварочного оборудования.

Сварку переменным током используют для соединения тугоплавких металлов. В современной практике этот вид применяется для сваривания деталей, имеющих загрязнённую поверхность. Так иногда случается, что очистить деталь либо невозможно, либо очень сложно. Этот метод хорошо справляется с оксидными плёнками на поверхности металлов, даже на алюминии. На крупносерийных производствах сваривание переменным током используют как способ снижения себестоимости работ на изделиях, не требующих особой точности шва.

Делаем выводы: каждый вид имеет место в производстве, но наиболее универсальным и подходящим для дома, гаража, дачи является сварка изделий постоянным током, получаемым от сварочных инверторов. В подтверждение справедливости наших выводов можно привести статистические данные, говорящие о том, что 95,9 % сварочных аппаратов, купленных в Москве в прошлом году, составили аппараты на основе инверторов постоянного тока. Приобрести инверторные аппараты постоянного тока вы можете от производителя КЕДР на официальном сайте:

Постоянный ток: что это такое? (Символ переменного или постоянного и постоянного тока)

Что такое постоянный ток?

DC означает постоянный ток, хотя его часто называют «постоянным током». Постоянный ток определяется как однонаправленный поток электрического заряда. В постоянном токе электроны перемещаются из области отрицательного заряда в область положительного заряда, не меняя направления. Это отличается от цепей переменного тока (AC), где ток может течь в обоих направлениях.

Постоянный ток может протекать через проводящий материал, например проволоку, а также через полупроводники.

Аккумулятор — лучший пример источника постоянного тока. В батарее электрическая энергия, производимая из химической энергии, хранящейся в батарее. Когда аккумулятор подключен к цепи, он обеспечивает постоянный поток заряда от отрицательного полюса аккумулятора к положительному.

Выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный. А инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный.

Символ постоянного тока

Постоянный ток — это постоянный ток.Поэтому символ постоянного тока — прямая линия. Символ постоянного и переменного тока показан на рисунке ниже.

Символ постоянного и переменного тока

Разница между переменным и постоянным током

Электроэнергия доступна в виде переменного тока (AC) или постоянного тока (DC). В переменном токе ток меняет направление 50-60 раз в секунду в зависимости от частоты.

Основные различия между переменным и постоянным током приведены в таблице ниже;

	Переменный ток (AC)	Постоянный ток (DC)
Направление тока	Когда переменный ток течет по цепи, он меняет свое направление на противоположное.	Когда по цепи протекает постоянный ток, он не меняет своего направления.
Частота	Частота переменного тока определяет, сколько раз он меняет свое направление на обратное. Если частота 50 Гц, это означает, что ток меняет направление 50 раз.	Частота постоянного тока всегда равна нулю. Потому что он никогда не меняет своего направления.
Движение электрона	Электроны продолжают менять свое направление с прямого на обратное	Электроны движутся только в прямом направлении.
Величина тока	Величина мгновенного тока изменяется со временем.	Величина постоянна в каждый момент времени для чистого постоянного тока. Но это переменная величина для пульсирующего постоянного тока.
Коэффициент мощности	Он находится в диапазоне от 0 до 1.	Всегда равен 1.
Пассивный параметр	Импеданс (комбинация реактивного сопротивления и сопротивления).	Только сопротивление.
Типы	Синусоидальный, трапециевидный, квадратный, треугольный	Чистый постоянный ток и пульсирующий постоянный ток
Передача электроэнергии	В энергосистеме обычным методом передачи энергии является система передачи HVAC.Потери меньше, но больше, чем в системе передачи HVDC.	В энергосистеме самой новой технологией для систем передачи является система передачи HVDC. Потери в системе передачи HVDC намного меньше.
Преобразовать	Он может преобразовать от источника постоянного тока с помощью инвертора.	Может преобразовывать от сети переменного тока с помощью выпрямителя.
Тип нагрузки	Может подключаться к резистивному, индуктивному и емкостному типу нагрузки.	Может подключаться только с резистивным типом нагрузки.
Источник	Генератор переменного тока	Генератор постоянного тока и аккумулятор
Опасно	Это опасно.	Но он опаснее переменного тока при той же мощности.
Форма волны
Приложение	Большая часть бытового, промышленного и коммерческого оборудования работает на постоянном токе.	Сотовые телефоны, электромобили, гальваника, фонарики и т. Д.

