Постоянное напряжение это: Постоянный и переменный ток | Полезные статьи

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

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

Переменное напряжение и его отличия от постоянного

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

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

Преобразование тока из постоянного в переменный

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

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

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

Источник переменного напряжения, источник постоянного напряжения


Напряжение, этим термином обозначают разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи. Некоторые неправильно полагают, что напряжение — это что-то такое, что движется в цепи. Но это не так. Напряжение — это та сила, под действием которой в электрической цепи движутся электрические заряды, т.е. протекает электрический ток. Напряжение можно сравнить с ударом клюшки по шайбе. Полёт шайбы сравним с протеканием тока, но удар клюшки — это потенциальная сила, вызвавшая движение шайбы. Ток и напряжение взаимосвязаны, так как важна не только разность потенциалов сама по себе, а важен и электрический ток, обусловленный этой разностью потенциалов. Поэтому при описании работы электрических цепей ток и напряжение, как правило, фигурируют вместе.

Можно выделить две группы источников электрической энергии: источники напряжения и источники тока. Напряжение между выходными полюсами источника напряжения не зависит или слабо зависит от тока, отдаваемого источником во внешнюю цепь (нагрузку). В источниках тока, напротив, выходной ток почти не зависит от напряжения на его полюсах, которое определяется нагрузкой.

Основной единицей измерения разности потенциалов является вольт (В). На практике часто применяются производные от основной единицы измерения напряжения. Единица измерения милливольт (мВ) используется для обозначения разности потенциалов, эквивалентной 1/1000 В. Микровольт (мкВ) составляет 1/1000 мВ или 1/1000 000 В. Один киловольт (КВ) равен 1000 В, а один мегавольт (МВ) — 1 000 000 В.

Различают переменное напряжение и постоянное напряжение.

Источник постоянного напряжения

Аккумуляторная батарея — это типичный источник постоянного напряжения. Для питания электронных схем применяются преимущественно источники постоянного напряжения. Напряжение измеряется между положительным и отрицательным выводами (полюсами) источника. Для того, чтобы образовать замкнутую электрическую цепь, в которой протекает постоянный ток, полюсы источника питания должны быть соединены с выводами схемы (нагрузки), потребляющей энергию от источника, или с выводами измерительного прибора. Считается, что в нагрузке, подключённой к источнику питания, ток течёт в направлении от положительного потенциала к отрицательному.

Источник переменного напряжения

Промышленная электросеть — типичный источник переменного напряжения. Если в цепях постоянного напряжения полярность полюсов фиксирована и один из полюсов всегда положителен, а другой отрицателен, то в источниках переменного напряжения полярность постоянно меняется. В первой половине периода один из полюсов имеет отрицательную полярность, а другой — положительную. Во второй половине полярности полюсов меняются. Быстрота смены полярности в цепях переменного тока измеряется в герцах (Гц). В нашей сети напряжение является переменным и в течение одной секунды происходит 50 циклов (периодов) смены полярности напряжения. Частота сети переменного тока (в РФ) равна 50 Гц. Для примера, в США она равна 60 Гц.

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

Лишь немногие способны реально осознать, что переменный и постоянный ток чем-то отличаются. Не говоря уже о том, чтобы назвать конкретные различия. Цель данной статьи — объяснить основные характеристики этих физических величин в терминах, понятных людям без багажа технических знаний, а также предоставить некоторые базовые понятия, касающиеся данного вопроса.

Сложности визуализации

Большинству людей не составляет труда разобраться с такими понятиями, как «давление», «количество» и «поток», поскольку в своей повседневной жизни они постоянно сталкиваются с ними. Например, легко понять, что увеличение потока при поливе цветов увеличит количество воды, выходящей из поливочного шланга, в то время как увеличение давления воды заставит ее двигаться быстрее и с большей силой.

Электрические термины, такие как «напряжение» и «ток», обычно трудно понять, поскольку нельзя увидеть или почувствовать электричество, движущееся по кабелям и электрическим контурам. Даже начинающему электрику чрезвычайно сложно визуализировать происходящее на молекулярном уровне или даже четко понять, что собой представляет, например, электрон. Эта частица находятся вне пределов сенсорных возможностей человека, ее невозможно увидеть и к ней нельзя прикоснуться, за исключением случаев, когда определенное количество их не пройдет через тело человека. Только тогда пострадавший определенно ощутит их и испытывает то, что обычно называют электрическим шоком.

Тем не менее, открытые кабели и провода большинству людей кажутся совершенно безвредными только потому, что они не могут увидеть электронов, только и ждущих того, чтобы пойти по пути наименьшего сопротивления, которым обычно является земля.

Аналогия

Понятно, почему большинство людей не могут визуализировать то, что происходит внутри обычных проводников и кабелей. Попытка объяснить, что что-то движется через металл, идет вразрез со здравым смыслом. На самом базовом уровне электричество не так сильно отличается от воды, поэтому его основные понятия довольно легко освоить, если сравнить электрическую цепь с водопроводной системой. Основное различие между водой и электричеством заключается в том, что первая заполняет что-либо, если ей удастся вырваться из трубы, в то время как второе для передвижения электронов нуждается в проводнике. Визуализируя систему труб, большинству легче понять специальную терминологию.

Напряжение как давление

Напряжение очень похоже на давление электронов и указывает, как быстро и с какой силой они движутся через проводник. Эти физические величины эквивалентны во многих отношениях, включая их отношение к прочности трубопровода-кабеля. Подобно тому, как слишком большое давление разрывает трубу, слишком высокое напряжение разрушает экранирование проводника или пробивает его.

Ток как поток

Ток представляет собой расход электронов, указывающий на то, какое их количество движется по кабелю. Чем он выше, тем больше электронов проходит через проводник. Подобно тому, как большое количество воды требует более толстых труб, большие токи требуют более толстых кабелей.

Использование модели водяного контура позволяет объяснить и множество других терминов. Например, силовые генераторы можно представить как водяные насосы, а электрическую нагрузку — как водяную мельницу, для вращения которой требуется поток и давление воды. Даже электронные диоды можно рассматривать как водяные клапаны, которые позволяют воде течь только в одну сторону.

Постоянный ток

Какая разница между постоянным и переменным током, становится ясно уже из названия. Первый представляет собой движение электронов в одном направлении. Очень просто визуализировать его с использованием модели водяного контура. Достаточно представить, что вода течет по трубе в одном направлении. Обычными устройствами, создающими постоянный ток, являются солнечные элементы, батареи и динамо-машины. Практически любое устройство можно спроектировать так, чтобы оно питалось от такого источника. Это почти исключительная прерогатива низковольтной и портативной электроники.

Постоянный ток довольно прост, и подчиняется закону Ома: U = I × R. измеряется в ваттах и ​​равна: P = U × I.

Из-за простых уравнений и поведения постоянный ток относительно легко осмыслить. Первые системы передачи электроэнергии, разработанные Томасом Эдисоном еще в XIX веке, использовали только его. Однако вскоре разница в переменном токе и постоянном стала очевидной. Передача последнего на значительные расстояния сопровождалась большими потерями, поэтому через несколько десятилетий он был заменен более выгодной (тогда) системой, разработанной Николой Теслой.

Несмотря на то что коммерческие силовые сети всей планеты в настоящее время используют переменный ток, ирония заключается в том, что развитие технологии сделало передачу постоянного тока высокого напряжения на очень больших расстояниях и при экстремальных нагрузках более эффективной. Что, например, используется при соединении отдельных систем, таких как целые страны или даже континенты. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном. Однако первый по-прежнему используется в низковольтных коммерческих сетях.

Постоянный и переменный ток: разница в производстве и использовании

Если переменный ток намного проще производить с помощью генератора, используя кинетическую энергию, то батареи могут создавать только постоянный. Поэтому последний доминирует в схемах питания низковольтных устройств и электроники. Аккумуляторы могут заряжаться только от постоянного тока, поэтому переменный ток сети выпрямляется, когда аккумулятор является основной частью системы.

Широко распространенным примером может служить любое транспортное средство — мотоцикл, автомобиль и грузовик. Генератор, устанавливаемый на них, создает переменный ток, который мгновенно преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, поскольку в системе электроснабжения присутствует аккумулятор, и большинству электроники для работы требуется постоянное напряжение. Солнечные элементы и топливные ячейки также производят только постоянный ток, который затем при необходимости можно преобразовать в переменный с помощью устройства, называемого инвертором.

Направление движения

Это еще один пример разницы постоянного тока и переменного тока. Как следует из названия, последний представляет собой поток электронов, который постоянно меняет свое направление. С конца XIX века почти во всех бытовых и промышленных электрических всего мира используется синусоидальный переменный ток, поскольку его легче получить и гораздо дешевле распределять, за исключением очень немногих случаев передачи на большие расстояния, когда потери мощности вынуждают использовать новейшие высоковольтные системы постоянного тока.

У переменного тока есть еще одно большое преимущество: он позволяет возвращать энергию из точки потребления обратно в сеть. Это очень выгодно в зданиях и сооружениях, которые производят больше энергии, чем потребляют, что вполне возможно при использовании альтернативных источников, таких как солнечные батареи и Тот факт, что переменный ток позволяет обеспечить двунаправленный поток энергии, является основной причиной популярности и доступности альтернативных источников питания.

Частота

Когда дело доходит до технического уровня, к сожалению, объяснить, как работает переменный ток, становится сложно, поскольку модель водяного контура к нему не совсем подходит. Однако можно визуализировать систему, в которой вода быстро меняет направление потока, хотя не понятно, как она при этом будет делать что-то полезное. Переменный ток и напряжение постоянно меняют свое направление. Скорость изменения зависит от частоты (измеряемой в герцах) и для бытовых электрических сетей обычно составляет 50 Гц. Это означает, что напряжение и ток меняют свое направление 50 раз в секунду. Вычислить активную составляющую в синусоидальных системах довольно просто. Достаточно разделить их пиковое значение на √2.

Когда переменный ток меняет направление 50 раз в секунду, это означает, что лампы накаливания включаются и выключаются 50 раз в секунду. Человеческий глаз не может это заметить, и мозг просто верит, что освещение работает постоянно. В этом заключается еще одна разница в переменном токе и постоянном.

Векторная математика

Ток и напряжение не только постоянно меняются — их фазы не совпадают (они несинхронизированные). Подавляющее большинство силовых нагрузок переменного тока вызывает разность фаз. Это означает, что даже для самых простых вычислений нужно применять векторную математику. При работе с векторами невозможно просто складывать, вычитать или выполнять любые другие операции скалярной математики. При постоянном токе, если по одному кабелю в некоторую точку поступает 5A, а по другому — 2A, то результат равен 7A. В случае переменного это не так, потому что итог будет зависеть от направления векторов.

Коэффициент мощности

Активная мощность нагрузки с питанием от сети переменного тока может быть рассчитана с помощью простой формулы P = U × I × cos (φ), где φ — угол между напряжением и током, cos (φ) также называется коэффициентом мощности. Это то, чем отличаются постоянный и переменный ток: у первого cos (φ) всегда равен 1. Активная мощность необходима (и оплачивается) бытовыми и промышленными потребителями, но она не равна комплексной, проходящей через проводники (кабели) к нагрузке, которая может быть рассчитана по формуле S = U × I и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Разница между постоянным и переменным током в расчетах очевидна — они становятся более сложными. Даже для выполнения самых простых вычислений требуется, по крайней мере, посредственное знание векторной математики.

Сварочные аппараты

Разница между постоянным и переменным током проявляется и при сварке. Полярность дуги оказывает большое влияние на ее качество. Электрод-позитивная сварка проникает глубже, чем электрод-негативная, но последняя ускоряет наплавление металла. При постоянном токе полярность всегда постоянная. При переменном она меняется 100 раз в секунду (при 50 Гц). Сварка при постоянном предпочтительнее, так как она производится более ровно. Разница в сварке переменным и постоянным током заключается в том, что в первом случае движение электронов на долю секунды прерывается, что приводит к пульсации, неустойчивости и пропаданию дуги. Этот вид сварки используется редко, например, для устранения блуждания дуги в случае электродов большого диаметра.

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

Передача электроэнергии на расстояние

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

Различие между токами

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

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

Схема подключений в квартире от однофазной сети переменного тока

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

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

Преобразователь постоянного тока

Параметры розеток

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

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

Требования к соединениям

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

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

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

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

Разновидности розеток

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

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

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

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

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

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

Розетки расширенной функциональности

Сейчас выпускают новые типы розеток с новыми функциями:

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

Проверка подключения

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

Тестер напряжения в розетке

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

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

Изначально люди не знали, что такое ток. Был известен статический заряд, но никто не понимал и не осознавал природы электричества. Понадобились долгие века, пока Кулон разработал собственную теорию, а немецкий священник фон Клейн обнаружил, что банка способна запасать энергию. К тому времени, как Ван де Грааф создал первый генератор, любой уже знал, в чем отличие постоянного тока от переменного.

