Наверное, каждый человек с детства усвоил, что электрический ток — это что-то такое, от чего работают практически все приборы в доме. У многих электричество ассоциируется с яркой молнией в небе, а у кого-то — с электрической розеткой и наивным детским желанием засунуть туда палец.
Электроток можно описать как упорядоченное движение электрических частиц (электронов, ионов или дырок). Однако такое определение является верным лишь отчасти, ведь электрический тoк можно разбить на два вида:
- Переменный. С течением времени такой ток меняет своё направление или величину.
- Постoянный. Не изменяется по величине и направлению.
Казалось бы, почему тогда в розетках и линиях электропередач идёт переменный электроток? Ответ прост — из-за меньших энергетических потерь, которые в случае с постоянным были бы просто гигантскими.
Рассмотрим постоянный тoк более подробно.
Постоянный тoк
Для ответа на вопрос о том, какой ток называется постоянным, достаточно прочитать вышеприведённое общее определение электрического тoка и краткое определение постоянного тока. Итак, постоянный ток — это упорядоченное движение электрических частиц, в процессе которого эти частицы не меняют своего направления, и величина тока не изменяется.Также это явление можно описать более широко, опираясь на физические процессы, происходящие при этом. Наверняка каждый помнит понятия «плюса» и «минуса» из школьного курса физики, то есть понятия полюсов, заряженных разноименными зарядами. Для понимания процесса протекания нашего электротока можно представить обыкновенную пальчиковую батарейку и провод, который одним концом соединяется с положительным полюсом, а другим — с отрицательным (делать такое на практике крайне нежелательно из-за возможности испортить источник питания, а в случае с большими аккумуляторами даже получить ожоги и травмы).
Итак, как только второй конец провода будет замкнут, то есть присоединён к полюсу, в цепи сразу появится движение электронов. От отрицательного полюса, то есть полюса, на котором наблюдается избыток элементарных электрических зарядов, эти заряды станут перетекать к положительному полюсу, где их, наоборот, дефицит. Можно сказать, что это движение призвано сбалансировать количество зарядов с обеих сторон. Когда это произойдёт, электроны перестанут двигаться, то есть батарейка разрядится.
Как обозначается ток и закон Ома
Если рассматривать пример с батарейкой, описанный выше, с точки зрения физики, то в нём будут фигурировать три составляющие — сила тoка, напряжение и сопротивление. Говоря о том, как обозначается постоянный ток, подразумевается именно сила тoка. Обозначается она буквой I. Напряжение — буквой U, а сопротивление — R.
Три этих характеристики легли в основу известнейшего в электротехнике и незаменимого почти при любых расчётах электрических схем закона, называемого законом Ома, в честь его создания. Кстати, единицы измерения сопротивления носят такое же имя — Омы.
Звучит этот закон следующим образом — сила тoка I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R: I=U/R.
Для измерения всех вышеперечисленных величин существуют специальные приборы. Для тoка — амперметр, для напряжения — вольтметр, для сопротивления — вольтметр. Например, можно измерить силу тока, если подключить амперметр последовательно элементу, на котором мы и должны найти указанную характеристику. Существую приборы, комбинирующие в себе все вышеперечисленные средства измерения — мультиметры.
Источники питания
Для питания той или иной аппаратуры необходимо использование специальных средств — источников постоянного тока. Такие приборы, также называемые блоками питания, есть практически в любых электронных средствах, начиная с телевизоров и заканчивая зарядными устройствами для телефона.
Классифицировать такие источники можно следующим образом:
Гальванические элементы. Это привычные всем аккумуляторные батареи, которые работают с помощью химической реакции, происходящей внутри батареи.- Генераторы. Устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции.
- Выпрямители. Наиболее применяемые устройства в бытовой электронной аппаратуре. Они преобразуют переменный электроток из розетки в постоянный.
Гальванические элементы. Это привычные всем аккумуляторные батареи, которые работают с помощью химической реакции, происходящей внутри батареи.Данную классификацию можно разделить и на другие подкатегории, более специфические и универсальные. Выбор источника питания основывается на типе эксплуатации прибора, где он будет использоваться.
Технический прогресс с появлением электричества начал развиваться семимильными шагами. Новый вид энергии и практическое применение продуктов, получаемых в результате её преобразования, изменили класс жизни человека.
Движение частиц при постоянном и переменном токах
Что такое электрический ток
Перемещения свободных носителей электрических зарядов в вакууме или веществе в фиксированном направлении назвали электрическим током. Свободными носителями в металлах являются электроны, в жидкостях или газах – ионы. Название «ток» имеет два толкования. Первое – обозначает само продвижение электрического заряда в проводнике, второе – оценку числа электронов, проходящих по проводнику за 1 с. Его силу можно определить по Закону Ома.
I=U/R,
где U – напряжение, В; R – сопротивление, Ом.
Ток постоянный и переменный
Электроны в проводниках движутся от плюса к минусу. Движение равномерное, всё время с постоянной величиной. Если задаться вопросом, какие токи носят определение постоянных, сначала нужно хорошо представлять, куда течёт ток.
Внимание! Направлением тока считают то направление, куда движутся положительно заряженные частицы: от плюса к минусу. Хотя дорога свободных электронов лежит от минуса к плюсу.
Направление постоянного тока
Значит, постоянный ток – это направленное перемещение заряженных частиц, несущих в себе положительный заряд, которые не меняют свои величину и направление с течением времени. Все остальные токи – переменные. В этом их разница.