Для чего нужен постоянный ток

Постоянный ток можно легко получить от батареи и солнечных элементов. Для большинства схем силовой электроники требуется питание постоянного тока. Применение постоянного тока в различных областях перечислено ниже;

• Источник постоянного тока, используемый во многих низковольтных устройствах, таких как зарядка мобильных аккумуляторов. В жилых и коммерческих зданиях DC используется для аварийного освещения, камеры видеонаблюдения, телевидения и т. Д.
• В автомобиле аккумулятор используется для запуска двигателя, освещения и системы зажигания.Электромобиль работает от аккумулятора (постоянный ток).
• Для связи используется источник постоянного тока 48 В. Как правило, для связи используется один провод, а в качестве обратного пути используется земля. Большинство коммуникационных сетевых устройств работают от постоянного тока.
• Передача энергии высокого напряжения возможна по линии передачи HVDC. Система передачи HVDC имеет много преимуществ по сравнению с традиционной системой передачи HVAC. Система HVDC более эффективна, чем система HVAC, поскольку не испытывает потерь мощности из-за эффекта коронного разряда или скин-эффекта.
• В солнечной электростанции энергия, вырабатываемая в виде постоянного тока.
• Энергия переменного тока не может храниться как постоянный ток. Итак, для хранения электроэнергии всегда используется постоянный ток.
• В тяговых системах двигатели локомотивов работают от постоянного тока. В тепловозе также вентилятор, фары, переменный ток и розетки работают от постоянного тока.

Как измерить постоянный ток

Постоянный ток можно измерить мультиметром. Мультиметр подключается последовательно с нагрузкой.

Черный (COM) щуп мультиметра подключается к отрицательной клемме аккумулятора. Положительный зонд (красный зонд) подключен к нагрузке. Положительный полюс аккумулятора подключен к нагрузке. Схема подключения показана на рисунке ниже.

Измерение постоянного тока

Установите тип постоянного тока на мультиметре. Показание показывает значение постоянного тока, протекающего через нагрузку. Токоизмерительные клещи также используются для измерения постоянного тока, протекающего по проводнику.

В какую сторону проходит постоянный ток

Ток известен как поток заряда или электронов. Направление тока зависит от направления потока заряда.

Электроны текут от отрицательного полюса батареи к положительному полюсу. Кроме того, ток указывает направление от положительного к отрицательному концу.

Бенджамин Франклин заметил, что что-то движется через проводник. Но в то время протоны и электроны не обнаружены.Значит, он не знает, что движется через проводник.

Он предположил, что ток течет из области более высокой концентрации в область более низкой концентрации. И он назвал область более высокой концентрации положительной, а область более низкой концентрации отрицательной. Следовательно, ток течет с положительного на отрицательный. И это направление известно как условное направление течения тока.

После изобретения электрона и протона было подтверждено, что ток перемещается от отрицательного к положительному полюсу батареи.Но все же мы принимаем направление тока как обычным методом.

Кто изобрел постоянный ток

Постоянный ток был впервые представлен батареей итальянского физика Алессандро Вольта. На тот момент направление тока не вводилось. Французский физик Ампер считает, что ток движется в одном направлении от положительного к отрицательному.

В конце 19 ^-го века три изобретателя, Никола Тесла, Джордж Вестингауз и Томас Эдисон борются за выбор системы электроснабжения.

Компания Эдисона продвигала систему постоянного тока как доминирующую. электрическая система, и она лучше, чем система переменного тока. Он построил первую электростанцию и начал передавать энергию постоянного тока в дом в Нью-Йорке.

Началось соревнование между Эдисоном и Теслой. Потому что Tesla поддерживает систему переменного тока и может передавать мощность переменного тока на большие расстояния. После этой войны Westinghouse изготовила первый гидроэлектрический генератор, установленный на Ниагарском водопаде. И победитель нынешней войны. С этого момента система переменного тока преобладает над системой постоянного тока.

Но в настоящее время, в связи с увеличением количества оборудования силовой электроники, постоянный ток используется для питания низковольтных устройств силовой электроники.

Мощность постоянного тока (DC): определение и применение

Мощность постоянного тока (DC) относится к однонаправленному потоку электронов и представляет собой форму энергии, которая чаще всего вырабатывается такими источниками, как солнечные элементы и батареи.

Что такое мощность?

Мощность можно определить как уровень энергии, потребляемой в единицу времени. Единица измерения мощности — ватт, в честь известного ученого восемнадцатого века Джеймса Ватта , который изобрел паровой двигатель.В механических системах мощность известна как механическая сила и представляет собой комбинацию сил и движения. В электрических системах электрическая мощность — это скорость потока электрической энергии через заданную точку в замкнутой цепи. Для наших приложений мы будем рассматривать только , электрическая мощность .