История переменного и постоянного электрического тока

Издавна, к примеру, люди видели, что кристалл турмалина притягивает пепел. Кстати, свойства пьезоэлектричества впервые описаны именно на примере турмалина.

В начала 19-го века было показано, что нагретый кристалл приобретает электрический заряд. За счёт деформации образовались два полюса:

  • Южный (аналогический).
  • Северный (антилогический).

Причём если температура после нагрева остаётся постоянной, электричество исчезает. Потом появление полюсов отмечается уже при охлаждении. Выходит, кристалл турмалина при изменении температуры вырабатывает электричество. Дальнейшие исследования показали, что размер потенциала зависит от:

  1. Поперечного сечения кристалла (среза поперёк полюсов).
  2. Разницы температур.

Прочие факторы влияния на величину заряда не оказывают. Указанное явление получило название пироэлектричества. Диэлектрик турмалин потихоньку заряжался от тока, текущего внутри. А заряд оставался на месте (определённые участки поверхности) из-за изолирующих свойств. Пока не замкнуть полюса турмалина проводником, кристалл продолжит копить заряд по мере изменения температуры. Линию, объединяющую полюса, назвали пироэлектрической осью.

Пьезоэлектричество открыто известной парой Кюри на основе турмалина в 1880 году. Осознавалось, что при изменении размеров кристалла начнут вырабатываться заряды, осталось лишь придумать методику для проведения опыта. Кюри использовал для этого статическое давление обычной массы. Эксперимент проводится на изолирующей поверхности. К примеру, масса в 1 кг вызывает появление в кристалле турмалина электрического заряда в пределах пяти сотых статических единиц.

Как появляется электрический ток

Любопытно, что стройная теория по описанному явлению ещё не создана. Важно указание, что в природе присутствуют заряды, получаемые различными методами. Во время грозы это происходит за счёт сил трения воздушных масс, молекул влаги и прочих явлений. Земля заряжена отрицательно, вверх постоянно течёт ток через атмосферу. Током называется движение носителей заряда в силу неких причин. К примеру, разницы потенциалов – перепад в уровне носителей между двумя точками пространства.

Сравним с напором воды. Когда преграда устраняется, поток хлынет в направлении меньшего давления. Теперь возьмём аналогию с кристаллом турмалина. Допустим, появились на его концах заряды. Дальше потребуется вызвать движение, к примеру, медной жилкой провода. Объединим полюса, и потечёт электрический ток. Движение носителей продолжится, пока потенциал не уравняется. При этом кристалл разряжается.

О переменности или постоянстве тока нельзя сказать в ходе указанного ходе процесса. Переменный и постоянный ток являются физическими идеалами, а используются в силу относительной простоты получения математических моделей и управления при помощи них технологическим оборудованием.


Электрический ток в действительности

На практике форма тока (зависимость плотности зарядов от времени) не синусоидальная. По разным причинам вид графика искажается. Это, к примеру, происходит при запуске оборудования и остановке, из-за наведённых помех различной природы. Форма переменного и постоянного тока искажается. Причём давно установлено, что это вредит аппаратуре. Для борьбы с подобной напастью требовались методы, и математики придумали спектральный анализ.

Колебание любой формы возможно представить в виде суммы с различным удельным весом простейших синусоид разной частоты. Получается, что по цепи двигается одновременно масса составляющих, в совокупности дающих ток. Причём не обязательно все составляющие двигаются заодно с основной массой. Представим элементы как группу муравьёв, каждый тащит в свою сторону, а результирующий эффект заставляет груз перемещаться лишь в одну. Упомянем, что помимо коэффициента (амплитуды) каждая составляющая обладает фазой (направлением), а именуется гармоникой.

Каскады техники устроены так, чтобы полезные частоты (преимущественно 50 Гц) проходили внутрь прибора, а прочее уходило на землю. Указан признак для решения затруднения, упомянутого в начале. Любое колебание представляется в виде набора полезных и вредных сигналов, исходя из этого, аппаратуру полагается конструировать надлежащим образом. К примеру, на описанном принципе работают все приёмники: избирательно пропускают ток нужной частоты. Так удаётся отрезать помехи, а волна передаётся с минимальными искажениями на большие расстояния.

Примеры использования переменного и постоянного тока

Приблизительно постоянным считается ток разряда автомобильного аккумулятора. Напряжение здесь постепенно падает, а потому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавно. Ток течёт в одном направлении и проявляет приблизительно постоянную плотность. Аналогично работают:

  1. Аккумулятор сотового телефона.
  2. Батарейка любого типа.
  3. Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников постоянного тока (генераторов), за исключением матушки-Земли, нет. Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с конкретной частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Потом промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Источником постоянного тока допустимо считать адаптеры. Это устройства, выполняющие преобразование переменного тока в постоянный. Допустим, у сотовых телефонов это +5 В, а для мобильных раций характерен большой разброс. Устройство постоянного тока может функционировать исключительно от номинала, для которого сконструировано. В противном случае либо работоспособность нарушается, либо – при больших отклонениях – возможен полный выход из строя.

Это касается и переменного, и постоянного тока. Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется. Из соображений экономии двигатели работают от трёх фаз. Каждая считается переменным током частоты 50 Гц. Говорили выше, что у любой гармоники присутствует фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что три фазы равно отстоят друг от друга. При подобном раскладе генераторам ГЭС легче производить энергию, поступающую в дома в неизменном виде. Но в квартиру заходит единственная фаза переменного тока.

Поэтому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Важными признаются параметры переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К параметрам переменного тока относят:

  1. Действующее значение напряжения — вызывающее в обычном проводнике постоянное идентичного номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из двух раз либо близко к указанному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
  2. К частоте переменного тока предъявляются повышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми долями процента. Потому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
  3. Нелинейные искажения считаются отдельной темой. Требований множество, определиться непросто. Особенно строго нормируются гармоники основной частоты, к примеру: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к параметрам постоянного тока. Допустим, известные автомобильные аккумуляторы в действительности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккумуляторе зарегистрировано напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем внимательно читать инструкции. Дополним: в отдельных ноутбуках присутствует заряд бережного расхода энергии аккумулятора. В этом случае уровень поддерживается в рамках двух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит дольше.

Итак, требования направлены на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Параметры постоянного и переменного тока считаются фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.

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

Вконтакте

Различие типов тока

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

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

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

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

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

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

Характеристики тока

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

  • период;
  • амплитуда;
  • частота;
  • круговая частота.

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

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

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

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

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

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

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

Передача тока

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

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

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

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

Преобразование тока

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

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

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

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

Обоснование выбора тока

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

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

Переменный ток – род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Постоянный способен изменяться по амплитуде, направление прежнее. В противном случае получаем переменный ток. Трактовка радиотехников противоположна школьной. Ученикам говорят — постоянный ток одной амплитуды.

Как образуется переменный ток

Начало переменному току положил Майкл Фарадей, читатели подробнее узнают ниже по тексту. Показано: электрическое и магнитное поля связаны. Ток становится следствием взаимодействия. Современные генераторы работают за счет изменения величины магнитного потока через площадь, охватываемую контуром медной проволоки. Проводник может быть любым. Медь выбрана из критериев максимальной пригодности при минимальной стоимости.

Статический заряд преимущественно образуется трением (не единственный путь), переменный ток возникает в результате незаметных глазу процессов. Величина пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, охваченную контуром.

История открытия переменного тока

Впервые переменным токам стали уделять внимание ввиду коммерческой ценности после появления на свет изобретений, созданных Николой Тесла. Материальный конфликт с Эдисоном отметил сильным отпечатком судьбы обоих. Когда американский предприниматель забрал назад обещания перед Николой Тесла, потерял немалую выгоду. Выдающемуся ученому не понравилось вольное обращение, серб выдумал двигатель переменного тока промышленного типа (изобретение сделал намного раньше). Предприятия пользовались исключительно постоянным. Эдисон продвигал указанный вид.

Тесла впервые показал: переменным напряжением можно достичь гораздо больших результатов. В особенности, когда энергию приходится передавать на большие расстояния. Использование трансформаторов без труда позволяет повысить напряжение, резко снижая потери на активном сопротивлении. Приемная сторона параметры вновь возвращает к исходным. Неплохо сэкономите на толщине проводов.

Сегодня показано: передача постоянного тока экономически выгоднее. Тесла изменил ход истории. Придумай ученый преобразователи постоянного тока, мир выглядел бы иначе.

Начало активному использованию переменного тока положил Никола Тесла, создав двухфазный двигатель. Опыты передачи энергии на значительные расстояния расставили факты по своим местам: неудобно переносить производство в район Ниагарского водопада, гораздо проще проложить линию до места назначения.

Школьный вариант трактовки переменного и постоянного тока

Переменный ток демонстрирует ряд свойств, отличающих явление от постоянного. Вначале обратимся к истории открытия явления. Родоначальником переменного тока в обиходе человечества считают Отто фон Герике. Первым заметил: заряды природныедвух знаков. Ток способен протекать в разном направлении. Касательно Тесла, инженер больше интересовался практической частью, авторские лекции упоминают двух экспериментаторов британского происхождения:

  1. Вильям Споттисвуд лишен странички русскоязычной Википедии, национальная часть — замалчивает работы с переменным током. Подобно Георгу Ому, ученый — талантливый математик, остается сожалеть, что с трудом можно узнать, чем именно занимался муж науки.
  2. Джеймс Эдвард Генри Гордон намного ближе практической части вопроса применения электричества. Много экспериментировал с генераторами, разработал прибор собственной конструкции мощностью 350 кВт. Много внимания уделял освещению, снабжению энергией заводов, фабрик.

Считается, первые генераторы переменного тока созданы в 30-е годы XIX века. Майкл Фарадей экспериментально исследовал магнитные поля. Опыты вызывали ревность сэра Хемфри Дэви, критиковавшего ученика за плагиат. Сложно потомкам выяснить правоту, факт остается фактом: переменный ток полвека просуществовал невостребованным. В первой половине XIX-го века выдуман электрический двигатель (авторство Майкла Фарадея). Работал, питаемый постоянным током.

Никола Тесла впервые догадался реализовать теорию Араго о вращающемся магнитном поле. Понадобились две фазы переменного тока (сдвиг 90 градусов). Попутно Тесла отметил: возможны более сложные конфигурации (текст патента). Позднее изобретатель трехфазного двигателя, Доливо-Добровольский, тщетно силился запатентовать детище плодотворного ума.

Продолжительное время переменный ток оставался невостребованным. Эдисон противился внедрению явления в обиход. Промышленник боялся крупных финансовых потерь.

Никола Тесла изучал электрические машины

Почему переменный ток используется чаще постоянного

Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Никола Тесла перевернул ход развития истории, правда восторжествовала.

Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности

Никола Тесла посетил конкурирующую с эдисоновской компанию, продвигая новое явление. Увлекся, часто ставил эксперименты на себе. В противовес сэру Хемфри Дэви, который укоротил жизнь, вдыхая различные газы, Тесла добился немалого успеха: покорил рубеж 86 лет. Ученый обнаружил: изменение направления течения тока со скоростью выше 700 раз в секунду делает процесс безопасным для человека.

Во время лекций Тесла брал руками лампочку с платиновой нитью накала, демонстрировал свечение прибора, пропуская через собственное тело токи высокой частоты. Утверждал: явление безвредно, даже приносит пользу здоровью. Ток, протекая по поверхности кожи, одновременно очищает. Тесла говорил, экспериментаторы прежних дней (смотрите выше) пропускали удивительные явления по указанным причинам:

  • Несовершенные генераторы механического типа. Вращающееся поле использовалось в прямом смысле: при помощи двигателя раскручивался ротор. Подобный принцип бессилен выдать токи высокой частоты. Сегодня проблематично, невзирая на нынешний уровень развития технологии.
  • В простейшем случае применялись ручные размыкатели. Вовсе нечего говорить о высоких частотах.

Сам Тесла использовал явление заряда и разряда конденсатора. Подразумеваем RC-цепочку. Будучи заряжен до определённого уровня, конденсатор начинает разряжаться через сопротивление. Параметров элементов определяют скорость процесса, протекающего согласно экспоненциальному закону. Тесла лишен возможности использовать методы управления контуров полупроводниковыми ключами. Термионные диоды были известны. Рискнем предположить, Тесла мог использовать изделия, имитируя стабилитроны, оперируя с обратимым пробоем.

Однако вопросы безопасности лишены почетного первого места. Частоту 60 Гц (общепринятая США) предложил Никола Тесла, как оптимальную для функционирования двигателей собственной конструкции. Сильно отличается от безопасного диапазона. Проще сконструировать генератор. Переменный ток в обоих смыслах выигрывает у постоянного.