Alternative Current – AC, так обозначается переменный ток на приборах. Direct Current – DC, это понятное обозначение постоянного тока.
Постоянный и переменный ток
Различия токов
Незнание отличий приводит к неправильному подключению потребителей напряжения к источникам питания. Это вызывает повреждение приборов или, того хуже, опасные для жизни ситуации.
Чтобы чётко разобраться, какой ток называется переменным, какой постоянным, нужно сопоставить параметры.
При сравнении характеристик этих двух видов электричества выделяют отличия:
- Физические – у переменного тока сила и направление состоят во временной зависимости. В бытовой сети частота пульсации – 50 Гц. Полярность изменяется по синусоиде 50 раз за секунду. Носители зарядов постоянного тока направленности не меняют.
- Конструктивные – на выводах или контактах у DC присутствуют « + » и «– », а у АС на электродах – «ноль» и «фаза». В случае трёхфазной сети 4 контакта: один «ноль» и три «фаза».
- Принцип вырабатывания – постоянный ток получают в результате электролитических и химических реакций окисления, работы генераторов постоянного тока и солнечных батарей. Переменный ток вырабатывается трёхфазными генераторами.
- В преобразовании – оба вида получают путём превращения одного в другой посредством полупроводниковых выпрямителей и инверторов.
Для информации. В мире действует два головных стандарта частоты и напряжения в потребительской сети переменного тока. Европейский стандарт – 50 герц, 220-240 вольт, и американский – 60 герц, 100-127 вольт.
Преимущества переменного тока
Аккумуляторные батареи практичны как источник постоянного электричества. Однако бесконечно снабжать токоприёмники энергией без подзарядки они не могут. Поэтому создание изменяющегося во времени тока и его доставка потребителю – главные задачи энергосистемы страны. К преимуществам этого вида относятся:
- лёгкость преобразования из одной величины напряжения в другую;
- допустимость передачи на дальние расстояния по ЛЭП к распределительным сетям;
- возможность реализовывать трёхфазные схемы энергоснабжения;
- ориентированность на потребителей производственных предприятий, рассчитанных на питание переменным током.
Снизить или повысить величину напряжения переменного тока проще. Для этого стоит только пропустить его через трансформатор. Большой КПД этого преобразователя – 99%, потеря мощности – лишь 1%. Трансформатор, имея отдельные обмотки по напряжению, ещё разделяет высокое напряжение от низкого, что допускает возможность разделить установки до 1000 В и свыше 1000 В.
Атомные и гидроэлектростанции расположены в местах, отдалённых от центральных районов расположения потребителей. Поэтому напряжение добытой электроэнергии повышают до сотен кВт, чтобы снизить потери при транспортировке, и передают по ЛЭП в нужное место, где снова понижают.
Гидроэлектростанция – ГЭС
Применяя трёхфазное переменное напряжение, повышают производительность структуры энергосистемы. Передача одинаковой мощности трёхфазной сети требует меньшего количества проводников, в отличие от однофазной линии.
Важно! Если сравнить два трансформатора одинаковой мощности, то габариты однофазного трансформатора больше, чем трёхфазного. Изготовление асинхронных двигателей обходится дешевле, чем двигателей постоянного тока. В них отсутствуют коллектор и щётки, по мощности при одинаковых размерах асинхронные двигатели обгоняют постоянные в 2-3 раза.
Недостатки постоянного тока
Кроме того, что источники этого вида тока имеют непростую конструкцию, они сложнее в эксплуатации. При КПД, равном 94%, предельная мощность этих машин не выше 20 МВт. Присущи и другие минусы:
- для повышения или понижения напряжения применяют сложные схемы;
- двигатели, рассчитанные на потребление такого электричества, также конструктивно сложны и недешевы;
- развязка низкого и высокого напряжения требует сложных решений.
Полностью отказаться от таких источников и потребителей не получается, так как они востребованы и имеют свои преимущества.
Недостатки переменного тока
При передаче энергии изменяющего направление тока на большие расстояния возникают затруднения. Создание Единой Энергетической Системы выявило ряд недостатков:
- пропускная способность кабельных линий низкая из-за ёмкости между проводниками и землёй;
- при объединении и кольцевании ветвей системы, расположенных друг от друга на больших расстояниях, невозможно выполнить синхронизацию станций;
- пороговый предел устойчивости, необходимый для согласования, заканчивается на длинах линий свыше 500 км, при этом требуется повышение напряжения до 450 кВ, что приводит к удорожанию оконечного оборудования.
К сведению. При повышенном напряжении у воздушных линий возникает коронный разряд. Это процесс ионизации у проводников с малым радиусом. Чтобы в этом случае не происходило стекание электричества, приходится увеличивать диаметр проводов, это ведёт к удорожанию линии.
Преимущества постоянного тока
Какие качества делают незаменимым постоянный ток? К плюсам относятся:
- в цепях нет реактивной мощности, которая приводит к потерям;
- параллельно работающие генераторы нет необходимости синхронизировать;
- повышенная дальность передачи энергии в больших объёмах;
- безопасность для человека при соприкосновении с токоведущими жилами.
К достоинствам добавляется то, что такое электричество, как постоянный ток, течёт по всему сечению проводника, поэтому потери мощности минимальны.