Переменный и постоянный ток

Электроэнергия может быть классифицирована как AC Power или DC Power в зависимости от направления потока энергии. Здесь AC означает переменный ток, а DC — постоянный ток.Мощность, возникающая в результате протекания тока в переменном направлении, называется мощностью переменного тока, а мощность, возникающая в результате протекания тока только в одном направлении, называется мощностью постоянного тока.

Форма кривой постоянного тока

В цепях постоянного тока (постоянного тока) поток электрического заряда (или, другими словами, электронов) является однонаправленным, и, в отличие от переменного тока, он не меняет периодически свое направление. Типичная форма волны переменного тока представляет собой чистую синусоидальную волну, как показано на рисунке ниже.

Постоянный ток (красная кривая). Горизонтальная ось измеряет время; по вертикали, току или напряжению. Источник: Wikipedia.org

Что такое обычные приложения постоянного тока?

Этот вид энергии чаще всего вырабатывается такими источниками, как солнечные элементы, батареи и термопары. Источник питания постоянного тока широко используется в низковольтных устройствах , таких как зарядные батареи, автомобильные, авиационные и другие низковольтные и слаботочные приложения. В настоящее время все солнечные панели вырабатывают постоянный ток.Распространенными приложениями с питанием постоянного тока в фотоэлектрической промышленности являются портативные солнечные системы , и другие автономные устройства. Отсутствие солнечного инвертора для преобразования постоянного тока в переменный сократит расходы на такие системы.

Преимущества и недостатки Постоянный ток

В настоящее время для распределения электроэнергии в основном используется переменный ток, так как он имеет существенных преимуществ перед постоянным током при передаче и преобразовании. Одним из самых больших преимуществ питания постоянного тока является возможность использования в специальных приложениях .Когда передача электроэнергии переменного тока практически невозможна или невозможна на большие расстояния, используется мощность постоянного тока. Одним из таких приложений являются подводные высоковольтные линии передачи постоянного тока . Здесь электричество производится в форме переменного тока, преобразуется в постоянный ток на коммутационной / оконечной станции, передается по подводной кабельной сети, повторно преобразуется в переменный ток другой оконечной станцией и, наконец, доставляется потребителям. Кабель постоянного тока

Norned между Норвегией и Нидерландами Источник: Википедия

Линии передачи постоянного тока Sub-Sea

Многие из таких линий работают на сегодняшний день.Некоторые известные примеры:

• Baltic Cable Link
  • Между Швецией и Германией
  • Длина: 250 км
• NorNed Cable Link
  • Между Норвегией и Нидерландами
  • Длина: 580 км
• Basslink
  • Basslink
    • Basslink
      • Basslink Между материковой частью Австралии и Тасманией
      • Длина: 290 км
    Большим недостатком этих высоковольтных передач является более высокая стоимость строительства оконечных станций и коммутационных станций.Используемые детали нуждаются в длительном техническом обслуживании, что является дорогостоящим, а также имеет ограниченную перегрузочную способность .

    переменного и постоянного тока | Электричество переменного и постоянного тока

    Переменный ток, переменный ток и постоянный ток, постоянный ток — это две формы электрического тока, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор переменного или постоянного тока зависит от применения и свойств переменного и постоянного тока.

    ---

    Учебное пособие по электрическому току Включает:
    Что такое электрический ток Текущая единица — Ампер ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

    ---

    Одно из основных различий в типе протекания тока в цепи заключается в том, является ли ток переменным, переменным или постоянным, постоянным.

    Электричество переменного и постоянного тока широко используются в электрических и электронных схемах, каждая из которых используется для разных целей.

    И переменный, и постоянный ток имеют свои особенности и дают разные преимущества, которые можно использовать в разных ситуациях.

    
    Видео с описанием переменного и постоянного тока

    
    

    Что такое постоянный ток, DC

    Поскольку название подразумевает постоянный ток, постоянный ток — это форма электричества, которое течет в одном направлении — оно прямое, и это дало ему название.

    Постоянный ток в базовой схеме

    Характеристика постоянного тока, DC может быть отображена на графике. Здесь видно, что ток может быть либо положительным, либо отрицательным.