Через эфир

Поныне безуспешно ведутся споры, касаемо первооткрывателя радио. Прохождение волны через эфир обнаружил Герц, описав законы движения, показав, сродство оптическим. Сегодня известно: переменное поле бороздит пространстве. Явление Попов (1895 год) использовал, передавая первое Земное сообщение «Генрих Герц».

Видим, ученые мужи дружны между собой. Сколько уважения демонстрирует первое сообщение. Дата остается спорной, каждое государство первенство хочет присвоить безраздельно. Переменный ток создает поле, распространяющееся через эфир.

Сегодня общеизвестны диапазоны вещания, окна, стены атмосферы, различных сред (вода, газы). Важное место отводится частоте. Установлено, каждый сигнал можно представить суммой элементарных колебаний-синусоид (согласно теоремам Фурье). Спектральный анализ оперирует простейшими гармониками. Суммарный эффект рассматривается, как равнодействующая элементарных составляющих. Произвольный сигнал раскладывается преобразованием Фурье.

Окна атмосферы определяются аналогичным образом. Увидим частоты, проходящие сквозь толщу хорошо и плохо. Не всегда последнее оказывается негативным эффектом. Микроволновые печи используют частоты 2,4 ГГц, ударно поглощаемые парами воды. Для связи волны бесполезны, зато хороши кулинарными способностями!

Новичков тревожит вопрос распространения волны через эфир. Обсудим подробнее неразрешенную поныне учеными загадку.

Вибратор Герца, эфир, электромагнитная волна

Взаимосвязь электрического, магнитного полей впервые продемонстрировал в 1821 году Майкл Фарадей. Чуть позднее показали: конденсатор пригоден для создания колебаний. Нельзя сказать, чтобы связь двух событий немедленно осознали. Феликс Савари разряжал лейденскую банку через дроссель, сердечником которому служила стальная игла.

Неизвестно доподлинно, чего добивался астроном, результат оказался любопытным. Иногда игла оказывалась намагниченной в одном направлении, иногда — противоположном. Ток генератора одного знака. Ученый правильно сделал вывод: затухающий колебательный процесс. Толком не зная индуктивных, емкостных реактивных сопротивлений.

Теорию процесс подвели позже. Опыты повторены Джозефом Генри, Вильямом Томпсоном, определившим резонансную частоту: где процесс продолжался максимальный период времени. Явление позволило количественно описать зависимости характеристик цепи от элементов составляющих (индуктивность и емкость). В 1861 году Максвелл вывел знаменитые уравнения, одно следствие особенно важно: «Переменное электрическое поле порождает магнитное и наоборот».

Возникает волна, векторы индукции взаимно перпендикулярны. Пространственно повторяют форму породившего процесса. Волна бороздит эфир. Явление использовал Генрих Герц, развернув обкладки конденсатора в пространстве, плоскости стали излучателями. Попов догадался закладывать информацию в электромагнитную волну (модулировать), что используется сегодня повсеместно. Причем в эфире и внутри полупроводниковой техники.

Где используется переменный ток

Переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, читатели сделают выводы:

  1. Постоянный ток применяется в аккумуляторах. Переменный порождает движение – не может храниться современными устройствами. Потом в приборе электричество преобразуется в нужную форму.
  2. КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине выгодно применять указанные разновидности.
  3. При помощи постоянного тока действуют магниты. К примеру, домофонов.
  4. Постоянное напряжение применяется электроникой. Потребляемый ток варьируется в некоторых пределах. В промышленности носит название постоянного.
  5. Постоянное напряжение применяется кинескопами для создания потенциала, увеличения эмиссии катода. Случаи назовем аналогами блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие значительно.

В остальных случаях переменный ток выказывает весомое преимущество. Трансформаторы — неотъемлемая составляющая техники. Даже в сварке далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики.

Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Вспомним шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский.

Рекомендуем также

преимущества и недостатки ⋆ diodov.net

Какой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями. Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции. Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно. Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

I1 = P/U1 = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.

I2 = P/U2 = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.

Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

Pпот1 = I12∙R = 1002∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

Pпот2 = I22∙R = 102∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором. А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %. Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения. К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока. Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин. Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

  1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
  2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
  3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока
  1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его. В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

  1. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока
  1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.
  2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Кроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

 

Также следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества. Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции. К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

Еще статьи по данной теме

Постоянное и переменное напряжение


Отличие постоянного тока от переменного

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источники постоянного напряжения это:

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

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

Источники переменного напряжения:

  1. генераторы
  2. различные преобразователи (трансформаторы)
  3. бытовые электросети (домашние розетки)

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

Поехал он как-то в служебную командировку с нашими директорами в соседний город. Налаживать дружественные отношения с тамошними IT-шниками

220 переменный в 12 постоянный. Как получить постоянное напряжение из переменного. Двухканальный регулятор для мотора

Сегодня мы с вами попробуем разобраться, что из себя представляет напряжение 12 вольт. Кто это за монстр такой? Насколько сильно кусается? И вообще, на что он способен? Поверьте, то, что он слабее чем обычный монстр с напряжением в 220 вольт — это сказки. Интересно, тогда поехали.

Начнём с истории возникновения. А история проста, вся суть в безопасности. Ведь все, что изобретается, делается по двум причинам. Первая — лень, она, как известно, двигатель прогресса. Вторая — желание себя обезопасить, ведь мы с вами частенько чего-нибудь боимся. Тут и возникает потребность в инновациях. Ведь нас постоянно пугают тем, что нельзя совать пальцы в розетку — убьёт. Хотя, если мы с вами засунем пальцы в розетку, вряд ли с нами случится что-то более страшное, чем легкий шок. Но ведь у многих из нас с вами дома есть дети и домашние животные. Дети — люди любознательные. Им все всегда интересно, и ребёнок не ребёнок, если прополз мимо розетки. Он обязательно должен засунуть туда пальцы. А вот если его ударит током, то ничего хорошего точно не будет. Понятно, что все зависит от конкретного случая, но лучше не экспериментировать. А если животное залезет в розетку? И хорошо, если ваш кот спалит себе только усы и пару минут посидит в шоке под кроватью. Но все может быть страшнее.

Так, хватит жути нагонять. 12 вольт — это безопасное напряжение, которое способно решить сразу массу проблем. Но к сожалению это напряжение не распространено именно в розетках, так как под него просто не делают электроприборов.

Давайте обратимся к истокам. Существует масса опасных для электричества помещений или имеющих повышенный уровень опасности. К таким помещениям в вашей квартире можно отнести — кухню, ванную комнату и другие подобные пространства. Представьте какое короткое замыкание способен устроить электрический монстр на 220 вольт? Последствия могут выходить далеко за грань нашего представления. И поверьте, они могут не ограничиться сработавшими системами безопасности. 12 же вольт, точно не устроят катастрофу планетарного или даже квартирного масштаба. В худшем случае сработают системы безопасности или перегорит трансформатор.

Теперь про то, откуда появилось напряжение на 12 вольт. Такое напряжение в большинстве случаев используется для освещения и оттуда оно и берет начало. Несколько десятков лет назад были изобретены галогенные лампы для бытового применения. Что такое галогенная лампа? Эта та же самая лампа накаливания, но имеет больший срок службы и гораздо меньший размер. Благодаря чему это возможно? Благодаря тому, что колба такой лампы заполнена газом, содержащим галоген, например йод. Нить накаливания в такой среде изнашивается гораздо медленнее. Вот и получается, что такая лампа работает в два раза дольше, при размере в одну четвертую обычной. Но причём тут напряжение 12 вольт? А при том. Кто-то провёл опыты и понял, что при таком напряжении нить накала подвержена гораздо меньшему разрушительному воздействию электрического тока. А это значит, что её можно нагреть до большей температуры и, следовательно, получить больше света. Добавьте к этому практически абсолютную безопасность для влажных помещений. Получается очень крутой способ проводки и освещения.


Но не стоит торопиться, как и с любым бесплатным сыром, здесь тоже есть мышеловки. Заключаются они в трансформаторе. А так как во всей остальной квартире напряжение 220 вольт, он нам обязательно понадобиться, без него никак не обойтись. А лишний элемент в сети электропитания, как известно, снижает её надежность. Но единственное, чем может быть опасен трансформатор, так это тем, что он попросту перегорит. Давайте теперь перейдём к описанию самой сети, к тому как она строиться и что для этого нужно.

Сама по себе сеть с напряжением 12 вольт начинается именно с трансформатора. Именно он преобразует обычные 220 вольт в 12. Но трансформатор нужно подбирать с умом. Не будем вдаваться в частности устройства самого трансформатора. Скажу одно, трансформатор должен быть подходящей мощности. Это значит, что для начала стоит понять сколько будет ламп, какова их суммарная мощность. К полученному значению стоит прибавить процентов 40 запаса, и вы получите нужную мощность трансформатора. В противном случае трансформатор может очень быстро выйти из строя, а это не есть хорошо.

После того, как вы выбрали трансформатор, стоит задуматься о светильниках и лампах. В светильниках нет ничего необычного, многие светильники универсальны, но перед покупкой на всякий случай стоит уточнить. А вот с лампами дела обстоят несколько сложнее. Они разделяются на лампы, которые работают от 220 вольт, и те, что работают от 12. И если 220-ваттные лампы от 12 вольт просто не заработают, то в обратной последовательности начнутся вспышки. Из-за перенапряжения лампа может взорваться. Поэтому просто проверяйте маркировку, и все, как говориться, будет пучком. Лампы, рассчитанные на 12 вольт, как правило стоят дороже. Просто потому, что безопаснее, никакой другой конструктивной и кардинальной разницы в конструкции нет.

Если говорит про связующее звено ламп и трансформатора — провод, то он может быть любым. Но огромным плюсом является то, что можно использовать провода маленького сечения. Так как при таком напряжении сети перегревы практически невозможны. Есть специальные провода, они продаются в магазинах, но подойдет любой провод маленького сечения. Теперь вы знаете все.

Вывод: Низковольтное освещение это огромный плюс для бытового использования, да и для некоторых промышленных объектах. Сами понимаете, безопасность превыше всего. Так же огромным и несомненным плюсом является то, что вы можете сами сделать такую проводку у себя в ванной или на кухне. Согласитесь в статье не описано не одного сложного процесса. С многими из этих процессов справиться даже ребенок, но им этого лучше не поручать.

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) – это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации :

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор . А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение , мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост . На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.


Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:


В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:


Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр . Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.


Цепляем его к диодному мосту по схеме выше


И цепляемся осциллографом:


Смотрим осциллограмму:


Как вы видите, пульсации все равно остались.

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.


Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.


А вот собственно и осциллограмма


Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.


Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.


А вот собственно и она


Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

– чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

– чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью , а также используют интегральные стабилизаторы напряжения , которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать .


где

U Д – действующее напряжение, В

U max – максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула . Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:


Электрический ток- это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц: электронов в металлах, в электролитах — ионов, а в газах — электронов и ионов. Электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Определение постоянного электрического тока, его источники

Постоянный ток (DC, по-английски Direct Current) — это электрический ток, у которого свойства и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Постоянный ток используется в автомобилях и в домах, в многочисленных электронных приборах: ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. д. Перемеренный электрический ток из розетки преобразуется в постоянный при помощи блока питания или трансформатора напряжения с выпрямителем.

Любой электроинструмент, устройство или прибор, работающие от батареек так же являются потребителями постоянного тока, потому что батарея или аккумулятор- это исключительно источники постоянного тока, который при необходимости преобразуется в переменный с использованием специальных преобразователей (инверторов).

Принцип работы переменного тока

Переменный ток (AC по-английски Alternating Current)- это электрический ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах условно обозначается отрезком синусоиды « ~ ».
Иногда после синусоиды могут указываться характеристики переменного тока — частота, напряжение, число фаз.

Переменный ток может быть как одно- , так и трёхфазным, для которого мгновенные значения тока и напряжения меняются по гармоническому закону.

Основные характеристики переменного тока — действующее значение напряжения и частота.

Обратите внимание , как на левом графике для однофазного тока меняется направление и величина напряжения с переходом в ноль за период времени Т, а на втором графике для трехфазного тока существует смещение трех синусоид на одну третью периода. На правом графике 1 фаза обозначена буквой «а», а вторая буквой «б». Хорошо известно, что в домашней розетке 220 Вольт. Но мало кто знает, что это действующие значение переменного напряжения, но амплитудное или максимальное значение будет больше на корень из двух, т.е будет равно 311 Вольт.

Таким образом, если у постоянного тока величина напряжения и направление не изменяются в течении времени, то у переменного тока- напряжение постоянно меняется по величине и направлению (график ниже нуля это обратное направление).

И так мы подошли к понятию частота — это отношение числа полных циклов (периодов) к единице времени периодически меняющегося электрического тока. Измеряется в Герцах. У нас и в Европе частота равна 50 Герцам, в США- 60 Гц.