Плотность расположения зарядов по сечению проводника
История появления и «войны токов»
Никола Тесла и Томас Эдисон не дожили до того момента, когда представитель компании Consolidated Edison поставил точку в борьбе двух технологий. Переменный электрический ток одержал победу. В 2007 году ведущий инженер компании отсоединил кабель, символизирующий питание Нью-Йорка постоянным током.
Сербский учёный Никола Тесла ещё в 1882 году придумал, как применить эффект вращающегося электромагнитного поля. В то время Эдисон уже ввёл в строй 2 электростанции, вырабатывающие постоянный ток, и организовал производство кабелей, устройств освещения и динамо-машин. Тесла одно время работал в компании Эдисона и ремонтировал машины постоянного тока. Эдисон обещал Николе заплатить за проекты по модернизации двигателей, но выплатить вознаграждение за проведённую работу отказался. Тесла продал патенты своих изобретений Джорджу Вестингаузу, президенту компании Westinghouse Electric Corporation за 1 млн. долларов. Первая электростанция на 500 В изменяющего свою полярность электричества запущена в 1886 г. Война токов продолжалась более века.
Источники постоянного электрического тока
Для его получения используют специальный генератор, работа которого основана на законе электромагнитной индукции – ЭДС. Если вращать металлическую рамку, в зоне действия электромагнитного поля возникнет ЭДС, и по рамке потечёт электричество.
Генератор постоянного тока
Внимание! Увеличение ЭДС получают повышением силы поля или скорости вращения рамки. Снижения пульсации полученного движения электричества добиваются добавлением числа рамок.
Немеханические производители электричества постоянной природы:
- солнечные батареи;
- гальванические элементы;
- термохимические элементы.
Аккумуляторы энергии из этой группы ограниченного срока действия и требуют периодической подзарядки.
Источники постоянного тока
Применение
Использование в электронике для питания схем – это не конечные варианты применения DC. Постоянный ток нашёл употребление в следующих случаях:
- в электролизе – получение в промышленных масштабах металлов из солей и растворов;
- гальванопластике и гальванизации – покрытие металлами электропроводящих поверхностей;
- в сварочных работах – работа с нержавеющей сталью;
- на транспорте – двигатели трамваев, электровозов, троллейбусов, ледоколов, подводных лодок;
- в медицине – ввод лекарственных препаратов в организм при электрофорезе.
Для информации. В СССР начинали электрификацию железной дороги постоянным током на участках Баку – Сурамский перевал и Сабучини. До Великой Отечественной войны напряжение составляло 1,5 кВ, потом было переведено на 3 кВ. В общей сложности половина ж/д линий работало от этого вида тока.
Переменный ток
Вынужденные гармонические электромагнитные колебания – это синусоидальный ток. Колебания происходят с частотой 50 Гц в секунду. Напряжение и ток за период в среднем равны нулю.
Чем постоянный ток отличается от переменного, и каков его путь от источника до потребителя?
Ток постоянный не совершает колебаний, в этом постоянный и переменный ток различаются. Подача Direct Current – DC к потребителям также происходит по проводам и кабелям. Действуют до сих пор ЛЭП Волгоград – Донбасс.
Преобразование
К бытовым приборам, требующим снабжение схем электричеством типа DC, его подают через блоки питания. Это схемы, включающие в себя понижающий трансформатор и выпрямляющий блок. При подключении блока питания к устройству следят за совпадением их параметров по напряжению и мощности. Параметры указаны на корпусе прибора.
Блок питания от сети 50 Гц
В настоящий момент оба вида электричества отлично уживаются в современном мире. Схемы смешанного питания потребителей только дополняют друг друга.
Видео
Источники и применение постоянного тока
Всем привет. Добро пожаловать на мой сайт. И в сегодняшней статье, мы с вами поговорим о том, что такое постоянный ток, какие бывают источники постоянного тока и где его применяют.
Постоянный ток – это электрический ток, который не меняет своего направления и не изменяется по величине с течением времени.
Чтобы вам было более понятно, смотрите на график.
Как видите, постоянный ток обозначен красной прямой линией. А переменный ток обозначен зелёной линией, и он колеблется с определённой частотой.
Обозначается постоянный ток, как тире (—). Так же в схемах и на приборах данный ток обозначается двумя большими латинскими буквами DC (Direct Current).
Измеряется в Амперах (А).
Источники постоянного тока и его применение.
Постоянный ток можно легко получить вследствие определённой химической реакции, если смешать нужные химические элементы. Именно таким образом его когда-то и открыли учёные.
Но время не стоит на месте, и сейчас, в нынешнем мире существует очень много источником постоянного тока. И он очень широко применяется как в быту, так же и на производстве.
Для начала давайте рассмотрим, какие бывают источники постоянного тока в домашних условиях.
А это реально все электрические приборы, у которых есть блоки питания: компьютер, зарядка к мобильному телефону, DVD – плеер, TV – тюнер, телевизор и много другое. Просто в данных случаях постоянный ток получают из переменного тока, при помощи специальных трансформаторов, стабилизаторов, фильтров и так далее.
Как вы уже поняли в этих же приборах он и используются.
А самыми непосредственными источниками постоянного тока являются все накопители тока. Простыми словами это может быть обычная пальчиковая батарейка, батарея на мобильном телефоне, аккумулятор в автомобиле.
На предприятиях, где нужны очень большие мощности, в качестве источника постоянного тока могут использоваться специальные машины – генераторы. Или так же само, как и в домашних условиях, могут получать постоянный ток из переменного тока.