    График, показывающий атрибуты постоянного тока

    Применения постоянный ток, постоянный ток

    Постоянный ток, DC используется во многих областях:

    • Батареи: Батареи, как неперезаряжаемые, так и перезаряжаемые, могут питать только постоянный ток. Аккумуляторы также нуждаются в подзарядке постоянным током.
    • Электронное оборудование: Все оборудование, такое как компьютеры, радио, мобильные телефоны, и фактически все электронное оборудование использует постоянный ток для питания электронных схем. Биполярные транзисторы, полевые транзисторы и интегральные схемы, в которых используются эти компоненты, нуждаются в постоянном токе для питания их и будут повреждены при обратной полярности. Хотя многие из этих элементов питаются от сети переменного тока, внутри устройства есть блок, называемый источником питания, который преобразует входящий переменный ток в постоянный ток с правильным напряжением (-ями) внутри электронного элемента.
    • Некоторое электрическое оборудование: Хотя во многих электрооборудовании используется переменный ток, в некоторых используется постоянный ток.
    • Панели солнечных батарей: Панели солнечных батарей, используемые для выработки электроэнергии, вырабатывают постоянный ток непосредственно от самих солнечных панелей. При использовании с сетью переменного тока для подачи в сеть или подачи местного питания переменного тока для источников переменного тока требуется блок, известный как инвертор, для обеспечения постоянного тока, постоянного тока от солнечных панелей для преобразования в переменный ток.

    Что такое переменный ток, AC

    Переменный ток, переменный ток отличается от постоянного. Как следует из названия, он течет сначала в одном направлении, а затем в другом.

    График, поясняющий переменный ток

    На приведенном выше графике показана форма волны тока, изменяющаяся как синусоида, причем ток сначала движется в одном направлении, а затем в другом.

    Чаще всего наблюдаются колебания напряжения. Опять же, для переменного сигнала напряжение будет изменяться в положительную и отрицательную сторону.

    Как для тока, так и для напряжения видно, что форма волны меняется, становясь в этом примере сначала положительной, а затем отрицательной.

    Напряжение для синусоидального сигнала переменного тока

    Синусоидальный сигнал легко представить и понять, но большое количество других сигналов также может представлять собой переменный сигнал с переменным током.

    Есть несколько важных моментов в отношении чередующихся сигналов. Первый — это период времени для сигнала. Это время от точки в одном цикле формы волны до идентичной пинты в следующем цикле.Часто пик легче всего увидеть, как показано, но можно взять любую точку — например, когда определенное напряжение достигается в заданном направлении — это может быть точка срабатывания напряжения и т. Д. Переход через ноль — еще одна легкая точка для идентификации.

    Еще одна особенность переменного сигнала — его частота. Это количество раз, когда заданная точка формы сигнала видна в течение секунды, и измеряется в герцах, Гц, где 1 Гц — это один цикл в секунду. Показанный пример имеет частоту 3 Гц, так как за одну секунду видны три цикла.

    В качестве других примеров частота электросети составляет 50 или 60 Гц в зависимости от страны. В Европе и многих других странах используется 50 Гц, тогда как в Северной Америке, странах Карибского бассейна и некоторых странах Южной Америки используется 60 Гц.

    Приложения переменного тока

    Переменный ток обычно используется для распределения энергии. Его преимущество состоит в том, что его можно легко преобразовать в другие напряжения с помощью простого трансформатора — трансформаторы не работают с постоянным током.

    Если мощность распределяется при высоком напряжении, потери намного ниже. Возьмем, к примеру, источник питания 250 В с током 4 А и сопротивлением провода 1 Ом. В качестве мощности, Вт = вольт x ампер, передаваемая мощность составляет 1000 Вт. Потери мощности составляют I ² x R = 16 Вт.

    При передаче электроэнергии высокого напряжения используется переменный ток

    Если линия напряжения передает 4 А, но имеет напряжение 250 000 вольт, то есть 250 кВ, и линия передает 4 А, тогда потери мощности остаются такими же, но в целом Система передачи несет 1 МВт, а 16 Вт — это почти незначительные потери.

    Именно по этой причине для передачи энергии используются высокие напряжения, которые затем снижаются до относительно безопасного уровня для использования в жилых и коммерческих помещениях.

    Ввиду того, что в системе питания используется переменный ток, он также используется в двигателях, для отопления и во многих других изделиях без необходимости его преобразования в постоянный ток.

    переменного тока и постоянного тока

    Во многих областях может быть принято решение о переменном или постоянном токе и о том, какая форма питания лучше всего подходит для данного приложения.

    Переменный ток, переменный и постоянный ток, постоянный ток имеют свои преимущества и недостатки, но это означает, что есть возможность выбрать лучший вариант для любого конкретного использования или применения. Переменный ток, переменный ток, как правило, используется для распределения электроэнергии, поэтому сетевые розетки в наших домах и на работе обеспечивают переменный ток для питания всего необходимого, но постоянный ток более широко используется для самих плат электроники и для многих другие приложения.

    Источники как переменного, так и постоянного тока широко используются в электротехнической и электронной промышленности, каждый в своей области.

    И переменный, и постоянный ток могут обеспечивать передачу электроэнергии, но с немного разными преимуществами.

    Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
    Voltage Текущий Власть Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность РЧ шум
    Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

    20,5 переменного и постоянного тока — College Physics

    Переменный ток

    Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени.Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей. На рисунке 20.16 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.

    Рисунок 20.16 (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока. (b) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока частотой 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

    Рисунок 20.17 Разность потенциалов VV между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для VV задается следующим образом: V = V0sin 2 πftV = V0sin 2 πft размер 12 {V = V rSub {размер 8 {0}} «sin» «2» π ital «ft»} {}.

    На рисунке 20.17 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано, с напряжением переменного тока, равным

    . V = V0sin 2πft, V = V0sin 2πft, размер 12 {V = V rSub {size 8 {0}} «sin» «2» π ital «ft»} {}

    20,38

    где VV размер 12 {V} { } — напряжение в момент времени tt размер 12 {t} {} , V0V0 размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} — пиковое напряжение, а размер ff 12 {f} {} — частота в герцах. Для этой простой цепи сопротивления I = V / RI = V / R размер 12 {I = курсив «V / R»} {}, и поэтому переменный ток равен

    I = I0 sin 2πft, I = I0 sin 2πft, размер 12 {I = I rSub {size 8 {0}} «sin 2» π ital «ft»} {}

    20.39

    , где II размер 12 {I} {} — это ток в момент времени tt, размер 12 {t} {}, а I0 = V0 / RI0 = V0 / R, размер 12 {I rSub {size 8 {0}} = V rSub {size 8 {0}} ital «/ R»} {} — пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на рисунке 20.16 (b).

    Ток в резисторе меняется взад и вперед, как управляющее напряжение, так как I = V / RI = V / R размер 12 {I = курсив «V / R»} {}. Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль.Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между вашим лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется. Поставляемая мощность P = IVP = IV размер 12 {P = курс «IV»} {}. Используя приведенные выше выражения для II размера 12 {I} {} и размера VV 12 {V} {}, мы видим, что зависимость мощности от времени составляет P = I0V0sin2 2πftP = I0V0sin2 2πft размер 12 {P = I rSub {size 8 { 0}} V rSub {size 8 {0}} «sin» rSup {size 8 {2}} «2» π ital «ft»} {}, как показано на рисунке 20.18.

    Установление подключений: домашний эксперимент — лампы переменного / постоянного тока

    Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами своей машины? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .

    Рисунок 20.18 Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется между нулем и I0V0I0V0 размером 12 {I rSub {размер 8 {0}} В rSub {размер 8 {0}}} {}.Средняя мощность (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}}} {} _.

    Чаще всего нас беспокоит средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на Рис. 20.18, средняя мощность PavePave размером 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {} составляет

    Pave = 12I0V0.Pave = 12I0V0. размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}}} {}

    20.40

    Это видно из графика, поскольку области выше и ниже (1/2) I0V0 (1/2) I0V0 размер 12 {\ (1/2 \) I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}}} {} линии равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств. Аналогичным образом мы определяем средний или среднеквадратичный ток IrmsIrms размером 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} и среднее или среднеквадратичное напряжение VrmsVrms, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} быть, соответственно,

    Irms = I02Irms = I02 размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}}} {}

    20.41

    и

    Vrms = V02.Vrms = V02. размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {}

    20,42

    , где среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее значение (или среднее значение) и извлекается квадратный корень. Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь

    Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} V rSub {size 8 {«rms»}}} { }

    20.43

    , что дает

    Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, Pave = I02⋅V02 = 12I0V0, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{I rSub {size 8 {0}}} больше {sqrt {2}}) } cdot {{V rSub {размер 8 {0}}} больше {sqrt {2}}} = {{1} больше {2}} I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} } {}

    20,44

    как указано выше. Стандартной практикой является указание IrmsIrms размера 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {}, VrmsVrms размера 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} и размера PavePave 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {}, а не пиковые значения.Например, большая часть бытовой электроэнергии составляет 120 В переменного тока, что означает, что VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} равен 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет устойчивое IrmsIrms. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}}} {} больше 10 A. Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет Pave = 1,0 кВт, Pave = 1,0 кВт, размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave» }} = 1 «.» 0` «кВт»} {} и так далее. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи.

    Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока записан закон Ома

    Irms = VrmsR.Irms = VrmsR. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {«rms»}}} больше {R}}} {}

    20,45

    Различные выражения для мощности переменного тока PavePave размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}}} {}:

    Pave = IrmsVrms, Pave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»} } V rSub {размер 8 {«среднеквадратичное значение»}}} {}

    20.46

    Pave = Vrms2R, Pave = Vrms2R, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = {{V rSub {size 8 {«rms»}} rSup {size 8 {2}}} больше {R }}} {}

    20,47

    и

    Проложить = Irms2R. Проложить = Irms2R. размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} rSup {size 8 {2}} R} {}

    20,48

    Пример 20.9

    Пиковое напряжение и мощность для AC

    (a) Каково значение пикового напряжения для сети переменного тока 120 В? (b) Какова пиковая потребляемая мощность 60-го.Лампа переменного тока 0 Вт?

    Стратегия

    Нам говорят, что размер 12 VrmsVrms {V rSub {размер 8 {«rms»}}} {} составляет 120 В, а размер PavePave 12 {P rSub {size 8 {«ave»}}} {} — 60,0 Вт. можно использовать Vrms = V02Vrms = V02, размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} над {sqrt {2}}}} {}, чтобы найти пиковое напряжение , и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.

    Решение для (а)

    Решение уравнения Vrms = V02Vrms = V02 size 12 {V rSub {size 8 {«rms»}} = {{V rSub {size 8 {0}}} over {sqrt {2}}}} {} для пика напряжение V0V0 размер 12 {V rSub {size 8 {0}}} {} и замена известного значения на VrmsVrms размер 12 {V rSub {size 8 {«rms»}}} {} дает

    V0 = 2Vrms = 1.414 (120 В) = 170 В. V0 = 2 В среднеквадратичного значения = 1,414 (120 В) = 170 В. Размер 12 {V rSub {размер 8 {0}} = sqrt {2} V rSub {размер 8 {«среднеквадратичное значение»}} = «1» «.» «414» \ («120» «V» \) = «170 V»} {}

    20,49

    Обсуждение для (a)

    Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –170 В – 170 В и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.

    Решение для (b)

    Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом,

    P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave.P0 = I0V0 = 212I0V0 = 2Pave. размер 12 {P rSub {размер 8 {0}} = I rSub {размер 8 {0}} V rSub {размер 8 {0}} = «2» осталось ({{1} больше {2}} I rSub {size 8 {0}} V rSub {size 8 {0}} right) = «2» P rSub {size 8 {«ave»}}} {}

    20,50

    Мы знаем, что средняя мощность составляет 60,0 Вт, поэтому

    P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. P0 = 2 (60,0 Вт) = 120 Вт. Размер 12 {P rSub {size 8 {0}} = «2» \ («60» «.» «0 Вт» \) = «120 Вт»} {}

    20,51

    Обсуждение

    Таким образом, мощность меняется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.

    Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?

    Большинство крупных систем распределения электроэнергии — это переменный ток. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоком напряжении, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве частей мира), которые мы используем дома и на работе. Благодаря эффекту масштаба строительство нескольких очень крупных электростанций обходится дешевле, чем строительство множества небольших. Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно минимизировать потери энергии в пути.Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. Рисунок 20.19.) По соображениям безопасности напряжение у пользователя снижено до знакомых значений. Решающим фактором является то, что намного легче увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

    Рисунок 20.19 Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении, чтобы уменьшить потери мощности в линиях передачи. Напряжение, генерируемое на электростанции, повышается пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру).В месте использования трансформаторы снижают передаваемое напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях. (Фото: GeorgHH, Wikimedia Commons)

    Пример 20.10

    При передаче высокого напряжения потери мощности меньше

    (a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при 200 кВ? (b) Какова мощность, рассеиваемая линиями передачи, если они имеют сопротивление 1,00 Ом1,00 Ом размером 12 {1 «.» «00»% OMEGA} {}? (c) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?

    Стратегия

    Нам дано Pave = 100 MWPave = 100 MW, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = «100» `» MW «} {}, Vrms = 200 kVVrms = 200 kV, размер 12 {V rSub { размер 8 {«rms»}} = «200» `» kV «} {}, а сопротивление линий R = 1.00ΩR = 1,00Ω размер 12 {R = 1 «.» «00» `% OMEGA} {}. Используя эти данные, мы можем найти текущий ток (из P = IVP = IV размер 12 {P = ital «IV»} {}), а затем мощность, рассеиваемую в линиях (P = I2RP = I2R размер 12 {P = I rSup {size 8 {2}} R} {}), и мы берем отношение к общей передаваемой мощности.