Что означает частота 50 Герц? Она означает, что у нас переменный ток меняет свое направление на противоположное и обратно (отрезок Т- на графике) 50 раз за секунду!

Источниками переменного тока являются все розетки в доме и все то, что подключено напрямую проводами или кабелями к электрощиту. У многих возникает вопрос: а почему в розетке не постоянный ток? Ответ прост. В сетях переменного тока легко и с минимальными потерями преобразовывается величина напряжения до необходимого уровня при помощи трансформатора в любых объемах. Напряжение необходимо увеличивать для возможности передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями в промышленных масштабах.
С электростанции , где стоят мощные электрогенераторы, выходит напряжение величиной 330 000-220 000 , далее возле нашего дома на трансформаторной подстанции оно преобразуется с величины 10 000 Вольт в трехфазное напряжение 380 Вольт, которое и приходит в многоквартирный дом, а к нам в квартиру приходит однофазное напряжение, т. к. между напряжение равняется 220 В, а между разноименными фазами в электрощите 380 Вольт.

И еще одним из важных достоинств переменного напряжения является то, что асинхронные электродвигатели переменного тока конструктивно проще и работают значительно надежнее, чем двигатели постоянного тока.

Как переменный ток сделать постоянным

Для потребителей, работающих на постоянном токе- переменный преобразуется при помощи выпрямителей.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Напряжение 12 Вольт используется для питания большого количества электроприборов: приемники и магнитолы, усилители, ноутбуки, шуруповерты, светодиодные ленты и прочее. Часто они работают от аккумуляторов или от блоков питания, но когда те или другие выходят из строя перед пользователем возникает вопрос: «Как получить 12 Вольт переменного тока»? Об этом мы расскажем далее, предоставив обзор наиболее рациональных способов.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее часто стоит задача получить 12 вольт из бытовой электросети 220В. Это можно сделать несколькими способами:

  1. Понизить напряжение без трансформатора.
  2. Использовать сетевой трансформатор 50 Гц.
  3. Использовать импульсный блок питания, возможно в паре с импульсным или линейным преобразователем.

Понижение напряжения без трансформатора

Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора можно 3-мя способами:

  1. Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универсальный способ используется для питания маломощной электроники, например светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фонариках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых электроприборах.
  2. Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запитать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недостаток – это выделение большого количества активной мощности в виде тепла на резисторе.
  3. Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.

Гасящий конденсатор

Прежде чем приступить к рассмотрению этой схемы предварительно стоит сказать об условиях, которые вы должны соблюдать:

  • Блок питания не универсальный, поэтому его рассчитывают и используют только для работы с одним заведомо известным прибором.
  • Все внешние элементы блока питания, например регуляторы, если вы будете использовать дополнительные компоненты для схемы, должны быть изолированы, а на металлических ручках потенциометров надеты пластиковые колпачки. Не касайтесь платы блока питания и проводов для подключения выходного напряжения, если к ним не подключена нагрузка или если в схеме не установлен стабилитрон или стабилизатор для низкого постоянного напряжения.

Тем не менее, такая схема вряд ли вас убьёт, но удар электрическим током получить можно.

Схема изображена на рисунке ниже:

R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение, для 12 вольт подойдут: Д814Д, КС207В, 1N4742A. Можно использовать и линейный преобразователь.

Или усиленный вариант первой схемы:

Номинал гасящего конденсатора рассчитывают по формуле:

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√(Uвход²-Uвыход²)

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√Uвход

Но можно и воспользоваться калькуляторами, они есть в онлайн или в виде программы для ПК, например как вариант от Гончарука Вадима, можете поискать в интернете.

Конденсаторы должны быть такими – пленочными:

Или такие:

Остальные перечисленные способы рассматривать не имеет смысла, т.к. понижение напряжения с 220 до 12 Вольт с помощью резистора не эффективно ввиду большого тепловыделения (размеры и мощность резистора будут соответствующие), а мотать дроссель с отводом от определенного витка чтобы получить 12 вольт нецелесообразно ввиду трудозатрат и габаритов.

Блок питания на сетевом трансформаторе

Классическая и надежная схема, идеально подходит для питания усилителей звука, например колонок и магнитол. При условии установки нормального фильтрующего конденсатора, который обеспечит требуемый уровень пульсаций.

В дополнение можно установить стабилизатор на 12 вольт, типа КРЕН или L7812 или любой другой для нужного напряжения. Без него выходное напряжение будет изменяться соответственно скачкам напряжения в сети и будет равно:

Uвых=Uвх*Ктр

Ктр – коэффициент трансформации.

Здесь стоит отметить, что выходное напряжение после диодного моста должно быть на 2-3 вольта больше, чем выходное напряжение БП – 12В, но не более 30В, оно ограничено техническими характеристиками стабилизатора, и КПД зависит от разницы напряжений между входом и выходом.

Трансформатор должен выдавать 12-15В переменного тока. Стоит отметить, что выпрямленное и сглаженное напряжение будет в 1,41 раз больше входного. Оно будет близко к амплитудному значению входной синусоиды.

Также хочется добавить схему регулируемого БП на LM317. С его помощью вы можете получить любое напряжение от 1,1 В до величины выпрямленного напряжения с трансформатора.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы понизить напряжение постоянного тока из 24 Вольт в 12 Вольт можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если нужно запитать 12 В нагрузку от бортовой сети автобуса или грузовика напряжением в 24 В. Кроме того вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто изменяется. Даже в авто и мотоциклах с бортовой сетью в 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Поэтому эту схему можно использовать и для питания светодиодных лент и светодиодов на транспортных средствах.

Схема с линейным стабилизатором упоминалась в предыдущем пункте.

К ней можно подключить нагрузку током до 1-1,5А. Чтобы усилить ток, можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизится – на 0,5В.

Подобным образом можно использовать LDO-стабилизаторы, это такие же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, типа AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и КРЕНкам. Также эти варианты подойдут и для понижения напряжения от блока питания от ноутбука.

Эффективнее использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например на базе ИМС LM2596. На плате подписаны контактные площадки In (вход +) и (- Out выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, как на фото сверху в правой части вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.

12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения

Вы можете получить 12В из 5В, например, от USB-порта или зарядного устройства для мобильного телефона, также можно использовать и с популярными сейчас литиевыми аккумуляторами с напряжением 3,7-4,2В.

Если речь вести о блоках питания, можно и вмешаться во внутреннюю схему, править источник опорного напряжения, но для этого нужно иметь определенные знания в электронике. Но можно сделать проще и получить 12В с помощью повышающего преобразователя, например на базе ИМС XL6009. В продаже имеются варианты с фиксированным выходом 12В либо регулируемые с регулировкой в диапазоне от 3,2 до 30В. Выходной ток – 3А.

Он продаётся на готовой плате, и на ней есть пометки с назначением выводов – вход и выход. Еще вариант — использовать MT3608 LM2977, повышает до 24В и выдерживает выходной ток до 2А. Также на фото отчетливо видны подписи к контактным площадкам.

Как получить 12В из подручных средств

Самый простой способ получить напряжение 12В – это соединить последовательно 8 пальчиковых батареек по 1,5 В.

Или использовать готовую 12В батарейку с маркировкой 23АЕ или 27А, такие используются в пультах дистанционного управления. В ней внутри подборка из маленьких «таблеток», которые вы видите на фото.

Мы рассмотрели набор вариантов для получения 12В в домашних условиях. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, различную степень эффективности, надежности и КПД. Какой вариант лучше использовать, вы должны выбрать самостоятельно исходя из возможностей и потребностей.

Также стоит отметить, что мы не рассмотрели один из вариантов. Получить 12 вольт можно и от блока питания для компьютера формата ATX. Для его запуска без ПК нужно замкнуть зеленый провод на любой из черных. 12 вольт находятся на желтом проводе. Обычно мощность 12В линии несколько сотен Ватт и ток в десятки Ампер.

Теперь вы знаете, как получить 12 Вольт из 220 или других доступных значений. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео

На простых механизмах удобно устанавливать аналоговые регуляторы тока. К примеру, они могут изменить скорость вращения вала мотора. С технической стороны выполнить такой регулятор просто (потребуется установка одного транзистора). Применим для регулировки независимой скорости моторов в робототехнике и источниках питания. Наиболее распространены два варианта регуляторов: одноканальные и двухканальные.

Видео №1 . Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео №2. Увеличение скорости кручения вала мотора при работе одноканального регулятора. Рост числа оборотов от минимального до максимального значения при вращении ручки переменного резистора.

Видео №3 . Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Видео №4. Напряжение на выходе регулятора измерено цифровым мультиметром. Полученное значение равно напряжению батарейки, от которого отняли 0,6 вольт (разница возникает из-за падения напряжения на переходе транзистора). При использовании батарейки в 9,55 вольт, фиксируется изменение от 0 до 8,9 вольт.

Функции и основные характеристики

Ток нагрузки одноканального (фото. 1) и двухканального (фото. 2) регуляторов не превышает 1,5 А. Поэтому для повышения нагрузочной способности производят замену транзистора КТ815А на КТ972А. Нумерация выводов для этих транзисторов совпадает (э-к-б). Но модель КТ972А работоспособна с токами до 4А.

Одноканальный регулятор для мотора

Устройство управляет одним мотором, питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт.

  1. Конструкция устройства

Основные элементы конструкции регулятора представлены на фото. 3. Устройство состоит из пяти компонентов: два резистор переменного сопротивления с сопротивлением 10 кОм (№1) и 1 кОм (№2), транзистор модели КТ815А (№3), пара двухсекционных винтовых клеммника на выход для подключения мотора (№4) и вход для подключения батарейки (№5).

Примечание 1. Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

  1. Принцип работы

Порядок работы регулятора мотора описывает электросхема (рис. 1). С учетом полярности на разъем ХТ1 подают постоянное напряжение. Лампочку или мотор подключают к разъему ХТ2. На входе включают переменный резистор R1, вращение его ручки изменяет потенциал на среднем выходе в противовес минусу батарейки. Через токоограничитель R2 произведено подключение среднего выхода к базовому выводу транзистора VT1. При этом транзистор включен по схеме регулярного тока. Положительный потенциал на базовом выходе увеличивается при перемещении вверх среднего вывода от плавного вращения ручки переменного резистора. Происходит увеличение тока, которое обусловлено снижением сопротивления перехода коллектор-эмитттер в транзисторе VT1. Потенциал будет уменьшаться, если ситуация будет обратной.


Принципиальная электрическая схема
  1. Материалы и детали

Необходима печатная плата размером 20х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита (допустимая толщина 1-1,5 мм). В таблице 1 приведен список радиокомпонентов.

Примечание 2. Необходимый для устройства переменный резистор может быть любого производства, важно соблюсти для него значения сопротивления тока указанные в таблице 1.

Примечание 3 . Для регулировки токов выше 1,5А транзистор КТ815Г заменяют на более мощный КТ972А (с максимальным током 4А). При этом рисунок печатной платы менять не требуется, так как распределение выводов у обоих транзисторов идентично.

  1. Процесс сборки

Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл ), а монтажный чертеж (файл ) – на белом листе офисной (формат А4).

Далее чертеж монтажной платы (№1 на фото. 4) наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы (№2 на фото. 4). Необходимо сделать отверстия (№3 на фото. 14) на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпадать. На фото.5 показана цоколёвка транзистора КТ815.

Вход и выход клеммников-разъемов маркируют белым цветом. Через клипсу к клеммнику подключается источник напряжения. Полностью собранный одноканальный регулятор отображен на фото. Источник питания (батарея 9 вольт) подключается на финальном этапе сборки. Теперь можно регулировать скорость вращения вала с помощью мотора, для этого нужно плавно вращать ручку регулировки переменного резистора.

Для тестирования устройства необходимо из архива распечатать чертеж диска. Далее нужно наклеить этот чертеж (№1) на плотную и тонкую картонную бумагу (№2). Затем с помощью ножниц вырезается диск (№3).

Полученную заготовку переворачивают (№1) и к центру крепят квадрат черной изоленты (№2) для лучшего сцепления поверхности вала мотора с диском. Нужно сделать отверстие (№3) как указано на изображении. Затем диск устанавливают на вал мотора и можно приступать к испытаниям. Одноканальный регулятор мотора готов!

Двухканальный регулятор для мотора

Используется для независимого управления парой моторов одновременно. Питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт. Ток нагрузки рассчитан до 1,5А на каждый канал.

  1. Конструкция устройства

Основные компоненты конструкции представлены на фото.10 и включают: два подстроечных резистора для регулировки 2-го канала (№1) и 1-го канала (№2), три двухсекционных винтовых клеммника для выхода на 2-ой мотор (№3), для выхода на 1-ый мотор (№4) и для входа (№5).