Ещё постоянный ток широко применяется в транспортной сфере. Не могу не сказать об знаменитых электромобилях, а ведь они работают на постоянном токе.
Так же и много другой техники: трамваи, троллейбусы, краны, экскаваторы, самосвалы и многие другие.
И в качестве закрепления материала советую вам посмотреть видео.
На этом у меня всё. Надеюсь статья была вам полезной. Нажимайте на кнопки социальных сетей и подписывайтесь на обновление. Пока.
С уважением Александр!
Читайте также статьи:
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 Вольт, 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 фазой и нулем или землей 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.
- Первоначальный этап преобразования— это подключение диодного моста, состоящего из 4 диодов достаточной мощности (на рисунке ниже), который срезает верхние границы переменных синусоид или делает ток однонаправленным.
- Второй этап— это подключение параллельно на выход с диодного мостика конденсатора или сглаживающего фильтра, который исправляет провалы между пиками синусоид. Обратите внимание, как выглядит синусоида после прохождения через диодный мост (на рисунке выделена зеленным цветом).
И как уменьшаются пульсации (изменения напряжения) после подключения конденсатора- на рисунке выделено синим цветом.
- Далее при необходимости для уменьшения уровня пульсаций, дополнительно могут применяются стабилизаторы тока или напряжения.
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.
Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.
Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.
Что такое фаза, ноль, заземление читайте в следующей нашей статье.
Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.
Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.
И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.
источник картинки: выключатель-автоматический.рф
Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.
Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.
Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.
Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.
Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.
Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.
Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.
Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.
Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.
Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.
При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.
Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:
Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.
Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.
Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть схемы различных ЭПРА, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.
источник картинки: aliexpress.com
Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.
Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.
Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.
источник картинки: bigclive.com
Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.
источник картинки: powerelectronictips.com
Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.
Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».
У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.
В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.
Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.
Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.
Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:
Раз
Два
Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.
Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.
В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.
Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.
Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.
Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.
По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.
Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.
Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.
После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).
К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.
Постоянный ток
Постоянный ток (direct current) – это упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Другими словами
величины характеризующие электрический ток, такие как напряжение или сила тока, постоянны как по значению, так и по направлению.
В источнике постоянного тока, например в обычной пальчиковой батарейке, электроны движутся от минуса к плюсу. Но исторически сложилось так, что за техническое направление тока считается направление от плюса к минусу.
Для постоянного тока применимы все основные законы электротехники, такие как закон Ома и законы Кирхгофа.
История
Изначально постоянный ток назывался – гальваническим током, так как впервые был получен с помощью гальванической реакции. Затем, в конце девятнадцатого века, Томас Эдисон, предпринимал попытки организовать передачу постоянного тока по линиям электропередачи. При этом даже разыгралась так называемая “война токов”, в которой шел выбор в качестве основного тока между переменным и постоянным. К сожалению, постоянный ток “проиграл” эту “войну”, потому что в отличие от переменного тока, постоянный, несет большие потери в мощности при передаче на расстояния. Переменный ток легко трансформировать и благодаря этому передавать на огромные расстояния.
Источники постоянного тока
Источниками постоянного тока могут быть аккумуляторы, либо другие источники в которых ток появляется благодаря химической реакции (например, пальчиковая батарейка).
Также источниками постоянного тока может быть генератор постоянного тока, в котором ток вырабатывается благодаря
явлению электромагнитной индукции, а затем выпрямляется с помощью коллектора.
Постоянный ток может быть получен с помощью выпрямления переменного тока. Для этого существуют различные выпрямители и преобразователи.
Применение
Постоянный ток, достаточно широко применяется в электрических схемах и устройствах. К примеру, дома, большинство приборов, таких как модем или зарядное устройство для мобильного, работают на постоянном токе. Генератор автомобиля, вырабатывает и преобразует постоянный ток, для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока.
В промышленности постоянный ток используется в машинах постоянного тока, например в двигателях, или генераторах. В некоторых странах существуют высоковольтные линии электропередачи постоянного тока.
Постоянный ток также нашел свое применение и в медицине, например в электрофорезе – процедуре лечения с помощью электрического тока.
В железнодорожном транспорте, кроме переменного, используется и постоянный ток. Это связано с тем, что тяговые двигатели, которые имеют более жесткие механические характеристики, чем асинхронные, являются двигателями постоянного тока.
Влияние на организм человека
Постоянный ток в отличие от переменного является более безопасным для человека. Например, смертельным током для человека является 300 мА если это ток постоянный, а если переменный с частотой 50 Гц, то 50-100 мА.
виды, характеристики, сферы применения :: SYL.ru
Постоянный ток существует только в замкнутой цепи и сохраняет свое направление и основные параметры неизменными во времени. Для его поддержания необходимо наличие постоянного напряжения. Это требование является неизменным для различных источников постоянного тока.
Источники постоянного электрического тока
Существует несколько основных видов источников энергии постоянного тока. Каждый из них основан на использовании разных физических принципов и используется в определенных условиях. К ним можно отнести следующие виды:
- механические, превращающие механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию;
- тепловые, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия;
- химические, в которых в электрическую энергию преобразуется энергия, выделяющаяся в результате химического процесса;
- световые, превращающие энергию солнечного света в электрическую энергию.
В основном электроэнергия вырабатывается электростанциями, от которых потребители получают не постоянный, а переменный ток, который затем преобразуется в постоянный. Но во многих сферах можно применять только тепловые, световые или химические источники постоянного электрического тока.