    Раствор

    Чтобы найти ток, мы изменим соотношение Pave = IrmsVrmsPave = IrmsVrms, размер 12 {P rSub {size 8 {«ave»}} = I rSub {size 8 {«rms»}} V rSub {size 8 {«rms» }}} {} и подставьте известные значения.Это дает

    Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 V = 500 A. Irms = PaveVrms = 100 × 106 W200 × 103 V = 500 A. размер 12 {I rSub {size 8 {«rms»}} = {{P rSub { размер 8 {«ave»}}} больше {V rSub {size 8 {«rms»}}}} = {{«100» умножить на «10» rSup {размер 8 {6}} «W»} больше {«200 «times» 10 «rSup {size 8 {3}}» V «}} =» 500 A «} {}

    20,52

    Решение

    Зная ток и учитывая сопротивление линий, рассеиваемая в них мощность определяется по формуле Pave = Irms2RPave = Irms2R размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}} = I rSub {размер 8 {«rms»} } rSup {размер 8 {2}} R} {}.Подстановка известных значений дает

    Pave = Irms2R = (500 A) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт. Pave = Irms2R = (500 A) 2 (1,00 Ом) = 250 кВт. размер 12 {P rSub {размер 8 {«ave»}} = I rSub {размер 8 {«среднеквадратичное значение»}} rSup {размер 8 {2}} R = \ («500 A» \) rSup {размер 8 {2 }} \ (1 «.» «00»% OMEGA \) = «250 кВт»} {}

    20,53

    Решение

    Процент потерь — это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100:

    . % потерь = 250 кВт 100 МВт × 100 = 0,250%.% потерь = 250 кВт 100 МВт × 100 = 0.250%. размер 12 {% «loss =» {{«250» «кВт»} больше {«100» «МВт»}} ´ «100» = 0 «.» «250%»} {}

    20,54

    Обсуждение

    Четверть процента — приемлемая потеря. Обратите внимание, что если бы мощность 100 МВт была передана при 25 кВ, то потребовался бы ток 4000 А. Это приведет к потере мощности в линиях на 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением.Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого потребуются более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было бы экономично производить, в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в следующей главе, в сверхпроводниках тоже есть предел. Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи энергии, а напряжение переменного тока намного легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.

    Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое.Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Таким образом, опасность определяется не только напряжением. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока. Томас Эдисон считал, что электрические разряды более опасны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные бои, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Тесла, которые выступали за использование переменного тока в ранних системах распределения энергии.Преобладал переменный ток в значительной степени благодаря трансформаторам и более низким потерям мощности при передаче высокого напряжения.

    PhET Explorations

    Генератор

    Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этих явлений, исследуя магниты и узнавая, как с их помощью загорается лампочка.

    Какие виды использования постоянного тока?

    Переменный и постоянный ток — два основных метода передачи электроэнергии. Постоянный ток чаще всего используется в объектах с батарейным питанием, а также в домашней электронике, в то время как переменный ток является основой для наиболее эффективной передачи энергии на большие расстояния.В приборах часто есть устройства, известные как инверторы, для преобразования переменного тока, который может использоваться только простейшими устройствами, на постоянный ток, который можно использовать в электронике благодаря своей стабильности потока. Технологии переменного и постоянного тока когда-то были конкурирующими технологиями. Технология постоянного тока является самой древней технологией и восходит к Багдадской батарее, найденной в Худжут-Рабу в 250 г. до н.э., хотя ученые могут только предполагать, для чего она использовалась.

    Чем отличаются переменный и постоянный ток

    Обычному человеку переменный и постоянный ток могут показаться очень похожими, поскольку оба являются электричеством; однако разница заключается в форме волны передаваемого электричества.Форма волны постоянного тока, если рассматривать ее в виде диаграммы, проиллюстрирована гладкой и менее изменчивой линией, похожей на рябь в пруду, которая остается почти полностью стабильной. Форма волны переменного тока чередуется между периодами высокого и низкого напряжения, создавая общий вид прямоугольной формы волны, быстро меняющейся под прямым углом на диаграмме. Еще одно важное отличие состоит в том, что постоянный ток движется только в одном направлении, а переменный — в двух. Частота этого изменения известна как цикл Герца.Разница между двумя уровнями напряжения служит для уменьшения коллизий, вызывающих потерю энергии во время передачи, что делает переменный ток лучшим форматом передачи на большие расстояния по сравнению с постоянным током, который страдает высокой степенью потерь энергии во время передачи.

    Постоянный ток в электронике

    Постоянный ток используется в любом устройстве, имеющем печатную плату, потому что микросхемы в этих устройствах требуют постоянного однонаправленного потока электронов для работы и хранения данных. Каждый домашний ПК имеет встроенный в систему инвертор постоянного тока, который затем обеспечивает питание постоянного тока остальным устройствам внутри корпуса.Ноутбуки — совсем другое дело, так как они содержат батарею, которая уже дает питание в формате постоянного тока. Любой, кто брал с собой ноутбук в дорогу, знаком с громоздкой коробкой, расположенной где-то на шнуре питания, которая также является преобразователем постоянного тока. Постоянный ток также необходим для работы большинства электродвигателей; эти двигатели запускают все, от привода оптических дисков и вращения жесткого диска в компьютере до движений манипулятора на заводе-изготовителе.