Примечание.1 Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

  1. Принцип работы

Схема двухканального регулятора идентична электрической схеме одноканального регулятора. Состоит из двух частей (рис.2). Основное отличие: резистор переменного сопротивления замен на подстроечный резистор. Скорость вращения валов устанавливается заранее.

Примечание.2. Для оперативной регулировки скорости кручения моторов подстроечные резисторы заменяют с помощью монтажного провода с резисторами переменного сопротивления с показателями сопротивлений, указанными на схеме.

  1. Материалы и детали

Понадобится печатная плата размером 30х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. В таблице 2 приведен список радиокомпонентов.

  1. Процесс сборки

После скачивания архивного файла, размещенного в конце статьи, нужно разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора для термоперевода (файл termo2), а монтажный чертеж (файл montag2) – на белом листе офисной (формат А4).

Чертеж монтажной платы наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы. Формируют отверстия на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпасть. Производится цоколёвка транзистора КТ815. Для проверки нужно временно соединить монтажным проводом входы 1 и 2 .

Любой из входов подключают к полюсу источника питания (в примере показана батарейка 9 вольт). Минус источника питания при этом крепят к центру клеммника. Важно помнить: черный провод «-», а красный «+».

Моторы должны быть подключены к двум клеммникам, также необходимо установить нужную скорость. После успешных испытаний нужно удалить временное соединение входов и установить устройство на модель робота. Двухканальный регулятор мотора готов!

В представленные необходимые схемы и чертежи для работы. Эмиттеры транзисторов помечены красными стрелками.

Низкое напряжение — это… (определение, диапазон)

Низкое напряжение — это напряжение, не превышающее 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).

Харечко Ю.В., проведя исследование в области нормативной документации, в своей книге [2] подытожил, что понимают под термином «низкое напряжение»:

« Под низким напряжением в международных стандартах понимают любое напряжение переменного тока до 1000 В и постоянного тока до 1500 В включительно. В национальных стандартах, разработанных на основе стандартов МЭК, также широко используют понятие «низкое напряжение». Например, электроустановка здания, в соответствии с требованиями стандартов комплекса ГОСТ Р 50571, является низковольтной электроустановкой и может состоять из электрических цепей, функционирующих при напряжении до 1000 В переменного тока и до 1500 В постоянного тока. В стандартах комплекса ГОСТ Р 50030 установлены требования к низковольтной коммутационной аппаратуре и аппаратуре управления, которая может оперировать при напряжении переменного тока до 1000 В и постоянного тока до 1500 В включительно. В стандартах комплекса ГОСТ Р 51321 изложены требования к комплектным низковольтным распределительным устройствам, которые могут иметь номинальное напряжение до 1000 В переменного тока и до 1500 В постоянного тока. »

[2]

Стандарты МЭК и национальные стандарты, разработанные на их основе, классифицируют электрические установки и оборудование на низковольтные и высоковольтные электроустановки и электрооборудование.

ГОСТ 32966-2014 [3], который подготовлен на основе стандарта МЭК 60449, установил для электроустановок зданий два диапазона номинального напряжения (смотрите таблицу ниже). Напряжения диапазона I соответствуют так называемому сверхнизкому напряжению. Напряжения диапазона II, максимальные значения которых равны 1000 В для электрических цепей переменного тока и 1500 В для постоянного тока, соответствуют низкому напряжению.

Таблица: диапазоны номинального напряжения U электроустановки. Основана на таблицах 1 и 2 из ГОСТ 32966-2014
Диапазоны Заземленные системы1 Изолированные или неэффективно заземленные системы2
Напряжение между фазой и землей, или между полюсом и землей, В Напряжение между фазами или полюсами, В Напряжение между фазами или полюсами, В
Переменный ток
I U≤ 50 U≤ 50 U≤ 50
II 50<U≤600 50<U≤1 000 120<U≤1 000
Постоянный ток
I U ≤ 120 U ≤ 120 U ≤ 120
II 120 120 120

1) Под заземленной системой понимают электрическую систему, в которой одна из частей, находящихся под напряжением, заземлена.

При этом в трехфазной четырехпроводной и однофазной трехпроводной электрических системах переменного тока заземляют нейтрали. В трехфазной трехпроводной и однофазной двухпроводной электрических системах переменного тока, в которых нет нейтралей, заземляют фазные проводники.

В трехпроводной электрической системе постоянного тока заземляют среднюю часть, находящуюся под напряжением. В двухпроводной электрической системе постоянного тока, в которой нет средней части, находящейся под напряжением, заземляют полюсный проводник.

2) Под изолированной или неэффективно заземленной системой понимают электрическую систему, в которой все части, находящиеся под напряжением, изолированы от земли или одна из частей, находящихся под напряжением, заземлена через большое полное сопротивление.

Харечко Ю.В. в своей книге [2] акцентирует внимание о том, что в некоторых стандартах термин «низкое напряжение» не получил должного распространения:

« Однако термин «низкое напряжение» до сих пор не получил должного распространения в национальной нормативной документации. В ПУЭ 7 все электроустановки классифицируют на электроустановки до 1000 В и электроустановки выше 1000 В. Например, в ГОСТ Р 12.1.019-2017., приложение А имеет название «Зона досягаемости в электроустановках до 1 кВ». При этом в ГОСТ Р 12.1.019 не учтен тот факт, что максимальное значение номинального напряжения для электрических систем постоянного тока установлено в комплексе ГОСТ Р 50571 равным 1500 В. »

[2]

« Для устранения противоречий, имеющихся в национальной нормативной документации, в ПУЭ и другие национальные нормативные документы следует внести изменения, которые исключат из них понятия «напряжение до 1000 В» и «напряжение выше 1000 В» и заменят их понятиями «низкое напряжение» и «высокое напряжение». Все электроустановки в ПУЭ и другой национальной нормативной документации должны быть классифицированы соответственно как низковольтные электроустановки и как высоковольтные электроустановки. Аналогично как низковольтное и высоковольтное должно классифицироваться электрооборудование. »

[2]

Список использованной литературы

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 2// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2012. – № 4. – 160 c.;
  3. ГОСТ 32966-2014

Постоянное напряжение, постоянный ток и постоянная мощность

Широкий ассортимент импульсных источников питания (SMPS) Astrodyne TDI используется на многих рынках, каждый из которых имеет свои собственные требования. Наши блоки питания оснащены возможностью управления своими выходными характеристиками в зависимости от напряжения, тока или мощности, в зависимости от применения. Наши блоки питания позволяют плавно переключаться между тремя режимами. В этой статье объясняется разница между постоянным напряжением, постоянным током и постоянной мощностью, а также некоторые приложения, для которых они могут потребоваться.Рассмотрев каждый из них, мы углубимся в то, как Astrodyne TDI реализует эти функции в каждом из наших программируемых расходных материалов.

Скачать примечание к приложению

Режим постоянного напряжения в источнике питания

Постоянное напряжение (CV) — это стандартный режим работы, когда речь идет об источниках питания. В режиме постоянного напряжения источник питания будет выдавать заданное напряжение во всем диапазоне нагрузки. На рис. 1 показан график зависимости напряжения от сопротивления нагрузки для источника питания, запрограммированного на 48 В, с ограничением по току 80 А.Обратите внимание, как напряжение остается постоянным от холостого хода до полной нагрузки.

Для того, чтобы SMPS регулировался при некотором заданном напряжении при изменении условий, ему нужен контур управления. Упрощенный контур управления для понижающего преобразователя показан на рис. 2, хотя эти принципы применимы к любой топологии.

Контур управления состоит из нескольких частей. Масштабированное представление выходного напряжения преобразователя сравнивается с опорным напряжением через схему U1, известную как усилитель ошибки (EA).Как следует из названия, усилитель ошибки выдает сигнал, соответствующий отклонению выходного напряжения от эталонного значения Vref. Если выходное напряжение выше опорного, усилитель ошибки соответственно уменьшит напряжение на своем выходе. В случае, когда нагрузка увеличивается и выходное напряжение начинает падать ниже опорного значения, усилитель ошибки увеличивает свое выходное напряжение. Когда масштабированное выходное напряжение равно эталонному, равновесие достигнуто, и советник сохраняет свой выход постоянным.

После этого сигнал EA сравнивается с линейно изменяющимся сигналом для создания импульсов ШИМ для верхнего переключателя в стандартном понижающем преобразователе или в качестве управляющего сигнала в более сложных топологиях. Управление шириной этих импульсов позволяет разработчикам контролировать выходное напряжение преобразователя. Более широкие импульсы соответствуют большему количеству энергии, подаваемой во время каждого цикла переключения, что, в свою очередь, увеличивает энергию, подаваемую на нагрузку, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. Как видно на рисунке 3, чем выше сигнал, поступающий от усилителя ошибки, тем шире становятся импульсы ШИМ.Интуитивно это означает, что при падении выходного напряжения преобразователь должен отдавать больше энергии за период переключения, чтобы вернуться к равновесию.

Режим постоянного тока в источнике питания

Режим работы постоянного тока (CC) можно рассматривать как параллель вышеупомянутому режиму работы постоянного напряжения. Целью режима постоянного тока в источниках питания является поддержание заданного выходного тока при изменении условий нагрузки. На рис. 4 тот же преобразователь на 48 В запрограммирован на уставку постоянного тока 24 А.При сопротивлении нагрузки 2 Ом выходное напряжение составляет 48 В и будет уменьшаться с сопротивлением нагрузки, чтобы поддерживать выходной ток 24 А.

Продолжая наш предыдущий пример с понижающим преобразователем, схема, показанная для постоянного напряжения, может быть немного изменена, чтобы вместо этого регулироваться на основе тока. Получившаяся схема показана на рисунке 5:

Вместо масштабированного выходного напряжения источник питания, работающий в режиме CC, сравнивает свое опорное значение с масштабированным выходным током. Этого можно добиться с помощью датчика Холла, шунта с дифференциальным усилителем или любого другого метода преобразования тока в напряжение.В этом примере преобразователь по-прежнему будет изменять выходное напряжение, но теперь будет регулировать выходное напряжение, чтобы поддерживать желаемый ток.

При работе только с постоянным током, с небольшой нагрузкой или без нагрузки преобразователь достигает максимального рабочего цикла. При малых нагрузках (высокое сопротивление) напряжение должно быть больше максимального напряжения источника питания, чтобы выдавать запрограммированный ток. И наоборот, наличие высокой нагрузки (низкое сопротивление) приведет к тому, что преобразователь достигнет своего минимального рабочего цикла, поскольку напряжение стремится к 0 В.В каждом из этих случаев преобразователь уже не в состоянии регулировать. Сигнал, используемый для замыкания контура, выходит за допустимые пределы, и преобразователь переходит в разомкнутый контур. Чтобы этого не произошло, CC и CV можно объединить в один цикл:

При использовании отдельных ссылок уставки тока и напряжения могут быть настроены индивидуально. Это позволяет преобразователю задавать максимальное напряжение, позволяя токовой петле оставаться под контролем до тех пор, пока не будет достигнуто это максимальное напряжение.
Теперь при небольшой нагрузке контур напряжения может взять на себя управление и продолжить регулирование выходного сигнала.Однако при объединении контуров напряжения и тока одновременно может использоваться только один сигнал. В этом примере меньший из двух сигналов, т. е. сигнал, который превысил свое опорное значение, используется в качестве входа для блока ШИМ. Это предотвращает превышение запрограммированных пределов напряжения или тока.

Возвращаясь к предыдущему примеру, наш источник питания запрограммирован с ограничением напряжения 48 В и ограничением тока 24 А, сопротивление нагрузки 2 Ом является точкой переключения. При сопротивлении 2 Ом удовлетворяются как контуры напряжения, так и контуры тока, любой из сигналов будет давать одинаковое выходное напряжение.При сопротивлении выше 2 Ом, если бы токовая петля оставалась под контролем, напряжение продолжало бы увеличиваться выше 48 В, чтобы поддерживать выходной ток 24 А. Ниже 2 Ом, если контур напряжения останется под контролем, ток начнет превышать 24 А. Линейка блоков питания Astrodyne TDI может легко переключаться между этими режимами.

Режим постоянной мощности в блоках питания

До сих пор мы рассматривали блоки питания, которые могут регулироваться в зависимости от тока, напряжения или того и другого. Чтобы ограничить выходную мощность и, следовательно, входную мощность, вводится третий режим работы: постоянная мощность (СР).При работе в режиме постоянной мощности напряжение регулируется таким образом, чтобы выходная мощность оставалась постоянной. На рис. 7 мы сохраняем исходную уставку напряжения 48 В, уставку тока 80 А, но теперь программируем уставку мощности на 1 кВт. Для каждого показанного сопротивления нагрузки произведение выходного напряжения и тока равно 1кВт.