Тепловые источники
В этих источниках используется термоэлектрический эффект. Электрический ток в замкнутой цепи возникает благодаря разнице температур, контактирующих между собой, металлов или полупроводниковых структур. В месте контакта при нагреве возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС). Электрический ток заряженных частиц направлен от нагретого участка в сторону холодного. Его величина пропорциональна разнице температур. В месте спая образуется термопара.
Приборы, которые для создания постоянного тока используют тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопных материалов, являются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами.
Световые источники
Свойство полупроводников создавать ЭДС при попадании на них потока света используется при создании световых источников постоянного тока.
Объединение большого количества кремниевых структур позволяет создавать солнечные батареи. Небольшие электростанции, созданные на базе таких солнечных панелей, имеют на сегодняшний день КПД не более 15%.
Химические источники
Получение положительных и отрицательно заряженных частиц в химических источниках постоянного тока осуществляется за счет химических реакций. По классификации химических источников они делятся на 3 группы:
*ХИТ — химические источники тока.
Гальванические элементы используют принцип действия, основанный на взаимодействии двух металлов через среду электролита. Вид и характеристики ХИТ зависят от выбранной пары металлов и состава электролита. Два металлических электрода источника тока по аналогии с прибором односторонней проводимости получили название анода («+») и катода («-«).
Материалом для изготовления анода могут служить свинец, цинк, кадмий и другие. Катод изготавливают из оксида свинца, графита, оксида марганца, гидрооксида никеля. По составу электролита гальванические элементы разделяются на 3 вида:
- солевые или «сухие»;
- щелочные;
- литиевые.
В элементах первых двух видов графито-марганцевый стержень (катод) помещен по оси цинкового цилиндрического стаканчика (анода). Свободное пространство между ними заполнено пастой на основе хлорида аммония (солевые) или гидрооксида калия (щелочные).
В литиевых элементах цинковый анод заменен щелочным литием, что привело к значительному увеличению продолжительности работы. Материал катода в них определяет выходное напряжение батарейки (1,5-3,7) В. Первичные ХИТ являются источниками одноразового действия. Его реагенты, расходующиеся в процессе работы, не подлежат восстановлению.
Аккумуляторы представляют собой устройства, в которых производится преобразование электрической энергии внешнего источника тока в химическую энергию при заряде и ее накопление. В процессе работы (разряд) происходит обратное преобразование — химическая энергия служит источником постоянного электрического тока.
К основным видам аккумуляторов относятся:
- свинцово-кислотные;
- никель-кадмиевые щелочные;
- литий-ионные.
Для создания химических процессов набор пластин помещен в раствор электролита. В АКБ, созданных по современным технологиям, раствор представляет собой не жидкость, а гелиевый состав (GEL) или сотовые сепараторы, пропитанные электролитом и помещенные между свинцовыми пластинами (AGM).
Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы для работы в качестве источников постоянного тока для запуска двигателей автомобилей собирают из набора отдельных аккумуляторных элементов («банок»). Каждая «банка» обеспечивает на своих клеммах напряжение 2,1 В. Соединенные последовательно 6 элементов и помещенные в ударопрочный корпус, имеют на выходных клеммах аккумулятора необходимые для запуска двигателя 12 В.
В литий-ионных аккумуляторах носителями электрического тока служат ионы лития. Они образуются на катоде, изготовленному из соли лития. Анод может быть изготовлен из графита или оксидов кобальта. Напряжение постоянного тока на выходе аккумулятора может варьироваться в пределах (3,0-4,2) В в зависимости от используемых материалов. Эти аккумуляторы имеют низкое значение тока саморазряда и допускают большое количество циклов заряд/разряд. Благодаря этому все современные гаджеты используют аккумуляторы этого вида.
Механические источники постоянного тока
Устройствами, преобразующими механическую энергию в электрическую, являются турбо и гидро генераторы. Они вырабатывают переменный электрический ток. Для основной части бытовых приборов источником постоянного тока выступают их блоки питания. В них производится преобразование переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, необходимое для работы устройств. Эту задачу выполняют выпрямители, которые должны обеспечивать необходимую мощность источника постоянного тока для их нагрузки и постоянное значение выходного напряжения, не зависящее от потребляемого тока.
Блоки питания могут быть линейными и импульсными. Линейные блоки выполняются по разным схемам, основу которых составляют:
- однополупериодые выпрямители;
- двухполупериодные выпрямители.
В выпрямителях используется свойство полупроводниковых диодов пропускать ток только в одном направлении. Выпрямленное таким образом напряжение еще не является постоянным. Емкости последующих за выпрямителем конденсаторов сглаживающего фильтра при своем быстром заряде и медленном разряде поддерживают величину положительного однополярного напряжения на определенном значении. Его величина определяется трансформатором, получающим напряжение от генератора переменного тока. Для однофазного напряжения домашней сети 220 В 50 Гц его стальной сердечник имеет значительные размеры и вес.
Схемы однополупериодных содержат всего один полупроводниковый диод, пропускающий только одну полуволну синусоидального переменного входного напряжения.
Двухполупериодные выпрямители выполняются по мостовой схеме или по схеме с общей точкой. В последнем случае вторичная обмотка сетевого трансформатора имеет вывод от своей середины. Эти выпрямители представляют собой параллельное включение двух однополупериодных выпрямителей. Они действуют на обе полуволны синусоиды переменного входного напряжения.