    Постоянный ток в производстве электроэнергии

    Самые простые электрические генераторы вырабатывают энергию в формате постоянного тока, который затем преобразуется через трансформатор в формат переменного тока для передачи.Причина этого в том, что генераторы постоянного тока гораздо проще сконструировать, и они максимально используют энергию вращения, которую они используют. Другая причина того, что генераторы постоянного тока более популярны, заключается в том, что генераторы переменного тока требуют обширного инженерного оборудования и оборудования для фазовой синхронизации, размещенного последовательно друг с другом, тогда как постоянный ток легко поддается параллельной схеме.

    Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока

    Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас.В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть». Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.

    Начиная с конца 1880-х, Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.

    Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, как в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.S.

    Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.

    Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду — 60 в США — и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.

    Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока.Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.

    Чикагская всемирная выставка, также известная как Всемирная колумбийская выставка, проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.

    General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.

    В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии из Ниагарского водопада. Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести не только в действие Буффало, но и на всю восточную часть Соединенных Штатов.

    16 ноября 1896 года Баффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.

    Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.

    Сегодня наша электроэнергия по-прежнему питается преимущественно переменным током, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе. Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.

    Значит, Война Токов, возможно, еще не окончена. Но вместо того, чтобы продолжать ожесточенную битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.

    И ничего из этого было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.

    Примечание. Этот пост был первоначально опубликован в рамках серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.

    Постоянный ток | Инжиниринг | Фэндом

    Постоянный ток ( DC или « непрерывный ток ») — это постоянный поток электрического заряда от более высокого к более низкому потенциалу.

    Пояснение []

    Этот постоянный поток электрического заряда от высокого к низкому электрическому потенциалу обычно происходит в проводнике, таком как провод, но также может проходить через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках. В постоянном токе электрические заряды текут в одном и том же направлении, что отличает его от переменного тока (AC). Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока , был Гальванический ток .

    Виды постоянного тока

    Развития []

    Первая коммерческая передача электроэнергии (разработанная Томасом Эдисоном в конце девятнадцатого века) использовала постоянный ток.Поскольку было обнаружено, что переменный ток более удобен для распределения и передачи электроэнергии, чем постоянный, сегодня почти во всех передачах электроэнергии используется переменный ток. См. War of Currents . Однако для передачи очень высокого напряжения на большие расстояния и между двумя точками переход на постоянный ток является текущей тенденцией.

    Различные определения []

    В области электротехники термин DC является синонимом константы. Например, напряжение на источнике постоянного напряжения постоянно, как и ток через источник постоянного тока.Решение для электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любая форма волны напряжения или тока может быть разложена на сумму составляющей постоянного тока и изменяющейся во времени составляющей. Составляющая постоянного тока определяется как среднее значение напряжения или тока за все время. Среднее значение изменяющейся во времени составляющей равно нулю.

    Хотя «постоянный ток» означает «постоянный ток , », «постоянный ток» иногда означает «постоянная полярность». Согласно этому определению, напряжения постоянного тока могут изменяться во времени, например, необработанный выходной сигнал выпрямителя.

    Некоторые формы постоянного тока (например, вырабатываемые регулятором напряжения) почти не имеют изменений напряжения, но могут иметь изменения в выходной мощности и токе.

    Приложения []

    Установки постоянного тока обычно имеют разные типы розеток, выключателей и приспособлений, в основном из-за используемых низких напряжений, от тех, которые подходят для переменного тока. Обычно важно, чтобы при использовании устройства постоянного тока полярность не менялась, если устройство не имеет диодного моста для исправления этого.(Большинство устройств с батарейным питанием этого не делают.)

    Высоковольтный постоянный ток используется для передачи электроэнергии между двумя точками на большие расстояния и для подводных кабелей с напряжением от нескольких киловольт до примерно одного мегавольта.

    DC обычно используется во многих низковольтных приложениях, особенно там, где они питаются от батарей, которые могут производить только постоянный ток, или солнечных систем, поскольку солнечные элементы могут производить только постоянный ток. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор представляет собой устройство переменного тока, которое использует выпрямитель для производства постоянного тока.Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока.

    Большинство телефонов подключаются к витой паре проводов и внутренне отделяют переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от составляющей постоянного напряжения между двумя проводами (используемой для питания телефона).