Как и в случае с режимами постоянного напряжения и постоянного тока, которые обсуждались ранее, режим постоянной мощности нуждается в собственном контуре управления. Масштабированные представления напряжения и тока из предыдущих примеров можно перемножить, чтобы получить сигнал, пропорциональный выходной мощности.С этим мы также можем начать регулировать выходную мощность. На рис. 8 показана полная реализация функций постоянного напряжения, постоянного тока и постоянной мощности в одном устройстве.

Правда, приведенные выше графики для трех режимов работы не дают полной картины. Горизонтальные оси для этих графиков были выбраны для выделения частей ВАХ, где действовал желаемый режим работы. Однако схема, показанная выше, включает в себя все три контура управления, работающие вместе. Также важно понимать, как взаимодействуют эти режимы.

На приведенном ниже графике показана кривая напряжения для источника питания, запрограммированного на 48 В, с ограничением напряжения 48 В, ограничением тока 80 А и ограничением мощности 2000 Вт во всем диапазоне нагрузки.

На рис. 9 показан переход между каждым из режимов работы в зависимости от сопротивления нагрузки. Эти переходы плавные, не нужно менять настройки, не нужно переключать биты. Форму графика можно легко изменить, изменив каждую из уставок. Значения V0, V1, R0 и R1 можно изменить, изменив предел напряжения Vlim, предел мощности Plim и предел тока Ilim.Когда сопротивление нагрузки достигает R0, усилитель ошибки мощности имеет самое низкое напряжение из трех усилителей ошибки, поскольку выходная мощность пытается превысить предел мощности. Это приводит к тому, что сигнал усилителя ошибки берет на себя управление контуром. Точно так же, когда сопротивление нагрузки продолжает уменьшаться до R1, достигается ограничение по току, и усилитель ошибки по току начинает действовать.

Применение импульсных источников питания

Источник постоянного напряжения для светодиодов

Возьмем, к примеру, приложение для светодиодного освещения.Яркость светодиода прямо пропорциональна величине тока, протекающего через него, но перегрузка светодиода может значительно сократить срок его службы. При постоянном напряжении для запуска последовательной цепочки светодиодов потребуется либо схема отражения тока, либо внешнее управление током, либо последовательный резистор. Это создает ненужные потери и увеличивает сложность конструкции.

Возьмем последовательную цепочку светодиодов, питаемых от источника фиксированного напряжения, и ток, ограниченный последовательным резистором.Если один из светодиодов выйдет из строя, сумма прямых напряжений светодиодов уменьшится, а напряжение на резисторе соответственно увеличится. Это вызовет увеличение тока через цепочку и рассеивание мощности на резисторе. Более высокие токи и температуры вызовут еще большую нагрузку на оставшиеся компоненты, что в конечном итоге приведет к полному выходу из строя.

При использовании источника постоянного тока неисправный светодиод просто заставит преобразователь снизить выходное напряжение на прямое напряжение светодиода.Ток останется прежним, рассеиваемая мощность уменьшится, а остальные светодиоды продолжат работать. Источники постоянного тока постоянно компенсируют изменения сопротивления нагрузки из-за температуры, допусков компонентов и старения.

Постоянный ток в катодной защите

Другим применением источников постоянного тока Astrodyne TDI является катодная защита с импульсным током. Исторически катодная защита выполнялась с помощью понижающего трансформатора, настроенного на получение правильного тока.Однако со временем изнашивается не только трансформатор, но и изменяется сопротивление мишени. Это приводит к необходимости повторной настройки трансформатора, затрат времени и человеко-часов. Это особенно сложно в отдаленных районах. Имея среднее время наработки на отказ более 250 000 часов, источники постоянного тока Astrodyne TDI могут сократить часы опасной работы и будут выдавать один и тот же ток независимо от изменений целевой нагрузки.

Дополнительную информацию по теме ICCP можно найти в статье Astrodyne TDI: «Успешная адаптация технологии высокочастотного импульсного источника питания к катодной защите с импульсным током».

Режим постоянной мощности для резистивного нагрева

В приложениях, где требуется точное рассеивание мощности, источники постоянного питания Astrodyne TDI превосходны. Со стандартным резистивным нагревательным элементом может произойти значительное изменение выходной мощности из-за влияния температурного коэффициента материала. Сопротивление нагревательного элемента увеличивается с температурой. Этот эффект зависит от материала. Сопротивление некоторых материалов может увеличиться почти вдвое при переходе от эталонной температуры (обычно 20 °C) к их максимальной рабочей температуре.Другие материалы, такие как карбид кремния, демонстрируют нелинейные температурные коэффициенты, при которых сопротивление будет уменьшаться, а затем увеличиваться при более высоких температурах.

Вместо прямых измерений температуры в различных точках обогреваемой области для приблизительного определения подаваемой мощности источник постоянной мощности автоматически отслеживает эти изменения. Это может значительно упростить настройку всей системы и поддерживать более высокую точность, чем традиционные методы.

В системах с более чем одним элементом несоответствие сопротивлений может вызвать большой температурный градиент между элементами и привести к неравномерному нагреву или повреждению элемента.Используя постоянный источник питания для каждого элемента, вы можете гарантировать равномерное распределение тепла в каждом элементе, что приводит к более равномерному нагреву мишени.

Что такое постоянное напряжение? — Санпауэр Великобритания

Что такое постоянное напряжение?


Драйвер постоянного напряжения предназначен для поддержания постоянного уровня напряжения во время работы независимо от изменений тока. Например, Sunpower RS-25-5 может обеспечить 5 В/0~5 А, выходное напряжение остается постоянным на уровне 5 В, а выходной ток варьируется от 0 до 5 А в зависимости от состояния нагрузки.Если источник постоянного напряжения превысит 5А (номинальный ток), то источник питания перейдет в режим защиты от перегрузки (работает от 105~150% номинальной выходной мощности).

Источник постоянного напряжения обеспечивает постоянное напряжение на нагрузке независимо от колебаний или изменений сопротивления нагрузки. Для этого источник должен иметь внутреннее сопротивление, которое очень мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, которую он питает.


Рисунок 1: Идеальное поведение при постоянном напряжении

Вот некоторые из характеристик идеального источника постоянного напряжения:

  • Нулевое внутреннее сопротивление
  • Поддержание одного и того же напряжения независимо от изменения величины тока, потребляемого нагрузкой,
  • Ток не течет, когда цепь не нагружена (разомкнутая цепь).

Как работает источник постоянного напряжения


Чтобы источник напряжения обеспечивал постоянное напряжение, он должен иметь очень низкое внутреннее сопротивление, предпочтительно нулевое, даже если это практически невозможно. Когда сопротивление очень низкое и при использовании правила делителя напряжения большая часть напряжения будет падать на нагрузку, которая имеет более высокое сопротивление. Когда внутреннее сопротивление намного ниже сопротивления нагрузки, так что им можно пренебречь, выходное напряжение источника питания приближается к идеальному постоянному напряжению.


Рис. 2 Идеальный источник напряжения с нулевым импедансом Изображение

В идеальном источнике напряжения сопротивление должно быть равно нулю, и все напряжение падает на сопротивление нагрузки. Однако идеальный источник напряжения, как правило, практически невозможен, и типичный источник напряжения все же будет иметь некоторую форму внутреннего сопротивления.

Источники постоянного напряжения


Обычными источниками постоянного напряжения являются батареи и регулируемые источники питания.Однако батареи не могут обеспечивать постоянное напряжение в течение длительного времени и должны быть перезаряжены или заменены после разрядки. Кроме того, для схемы могут потребоваться другие уровни напряжения, отличные от того, что обеспечивают батареи. В таком случае для регулирования напряжения используются схема преобразования напряжения и регулятор.

Существуют различные способы получения постоянного напряжения в источниках питания или когда входное напряжение выше выходного. Некоторые из методов получения постоянного напряжения включают использование делителя напряжения, последовательного транзистора, стабилитрона или комбинации стабилитрона и переключающего устройства, такого как транзистор или тиристор.Кроме того, можно использовать микросхему стабилизатора напряжения для обеспечения более стабильного выходного сигнала по сравнению с дискретными компонентами. SMPS используются для обеспечения более стабильного и эффективного постоянного напряжения. По сравнению с линейными регуляторами, SMPS лучше, но дороже.

Постоянное напряжение обычно используется в схемах, которые требуют стабильного напряжения для их эффективной работы. Например, драйверы постоянного напряжения используются для параллельного освещения светодиодных лент из-за схемотехники, которая обеспечивает наиболее сбалансированный ток по независимым выходным каналам.

Постоянное напряжение и постоянный ток | Tech

Источник питания — это устройство, которое подает электрическую энергию на нагрузку, и бывает двух типов: источники напряжения и источники тока. В общем случае под источником питания часто понимают источник напряжения, но существуют и источники тока, подающие ток.
Силовая цепь, преобразующая поступающую электроэнергию в требуемую форму и выдающая ее, называется «силовой цепью». Схемы электропитания можно условно разделить на «источники постоянного напряжения» и «источники постоянного тока».

Источник постоянного напряжения

Источник питания постоянного напряжения — это силовая цепь, которая регулирует выходное напряжение на постоянном уровне. Он всегда обеспечивает постоянное напряжение независимо от нагрузки и широко используется в источниках питания для электронных схем.
Большинство электронных схем рассчитаны на работу при постоянном напряжении, поскольку они не могут работать должным образом, если напряжение колеблется непреднамеренным образом.

Источники постоянного тока

Источник питания постоянного тока, с другой стороны, представляет собой схему источника питания, которая регулирует выходной ток на постоянном уровне.Источники постоянного тока используются для питания светодиодного освещения и зарядки аккумуляторных батарей.
Яркость светодиодного освещения определяется текущим значением, поэтому, если текущее значение колеблется, соответственно изменится и яркость. Это не столько проблема для маленьких светодиодных экранов, сколько для больших светильников видно изменение яркости, поэтому требуется стабильный ток.
Также при зарядке аккумуляторов напряжение и ток не пропорциональны из-за характеристик аккумуляторов.Поэтому используется источник питания постоянного тока, чтобы ток подавался независимо от напряжения, подаваемого на батарею.

Преобразование между источником напряжения и источником тока

Источники напряжения и тока могут быть эквивалентно преобразованы друг в друга. Когда напряжение, приложенное к нагрузке, и ток, протекающий через нагрузку, одинаковы, источник напряжения и источник тока функционируют как имеющие одинаковое значение и функцию.
Другими словами, источник напряжения можно эквивалентно преобразовать в источник тока, выполняющий ту же работу для нагрузки, а источник тока можно эквивалентно преобразовать в источник напряжения, выполняющий ту же работу для нагрузки.

Переменный импульсный источник питания

Некоторые блоки питания являются «импульсными источниками питания с переменным переключением», которые могут переключать режимы для включения различных выходов. В дополнение к режиму постоянного напряжения (CV) и режиму постоянного тока (CC), режим постоянной мощности (CP), режим постоянного сопротивления (CR) и т. д. доступны для обеспечения выходного сигнала в соответствии с приложением.

Схема источника постоянного напряжения показана ниже. Источник напряжения содержит источник питания и внутренние резисторы, которые соединены последовательно с источником питания.Напряжение на клеммах V L выражается следующим уравнением.

Следовательно, когда внутреннее сопротивление r 0 достаточно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки R L , V L ≒E 0 . Это приводит к постоянному напряжению на клеммах V L независимо от тока нагрузки I L .

Схема источника постоянного тока показана ниже. Внутреннее сопротивление источника постоянного тока параллельно источнику питания.Выходной ток I L выражается следующим уравнением.

Когда внутреннее сопротивление r 0 равно ∞, I L ≒I 0 . Это делает ток нагрузки I L постоянным.

Источник питания, который имеет такой механизм, как поддержание постоянного напряжения V L и I L , называется источником питания со стабилизацией постоянного тока.
Типы регулируемых источников питания постоянного тока включают «последовательно регулируемые источники питания», в которых цепь управления вставлена ​​между входом и выходом для стабилизации напряжения и тока, и «импульсные источники питания», в которых высокая частота создается путем поворота вход выключается и включается, а затем выпрямляется и контролируется для стабилизации.Источники питания постоянного тока
с регулируемым напряжением подразделяются на «источники постоянного напряжения постоянного тока», чье выходное напряжение стабильно даже при изменении нагрузки, и «источники постоянного тока постоянного тока», чей выходной ток стабилен.
Программируемые источники питания постоянного тока автоматически переключаются в режим постоянного напряжения (CV) или в режим постоянного тока (CC) в зависимости от настроек напряжения и тока и подключенной нагрузки.
Для получения дополнительной информации о достоинствах и недостатках источников питания постоянного тока в зависимости от метода управления и продуктов, с которыми они работают, перейдите по ссылкам ниже.