Мостовая схема выпрямителя является наиболее распространенной. Соединение 4-х диодов в ней напоминает «квадрат». К одной из диагоналей подключается переменное напряжение вторичной обмотки сетевого трансформатора. Нагрузка включается в другую диагональ «квадрата». Им будет входной элемент сглаживающего фильтра.
Регулирование источника
Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.
В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.
При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.
Импульсные источники
Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование — сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.
Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц. Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения.
Сравнение источников
Отсутствие мощного входного трансформатора в импульсных источниках питания позволяет создавать конструкции значительно более легкие и с меньшими линейными размерами. Их эффективность значительно выше источников, выполненных по линейным схемам. Коэффициент полезного действия доходит до значения 98%. В них широкое распространение получили микросхемы, выполняющие функции контроллеров.
Каждый из типов стабилизированных источников постоянного тока находит применение в своей сфере. А она весьма многообразна. Основой являются характеристики источников постоянного тока. Линейные источники обеспечивают низкий уровень пульсаций выходного напряжения и малое значение уровня собственного шума. Это достигается отсутствием переключений при их работе, которые создают большой уровень помех в широком частотном диапазоне. В импульсных источниках приходится применять сложные схемные решения для борьбы с ними, что приводит к удорожанию изделий, в которых они применяются.
Заключение
В статье был дан общий обзор существующих источников постоянного тока. Изложенный материал лишь знакомит читателей с основными принципами их работы. Из него можно сделать вывод, что каждый из видов источников постоянного тока используется в своей области.
Электричество переменного тока (AC) Рон Куртус
SfC Главная> Физика> Электричество>
Рон Куртус (пересмотрен 13 февраля 2016 г.)
Электричество переменного тока — это тип электричества, который обычно используется в жилых домах и на предприятиях по всему миру.
В то время как электричество постоянного тока (постоянного тока) течет в одном направлении через провод, электричество переменного тока меняет свое направление в прямом и обратном направлении.Направление чередуется от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы страны.
Электричество переменного тока создается электрическим генератором переменного тока, который определяет частоту.
Особенностью электричества переменного тока является то, что напряжение можно легко изменять, что делает его более подходящим для передачи на большие расстояния, чем электричество постоянного тока. Кроме того, переменный ток может использовать конденсаторы и катушки индуктивности в электронных схемах, что позволяет применять их в широком диапазоне.
Примечание : Мы обычно говорим AC электричество вместо того, чтобы просто говорить AC, так как это также сокращение для кондиционирования воздуха. Вы должны быть точными в науке, чтобы избежать недоразумений.
Вопросы, которые могут у вас возникнуть:
- Какая разница между электричеством переменного и постоянного тока?
- Почему мы используем переменный ток вместо постоянного тока?
- Каковы преимущества переменного тока?
Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Преобразование единиц
Разница между электричеством переменного и постоянного тока
Электроны имеют отрицательные (-) электрические заряды. Поскольку противоположные заряды притягиваются, они будут двигаться в область, состоящую из положительных (+) зарядов. Это движение облегчается в электрическом проводнике, таком как металлическая проволока.
Электроны движутся прямо с помощью электричества постоянного тока
При постоянном электричестве подключение провода от отрицательной (-) клеммы батареи к положительной (+) клемме приведет к тому, что отрицательно заряженные электроны будут проходить через провод к положительной заряженной стороне.То же самое происходит с генератором постоянного тока, где движение спиральной проволоки через магнитное поле выталкивает электроны из одной клеммы и притягивает электроны к другой клемме.
Электроны переменного направления в электричестве переменного тока
В генераторе переменного тока слегка отличающаяся конфигурация чередует двухтактное соединение каждой клеммы генератора. Таким образом, электричество в проводе на короткое время движется в одном направлении, а затем меняет свое направление, когда якорь генератора находится в другом положении.
Эта иллюстрация дает представление о том, как электроны движутся через провод в электричестве переменного тока. Конечно, оба конца провода проходят к генератору переменного тока или источнику питания.
К сожалению, для использования этой Flash-анимации вам необходимо активировать JavaScript.
AC движение электронов в проводе
Заряд на концах провода чередуется между отрицательным (-) и положительным (+). Если заряд отрицательный (-), это отталкивает отрицательно заряженные электроны от этого терминала.Если заряд положительный (+), электроны притягиваются в этом направлении.
Скорость изменения
Электричество переменного тока чередуется взад-вперед в направлении 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от электрической системы страны. Эта частота называется частотой 50 Гц (50 Гц) или 60 Гц (60 Гц).
(Для получения дополнительной информации см. «Напряжение и частоты переменного тока в мире».)
Лампочки
Многие электрические устройства, такие как лампочки, требуют только движения электронов.Им все равно, будут ли электроны течь по проводу или просто двигаться вперед-назад. Таким образом, лампочка может использоваться как с переменным, так и с постоянным током.
переменного тока периодического движения
Регулярное движение электронов в проводе назад и вперед при питании от переменного тока — это периодическое движение, аналогичное маятнику.
(См. Периодическое движение и маятник для получения дополнительной информации.)
Из-за этого периодического движения электронов напряжение и ток следуют синусоидальной форме, чередуя положительный (+) и отрицательный (-), измеряемый с помощью вольтметра или мультиметра.
Форма волны изменяется между положительной и отрицательной, поскольку она перемещается во времени
Скорость прохождения пиков напряжения или тока в данной точке является частотой переменного тока.