Связанные технические статьи

Рекомендуемые продукты

Источники питания постоянного тока Matsusada Precision доступны как источники питания постоянного напряжения (режим CV) и источники питания постоянного тока (режим CC), в зависимости от настройки.

Что означает «Постоянное напряжение»?

«Постоянное напряжение» — один из наиболее запутанных терминов, используемых в аудиоиндустрии. Пэт Браун вносит уточнение в этот термин.

Новичков в области аудио часто пугает субъективный характер многих звуковых терминов, которые могут означать разные вещи в разных контекстах.Вот несколько примеров:

«Мост»

  • Режим работы усилителя мощности, в котором два канала, по существу, включены последовательно для достижения большего размаха напряжения. «Давайте замкнем усилитель, чтобы получить большее выходное напряжение».
  • параллельное подключение нагрузки с высоким импедансом через компонентный выход. «Подсоедините вольтметр к линии громкоговорителя, чтобы проверить напряжение».
  • коммутатор данных компьютерной сети. «Нам нужен новый сетевой мост в офисе».

«Завершить»

  • для пайки или обжима разъема на кабеле. «Проводка протянута, но ее еще нужно заделать».
  • для согласования импеданса источника с нагрузкой. «Для правильной работы этот старый пассивный эквалайзер необходимо отключить».
  • для завершения компьютерной программы или подпрограммы. «Завершите работу программы и попробуем перезагрузиться».

«Постоянное напряжение»

Одним из наиболее запутанных терминов является «постоянное напряжение» или CV.Чего это не означает, так это того, что подразумевает название, что напряжение, каким бы ни было его значение, остается неизменным с течением времени. Вот вам и буквальное толкование.

Определение электротехники

Электротехническое определение постоянного напряжения связано с тем, как источник питания управляет нагрузкой. Если нагрузка имеет очень высокий импеданс по отношению к импедансу источника, напряжение, развиваемое на нагрузке, на 90 199 не зависит от значения импеданса нагрузки. Например, если мой 100-омный выходной микшер управляет нагрузкой 10 кОм, интерфейс оптимизирован для передачи напряжения, и практически все напряжение источника подается на нагрузку, потому что очень малая его часть вырабатывается на выходном импедансе источника. .Это цель любого аналогового аудиоинтерфейса. Если бы сопротивление нагрузки было увеличено до 20 кОм или 30 кОм, уровень сигнала (напряжение) на входе не изменился бы. Если импеданс источника уменьшить до 50 Ом или увеличить до 200 Ом, уровень сигнала на нагрузке практически не изменится. Большое несоответствие импеданса между источником и нагрузкой создает оптимизированную по напряжению передачу сигнала, что делает конкретные значения импеданса источника и нагрузки несущественными для передачи сигнала.Наша отрасль делает это таким образом, чтобы сделать интерфейсы более «подключаемыми», не беспокоя пользователя необходимостью учитывать фактические имеющиеся значения импеданса.

Напротив, в интерфейсе с согласованным импедансом напряжение источника сильно зависит от наличия нагрузки, падая до половины значения разомкнутой цепи, когда нагрузка подключена.

Повседневный пример

Примером интерфейса CV является распределение электроэнергии, т.е. бытовая электрическая цепь.Вы можете подключить столько устройств, сколько позволяет номинальный ток автоматического выключателя, но это не повлияет на напряжение. Это не CV, потому что напряжение всегда 120 В переменного тока, это CV, потому что 120 В переменного тока не падает, когда в цепь добавляются дополнительные устройства.

Рис. 1. В электропроводке бытовой электросети используется интерфейс CV.

Обобщая, выходы имеют низкий импеданс, а входы — высокий импеданс, и когда это так, напряжение на нагрузке одинаково, независимо от фактических значений импеданса, следовательно, «постоянное» напряжение.Это соглашение значительно упрощает аналоговые аудиоинтерфейсы. В большинстве случаев вы просто подключаете выход к входу с помощью соответствующего кабеля и продолжаете свою жизнь.

Я всегда добавляю, что это низкочастотная практика (<50 кГц). В высокочастотных интерфейсах (видео, цифровые, РЧ) необходимо использовать согласование импеданса (терминирование) для обеспечения целостности сигнала.

Рис. 2 – Интерфейс постоянного напряжения подключает аудиовыход к входу.Дополнительные нагрузки могут быть подключены к выходу для получения того же сигнала, если общий импеданс не чрезмерно нагружает линию (вызывает падение напряжения сигнала).

Определение аудиоиндустрии

Типичное значение постоянного напряжения в аудиоиндустрии относится к усилителю, управляющему громкоговорителем или громкоговорителями через понижающие трансформаторы. Усилитель работает при полном размахе напряжения, и трансформатор «понижает» это напряжение перед подачей на громкоговоритель.Выходное напряжение усилителя может быть любым, но обычно оно соответствует стандартному значению, такому как 25 В, 70,7 В или 100 В. Это среднеквадратичное напряжение для эталонной синусоиды от усилителя. Конечно, фактическое среднеквадратичное значение V сильно различается в зависимости от материала программы, и в большинстве приложений оно не похоже на синусоиду, которая используется для оценки системы. Это эффективный способ управления несколькими громкоговорителями от одного усилителя, например, в конференц-зале. Кто-то когда-то решил назвать это системой распределения «постоянного напряжения», и, к сожалению, это название прижилось.

Рис. 2 – Система распределения «постоянного напряжения» с использованием понижающих трансформаторов. Выходное напряжение повышающего трансформатора обычно составляет 25, 70,7 или 100 В (номинальное синусоидальное напряжение).

Чтобы добавить путаницы, система распределения звука с «постоянным напряжением» является «постоянным напряжением» по отношению к напряжению между усилителем и нагрузкой (электротехническое определение, приведенное выше). Другими словами, напряжение на линии не зависит от полного сопротивления нагрузки.В противном случае уровень звука от каждого громкоговорителя будет меняться, когда дополнительные громкоговорители подключаются к линии мостом.

На SynAudCon мы предпочитаем называть это «трансформаторно-распределенной акустической системой», а не системой постоянного напряжения, но последний термин, безусловно, будет жить и продолжать вызывать путаницу.

Напряжение, а не мощность…

Как в электротехнике, так и в аудиоиндустрии интерес представляет напряжение.Интерфейс разработан таким образом, что напряжение сигнала на входе усилителя предсказуемо влияет на амплитуду частотной характеристики громкоговорителя у слушателя. Это напряжение сигнала, которое мы формируем с помощью наших сигнальных процессоров. Интерфейс CV необходим для того, чтобы звуковые фильтры (аналоговые или цифровые), расположенные перед усилителем мощности, оказывали предсказуемое влияние на уровень звукового давления у слушателя. Если бы это был оптимизированный по мощности интерфейс (согласованный по импедансу), то это было бы не так, поскольку на напряжение нагрузки (и результирующую частотную характеристику громкоговорителя) повлияла бы кривая импеданса громкоговорителя. Поскольку импеданс фиксирован и определяет протекание тока, напряжение является единственным параметром сигнала, который мы можем напрямую изменить, настроив элемент управления или применив фильтр.

Да, мы занимаемся «напряжением», хотя напряжение часто скрыто внутри номинальной мощности. В заключение, просто помните, что в системе «постоянного напряжения» напряжение совсем не постоянное. Точнее, на него не влияют изменения импеданса нагрузки.

Если вы действительно хотите вникнуть в детали этих систем, вот онлайн-курс обучения, который поможет вам освоиться.

пб

 

Источник постоянного напряжения – обзор

4.8 Модуляция мощности системы дуговой сварки

Из-за динамического поведения дуги ток и напряжение во время дуговой сварки постоянно изменяются. Мощность дуги регулируется сварочным током и напряжением. Ток положительно влияет на скорость плавления расходуемого электрода, присадочного и основного материалов [111]. Напряжение влияет на длину дуги и сварочный ток [72].Источник питания постоянного тока обычно используется для GTAW или PAW, тогда как источник питания постоянного напряжения используется для процесса GMAW. В GTAW или PAW ток предустановлен, и любые изменения сварочного тока из-за изменения длины дуги не критичны из-за использования неплавящегося электрода и отдельно используемого присадочного материала. В GMAW напряжение и скорость подачи проволоки задаются заранее, а сварочный ток регулируется скоростью подачи проволоки [72]. Изменение скорости подачи проволоки изменяет длину дуги и напряжение дуги, что, в свою очередь, изменяет ток дуги и скорость плавления электрода для поддержания равновесной длины дуги.

Обычная GTAW обычно выполняется с источником питания переменного тока, поскольку он предотвращает перегрев электрода, удаляет оксиды во время положительной фазы и глубоко нагревает заготовку во время отрицательной фазы. Источник питания переменного тока также используется в гибридном лазерном процессе GTAW [86, 111]. Использование источника постоянного тока в гибридном CO 2 лазере GTAW приводит к более высокому подводу энергии и увеличению срока службы электрода [56]. Источник питания постоянного тока с положительным электродом используется в обычном процессе GMAW, а также в гибридном лазерном процессе GMAW, который увеличивает скорость осаждения [112].Использование импульсного режима как в гибридном лазерном GTAW, так и в гибридном лазерном GMAW, уменьшает количество разбрызгивания и зоны термического влияния. Ширина и частота импульсов являются дополнительными параметрами, которые необходимо контролировать при использовании импульсного тока [70]. Ширина импульса определяет длительность импульса (пиковый ток), а также влияет на размер капли металла и ширину конуса дуги [113]. Частота импульсов регулирует общий подвод тепла к зоне сварки [34]. Импульсная дуговая сварка в сочетании с импульсным лазером также может использоваться для гибридной лазерной дуговой сварки [51].

Способ переноса металла является важным фактором, на который влияют мощность дуги, вылет и диаметр электрода, расстояние между лазером и дугой, а также состав и давление защитного газа [39,106]. Существует три различных режима переноса металла, наблюдаемых во время дуговой сварки: выбрасываемый/распылительный перенос, гравитационный/шаровидный перенос и перенос короткого замыкания [12]. Величины и направления электромагнитной силы и силы сопротивления плазмы, действующие на каплю, влияют на поведение капель [114,115].Температурное поле, схема течения жидкости и геометрия сварочной ванны сильно зависят от процесса удара капли из-за передачи массы, энергии и импульса в сварочную ванну [116]. Распылительный перенос предпочтительнее при гибридной лазерно-дуговой сварке для обеспечения глубокого проплавления из-за высокого подвода тепла на единицу длины при сохранении высокой скорости сварки [98]. Меньшая турбулентность сварочной ванны наблюдается при использовании струйного переноса металла за счет выброса мелких капель приполнителя в сварочную ванну [117].Использование импульсного тока усиливает передачу режима распыления металла, поскольку использование пикового тока при малой длительности импульса и частоте импульсов влияет на образование металлических капель и частое их отрыв, что снижает вероятность образования более крупных капель, что является характерной чертой гравитационного переноса. 70]. Глобулярный режим переноса металла наблюдается при малом расстоянии между лазером и электродом, тогда как спрей-режим достигается при увеличении расстояния [118].

Отношение мощности лазера к мощности дуги также является важным фактором для гибридной лазерно-дуговой сварки, который влияет на геометрию сварного шва, металлургические свойства сварного шва, остаточное напряжение и характер деформации [9,59,83].Это уравновешивает воздействие лазерного луча и дуги на общую сварочную ванну. Более высокий коэффициент энергии обеспечивает узкий и глубокий шов и увеличивает скорость сварки [83]. Размер валика сварного шва увеличивается с увеличением мощности дуги до тех пор, пока не будет достигнуто установившееся состояние. Однако очень высокая мощность дуги вызывает уменьшение глубины проплавления из-за изменения переноса моды металла с переноса распылением на перенос шариков.

Постоянное напряжение и постоянный ток – Armacost Lighting

Какой тип светодиодного драйвера мне нужен?

При всем многообразии источников питания для светодиодов найти подходящий драйвер светодиода для вашей установки светодиодного освещения может оказаться сложнее, чем вы думаете.Существует множество факторов, которые следует учитывать при поиске наилучшего решения, отвечающего вашим конкретным требованиям к установке. Если вам нужна помощь в поиске лучшего блока питания для вашей установки, обратитесь к нашему руководству по покупке блока питания для светодиодов здесь. Понимание требований к питанию является важным началом, но понимание разницы между постоянным током и постоянным напряжением может помочь вам избежать дорогостоящих ошибок.

Постоянное напряжение Драйверы светодиодов постоянного напряжения

рассчитаны на одно выходное напряжение постоянного тока.Наиболее распространенными примерами этих типов источников питания являются 12 В постоянного тока или 24 В постоянного тока. Светодиодные фонари часто указывают напряжение, на которое они рассчитаны. Блоки питания постоянного напряжения для светодиодов питаются от стандартного сетевого напряжения (120 В переменного тока), что является типичным выходным напряжением в настенных розетках в домашних условиях. Эти типы источников питания для светодиодов преобразуют напряжение переменного тока (VAC) в значительно более низкое напряжение постоянного тока (VDC). Однако напряжение всегда будет оставаться постоянным (либо 12 В, либо 24 В) независимо от текущей нагрузки.Драйверы постоянного напряжения лучше всего подходят для установок, где необходимы долговечность и эффективность.

Постоянный ток Источники питания постоянного тока

для светодиодов имеют фиксированный выходной ток и переменный диапазон выходного напряжения. Эти драйверы работают, изменяя напряжение в электронной цепи; это позволяет току оставаться постоянным во всей установке светодиодного освещения. При более высоком номинальном токе светодиоды будут казаться ярче, однако, если они не регулируются, светодиоды будут потреблять больше тока, чем рассчитано.Это приведет к резкому сокращению срока службы светодиодов и преждевременному перегоранию из-за перегрева. Хотя постоянный ток отлично подходит для мощных светодиодов, из-за повышенной яркости эти источники питания для светодиодов имеют тенденцию сокращать срок службы светодиодной системы.

Пример этикетки постоянного тока

Что лучше: постоянное напряжение или постоянный ток?

Почему постоянное напряжение?

Постоянное напряжение, с другой стороны, имеет тенденцию быть немного более дорогим, гораздо более энергоэффективным и использовать электрические компоненты с более высокими номинальными характеристиками.Драйверы светодиодов, использующие постоянное напряжение, намного лучше рассеивают тепло и требуют дополнительной цепи для подачи соответствующей мощности в систему светодиодного освещения. Эти факторы приводят к более эффективным и долговечным светодиодам. Эти блоки питания специально разработаны для использования со светодиодными лентами, лентами, шайбами ​​и линейными линейными светодиодными панелями. В конечном счете, светодиодные драйверы постоянного напряжения идеально сочетаются со светодиодными установками под шкафами, поскольку они наиболее энергоэффективны и продлевают срок службы светодиодов.

Почему постоянный ток?

Блоки питания постоянного тока для светодиодов лучше всего работают с мощными или очень большими светодиодными осветительными установками, которые обычно не используются в домах. Эти типы светодиодных драйверов отлично подходят для мощных светодиодов или если срок службы светодиодов не имеет значения. Как указывалось ранее, эти блоки питания позволяют использовать более яркие светодиоды, но поскольку ток не регулируется. Без устройства ограничения тока светодиоды потребляют больше тока, что увеличивает температуру, более горячие светодиоды означают меньшую эффективность и более короткий срок службы.

Если у вас все еще есть вопросы о том, какой тип блока питания лучше всего подходит для вас, ознакомьтесь с нашей публикацией «Как выбрать блок питания» или свяжитесь с нами по адресу [email protected]

.

Постоянное напряжение — HomoFaciens



Новости Проект Технологии РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Скачать Ответы Игры Советы по покупкам Контакт


<<< Широтно-импульсная модуляция         H-мост >>>

Видео о постоянном напряжении


Сравнение идеального источника напряжения с реальным

Идеальный источник постоянного напряжения обеспечивает постоянный потенциал между его клеммами для любого протекающего через него тока — однако мы живем не в идеальном мире, но наше намерение — максимально приблизиться к нему.Давайте познакомимся со свойствами аккумуляторной батареи 12 В:

. Рисунок 1:
Номинальное выходное напряжение батареи составляет 12 В, но почти каждый раз, когда вы подключаете вольтметр к клеммам батареи, вы обнаружите значение, хотя бы немного отличающееся от этих 12 В. Химические процессы, генерирующие выходное напряжение, зависят от концентрации определенных ионов внутри батареи. Концентрация колеблется всякий раз, когда батарея разряжается или заряжается.Напряжение окончания заряда и, следовательно, максимальное напряжение не должно превышать 14 В, и вы должны прекратить разрядку аккумулятора при достижении потенциала 11,2 В.

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

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

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

Обычно бывает: Чем выше емкость батареи, тем меньше внутреннее сопротивление, так как размеры электродов, в основном площадь их поверхности, тоже увеличиваются.

Регулировка напряжения

Есть несколько способов получить более постоянное напряжение, чем может обеспечить батарея.В главе о делителях напряжения мы узнали, как получить часть напряжения, обеспечиваемого источником питания. Предположим, что нашей схеме требуется входное напряжение 5 В, когда устройство подключено к батарее 12 В из приведенного выше примера. При использовании постоянных резисторов потенциал на выходе делителя напряжения уменьшается с уменьшением напряжения батареи в процессе разрядки или всякий раз, когда к цепи подключается другая нагрузка. Выходное напряжение делителя можно отрегулировать, если используется один потенциометр.Переменное сопротивление потенциометра позволяет регулировать выходное напряжение делителя при каждом изменении напряжения батареи. Еще одним переменным резистором является транзистор, из которого можно построить схему стабилизатора :

Рисунок 3:
Базовый вывод NPN-транзистора подключен к делителю напряжения, образованному R 1 и стабилитроном 5,1 В. Как объяснялось в главе о делителях напряжения, стабилитрон обеспечивает почти постоянное напряжение 5.1 В, пока входное напряжение превышает это значение. Как только к выходным зажимам схемы подключается нагрузка, линия эмиттер-коллектор транзистора и нагрузка образуют второй делитель напряжения схемы. Если сопротивление нагрузки постоянно, результирующее выходное напряжение на нагрузке обусловлено переменным сопротивлением линии эмиттер-коллектор транзистора. При напряжении эмиттер-база 0,5 В сопротивление явно выше нескольких мегаом, в то время как оно уменьшается до нескольких ом и ниже при напряжении базы 0.7В. Обычно сопротивление нагрузки явно ниже максимального и явно выше минимального сопротивления линии эмиттер-коллектор, поэтому напряжение эмиттер-база всегда составляет около 0,6В, пока схема подключена к напряжению питания.

Для напряжения на нагрузке и, следовательно, потенциала на эмиттерном выводе транзистора:

U Эмиттер = U Выход = U Вх * R Нагрузка / (R Нагрузка + R Транзистор ) = U Стабилитрон — U EB или
U EB = U Стабилитрон — U В * R Нагрузка / (R Нагрузка + R Транзистор )
или
R Транзистор = R Нагрузка * (U В / (U Стабилитрон — U ЭБ ) — 1)


Где находится:
U Излучатель — потенциал между землей и излучателем
U В — Входное напряжение цепи
R Нагрузка — Сопротивление нагрузки
R Транзистор — Сопротивление линии эмиттер-коллектор транзистора
U Стабилитрон — Падение напряжения на стабилитроне (постоянное)
U BE — Напряжение эмиттер-база (почти постоянное, примерно 0.6V)

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

U Выход = U Стабилитрон — U EB

Разница между входным и выходным напряжением должна быть больше, чем базовое напряжение, необходимое для насыщения биполярного NPN-транзистора.Обычно это 0,7 В (1,3 В на транзисторах Дарлингтона) и выше. Минимальная требуемая разница напряжения между входом и выходом называется падением напряжения . Падение напряжения при подключении нагрузки к выходным зажимам, вызванное внутренним сопротивлением источника напряжения, подключенного к входным зажимам, также необходимо учитывать, поскольку выходное напряжение схемы регулятора не может превышать входное напряжение.
Режим переключения транзистора называется эмиттерным повторителем или биполярным повторителем напряжения , потому что потенциал эмиттера соответствует (почти) потенциалу базы, которая является входом транзистора.Схема называется линейным регулятором , потому что существует линейная зависимость между сопротивлением транзистора и входным напряжением. Сопротивление регулятора изменяется в зависимости от нагрузки и входного напряжения, что приводит к постоянному выходному напряжению.
Транзистор часто называют проходным транзистором , потому что устройство пропускает напряжение (строго говоря ток и, следовательно, электрическую энергию) от входа к выходу цепи.
Рисунок 4:
Используя операционный усилитель в режиме компаратора, можно значительно повысить стабильность выходного напряжения:
Коэффициент усиления операционного усилителя явно выше, чем у одного биполярного транзистора, поэтому транзистор управляется более высоким током всякий раз, когда напряжение на инвертирующем входе падает ниже напряжения на неинвертирующем входе, который подключен к опорному напряжению при стабилитрон.Результирующее выходное напряжение может быть отрегулировано до произвольного значения между U Zener и (почти) входным напряжением.

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

Рассеиваемая мощность

Линейный источник питания регулирует выходное напряжение, постоянно рассеивая мощность на проходном транзисторе. Если входное напряжение 12 В, а выходное напряжение всего 5 В, а к выходным зажимам подключена нагрузка 100 Ом, то для мощности, рассеиваемой транзистором, получим:

I = 5 В / 100 Ом = 50 мА
P выход = 5 В * 50 мА = 250 мВт
P Транзистор = 7 * 50 мА = 350 мВт

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

Импульсный регулятор

Рисунок 6:
В этой схеме левый операционный усилитель работает как триггер Шмитта. Выходное напряжение не такое плавное, как на верхней схеме.Он колеблется с амплитудой примерно 1,0 В, в зависимости от значений сопротивления R 4 и R 5 . P-канальный полевой МОП-транзистор полностью открывается всякий раз, когда входное напряжение триггера Шмитта достигает нижнего порога, и полностью закрывается при достижении верхнего порога, поэтому транзистор проводит очень мало времени в переходах с высоким рассеянием. , поэтому потери энергии сведены к минимуму. В идеале эта схема не рассеивает мощность, однако в реальном мире всегда есть потери.Скорость нарастания операционного усилителя ограничивает время, необходимое для изменения состояния переключения транзистора (у которого скорость нарастания тоже не бесконечна), а ток переключения всегда вызывает некоторый шум, который также ухудшает эффективность. Второй операционный усилитель используется для небольшого повышения эффективности за счет уменьшения обратной связи между входом и выходом триггера Шмитта. C 1 требуется для буферизации электроэнергии в выходной цепи. Чем выше емкость, тем ниже частота переключения транзистора.

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

Искажения

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

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

Как объяснялось в главе о RC-цепях, фильтр нижних частот можно использовать для блокировки высокочастотных сигналов переменного тока. Чем выше сопротивление или емкость линейной цепи, тем лучше характеристика фильтра. Микросхемам часто требуется очень плавное постоянное напряжение, в то время как они потребляют лишь небольшой ток, поэтому фильтр нижних частот является дешевым и эффективным способом устранения доли переменного тока во входном напряжении.Но помните, что напряжение на выводах питания ИС зависит от тока питания при подключении к фильтру нижних частот (резистор увеличивает внутреннее сопротивление источника питания ИС). Типичное значение для резистора составляет 10 Ом.

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

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

Постоянный ток

Иногда приложение требует постоянного тока вместо постоянного напряжения. Например, электролиз — это метод использования постоянного электрического тока для запуска химической реакции, которая в противном случае не могла бы протекать самопроизвольно. Хромирование – это метод гальванического нанесения тонкого слоя хрома на металл.
Пока сопротивление нагрузки постоянно, ток, протекающий через выходные зажимы регулятора напряжения и, следовательно, через нагрузку, также остается постоянным.Если сопротивление нагрузки уменьшается, напряжение поддерживается на постоянном уровне, а ток увеличивается. Схема регулятора должна быть изменена, чтобы получить другой тип обратной связи: с уменьшением сопротивления нагрузки выходное напряжение схемы также должно уменьшаться:

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

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

U EB = U Z — I * R 2

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

Имеется петля отрицательной обратной связи: Если ток, протекающий через выходную петлю и т.д. через R 2 увеличивается, вызванный уменьшением сопротивления нагрузки, напряжение эмиттер-база уменьшается ( помните, что напряжение стабилитрона постоянно, а потенциал на эмиттере увеличивается), следовательно, сопротивление линии эмиттер-коллектор транзистора увеличивается, уравновешивая уменьшающееся сопротивление нагрузки.Увеличение входного напряжения также вызовет увеличение тока через нагрузку, что также уравновешивается увеличением сопротивления транзистора.
Базовое напряжение составляет около 0,6 В, поэтому для тока, протекающего через выходную цепь, мы получаем:

I = (U Z — 0,6 В) / R 2

При включении потенциометра параллельно стабилитрону можно плавно регулировать ток. Учитывайте максимальную рассеиваемую мощность резистора:

P Макс. = (U Z — 0.6В) 2 / Р 2
или
R 2 = (U Z — 0,6 В) 2 / P Макс.


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

<<< Широтно-импульсная модуляция         H-мост >>>


Новости Проект Технологии РобоСпатиум Делать вклад Предметный указатель Архивы Скачать Ответы Игры Ссылки Советы по покупкам Контакт Выходные данные



.

0 comments on “Постоянное напряжение это: Постоянный и переменный ток | Полезные статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.