Преимущества переменного тока
Существуют явные преимущества переменного тока по сравнению с электричеством постоянного тока. Способность легко преобразовывать напряжения — главная причина, по которой мы используем переменный ток вместо постоянного тока в наших домах.
Трансформаторное напряжение
Основное преимущество, которое электричество переменного тока имеет перед электричеством постоянного тока, состоит в том, что напряжения переменного тока могут быть легко преобразованы в более высокие или более низкие уровни напряжения, в то время как это трудно сделать с напряжениями постоянного тока.
Поскольку высокое напряжение более эффективно для передачи электроэнергии на большие расстояния, электричество переменного тока имеет преимущество перед постоянным током. Это потому, что высокое напряжение от электростанции может быть легко уменьшено до более безопасного напряжения для использования в доме.
Изменение напряжения осуществляется с помощью трансформатора . Это устройство использует свойства электромагнитов переменного тока для изменения напряжения.
(См. Трансформаторы переменного тока для получения дополнительной информации.)
Тюнинг цепей
Электричество переменного токатакже позволяет использовать конденсатор и катушку в электрической или электронной цепи.Эти устройства могут влиять на то, как переменный ток проходит через цепь. Они эффективны только с электричеством переменного тока.
Комбинация конденсатора, катушки индуктивности и резистора используется в качестве тюнера в радиоприемниках и телевизорах. Без этих устройств настройка на разные станции была бы очень сложной.
Резюме
Мы обычно используем электричество переменного тока для питания наших телевизоров, светильников и компьютеров. В электричестве переменного тока ток меняется в направлении. Было доказано, что переменное электричество лучше для подачи электроэнергии, чем постоянное, в первую очередь потому, что напряжения могут быть преобразованы.AC также позволяет использовать другие устройства, открывая широкий спектр применений.
Электрифицируйте общество, применяя свои знания науки
Ресурсы и ссылки
Полномочия Рона Куртуса
Сайты
Элементы AC Electricity — Учебное пособие по базовой электронике
переменного тока — Обзор AC
DC и AC Электроэнергетические ресурсы
Физические ресурсы
Книги
Лучшие книги по основам электричества
Лучшие книги по AC Electricity
SciLinks
Этот урок, выбранный программой SciLinks, службой Национальной ассоциации преподавателей естественных наук.
Вопросы и комментарии
Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этому вопросу? Если это так, отправьте электронное письмо со своим отзывом. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.
Поделиться этой страницей
Нажмите на кнопку, чтобы добавить в закладки или поделиться этой страницей через Twitter, Facebook, электронную почту или другие услуги:
Студенты и исследователи
Адрес веб-страницы:
www.school-for-champions.com/science/ac.htm
Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на вашем сайте или в качестве ссылки в вашем отчете, документе или диссертации.
Copyright © Ограничения
Где ты сейчас?
Школа чемпионов
Темы физики
переменного тока (AC) Электричество
,
Почему электронные устройства используют источник постоянного тока вместо источника переменного тока?
Следует пояснить, что не все электронные устройства, компоненты и схемы используют только источник постоянного тока, но также и переменный ток. Если речь идет о логических схемах и интегральных микросхемах, да, они используют только постоянный ток. Короче говоря, это зависит от потребностей и цели электронной схемы, независимо от того, используем мы переменный или постоянный ток. Посмотрим как.
Ниже приведены сценарии, в которых мы используем переменный и постоянный ток в электронных цепях и почему большинство электронных схем используют только источник постоянного тока.
AC в электронных цепях
- В случае LC (цепь или схема настройки резонансного контура резервуара), сигнал постоянного тока преобразуется в сигнал переменного тока с использованием конденсатора и индуктора (где мы знаем, что конденсатор блокирует постоянный ток, но проходит Переменного тока), который может дополнительно подавать на схему ограничения или усилитель для усиления или изменения формы сигнала в соответствии с потребностями схемы.
- В фильтрах, конденсаторах и катушках индуктивности используются для удаления пульсаций из переменного или пульсирующего источника постоянного тока, чтобы преобразовать его в источник чистого постоянного тока.
- Выпрямители (которые содержатся на диодах) используются для преобразования входного источника переменного тока в пульсирующий источник постоянного тока, и этот процесс известен как выпрямление.
- При усилении смещенный транзистор может использоваться в качестве усилителя с входными сигналами переменного тока.
Приведенное выше обсуждение ясно показывает, что электронная схема также использует переменный ток, а не только постоянный ток.
Почему в большинстве электронных схем используется только постоянный ток?
Ниже приведены причины, по которым мы используем источник постоянного тока в электронных цепях вместо переменного тока.
Мы знаем, что основной принцип работы логических элементов основан на «двоичных» состояниях, которые равны «1» (ВКЛ) и «0» (ВЫКЛ).
В микросхемах, микропроцессорах и цифровых компьютерах им необходим свободный от пульсаций и чистый постоянный ток в качестве входного сигнала для генерации цифрового двоичного сигнала (высокий или низкий) для работы ВКЛ / ВЫКЛ, что возможно только при использовании источника постоянного тока.
Это было бы трудно в случае переменного тока, так как он меняет свое направление и значение несколько раз в секунду из-за частоты. (50 Гц в Великобритании и 60 Гц в США).Это означает, что входной сигнал переменного тока, способный изменяться 50 или 60 раз в секунду, будет генерировать множество сигналов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», которые вредны для работы схемы. Кроме того, процессор не сможет решить, что является сигналом ВЫКЛ и ВКЛ в случае шумных сигналов переменного тока.
- однонаправленные компоненты:
Электронное проектирование невозможно представить без магистрали, которая является транзисторной. Транзистору требуется постоянное смещение, т. Е. Для нормальной работы положительный сигнал подается на базу транзистора.В случае подачи переменного тока на транзистор или диод, он может не работать должным образом как постоянный для нормальной работы, но обеспечить непрерывную операцию переключения из-за множества положительных и отрицательных сигналов переменного тока (из-за частоты) и даже взорваться, если входное напряжение высокие
Для особых целей, таких как усиление и выпрямление, смещенный транзистор и диод могут использоваться в качестве усилителя и полуволнового выпрямителя соответственно, но это не всегда имеет место в схемотехнике. Короче говоря, переменный ток не поддерживает однонаправленный поток тока, где нам нужно постоянное и устойчивое напряжение для большинства электронных компонентов.
Почти все современные электронные устройства (мобильные, ноутбуки, цифровые часы и т. Д.) Используют батареи для операций хранения и резервного копирования, где мы знаем, что батареи могут хранить не только переменный, но и постоянный ток.
Это точные причины, по которым большинство современных электронных схем, устройств и компонентов используют постоянный ток вместо переменного тока.
Полезно знать: количество энергии для сигналов переменного и постоянного тока одинаково, т. Е. 5 В переменного тока будет генерировать такое же количество тепла, что и 5 В постоянного тока при подключении к одному и тому же нагревательному элементу (среднеквадратичное значение).
Другие причины :
DC намного легче контролировать, точнее и распространять легче, чем сигнал постоянного тока.
Если мы используем переменный ток в большинстве электронных схем вместо постоянного тока,
- Это создаст дополнительную работу только для обработки фазового сдвига между сигналами.
- Будет сложнее снабжать их батареями.
- Вы теряете часть энергии, когда напряжение пересекает 0.
- Если у вас однофазное напряжение, у вас пульсирующая мощность.
- Вам нужно адаптировать частоты, если вы ожидаете, что они будут работать вместе.
- А спроектировать хорошее заземление было бы просто кошмаром.
Похожие сообщения:
.Хорошо, здесь мы рассмотрим различные кроссоверные истории, разделенные на категории и какие комиксы они включают. Каждая категория представляет коллекцию связанных названий, подробнее об этом в списке Новых 52 названий ниже.
Лига Кроссоверов
1. Трон Атлантиды
Атлантида поднимается и атакует поверхностный мир! Во главе с Океаническим Мастером с некоторыми серьезными атлантическими артефактами моджо, они попали на восточное побережье США.Лига должна переломить ситуацию против огромной армии Атлантиды.
Это пересекает Лигу Справедливости с Акваменом.
2. Война Тёмных врагов (скоро)
3. Правда (скоро)
Бэтмен Кроссоверы
1. Ночь сов
Суд Сов совует с Бэтменом и его союзниками.
- Красный Робин с Титанами-Подростками
- Batgirl
- Nightwing
- Женщина-кошка
- Хищные птицы
- Крыло летучей мыши
- Даже Красная Шапочка!
Все участвуют в этой общеготамской атаке.
2. Смерть семьи
Джокер думает, что Бэтмен становится мягче. То, что его союзники сдерживают его, и Джокер скучает по битве с Бэтменом в своих лучших проявлениях. Таким образом, он придумывает самый безумный заговор, чтобы преподать Бэтмену этот урок, возможно ценой жизней его союзников.
3. Бэтмен: нулевой год
Святое Происхождение История Бэтмена!
Событие Zero Year охватывает первые столкновения Брюса Уэйна с Бандой Красной Шапочки и Харви Дентом.Это до того, как Бэтмен стал Бэтменом (вы не хотите пропустить этот преобразующий момент), до Бэткейва и Робина, Джокера и Бэтмобиля. Готэм-сити гаснет, отключив электричество от Риддлера, всего за несколько дней до ужасной супер-бури. Мало того, что мы видим Бэтмена, Шесть лет назад до сегодняшнего дня, но мы можем мельком увидеть Раннего Крыла, Зеленую Стрелу, Batgirl, Супермена, Хищных Птиц, Женщина-Кошку, Batwing, Batwoman, Вспышку, Зеленый Фонарь (Джон Стюарт), и Джейсон Тодд (Красная Шапочка).
Собрано в Бэтмен Том.4: Нулевой год — Тайный город и Бэтмен Том. 5: Нулевой год — Темный город для главной истории, и DC Comics: Нулевой год для врезок.
4. Gothtopia
«Готэм-сити — это и всегда была утопия без преступлений, где героев празднуют по улицам одного из лучших американских городов. Бэтмен — это всенародно любимая дружина, одетая в белое. Его подружка — Селина Кайл, иначе известная как» Птичка » Кто или что создал альтернативный родной город Темного Рыцаря? Кредит: Amazon
Detective Comics Vol.5: Gothtopia собирает основные проблемы этого события, но, похоже, не содержит проблем с привязкой, которые делают его кроссовером. Это недостающие проблемы:
- Batgirl 27
- Женщина-кошка 27-28
- Хищные птицы 27-28
- Крыло летучей мыши 27-28
Супермен Кроссоверы
1. H’El на Земле
Эта история очень напоминает мне фильм «Человек из стали».
Прибывает фигура из прошлого Крптона и планирует восстановить Криптон за счет Земли.Звучит не слишком знакомо? Ну, по крайней мере, у этого есть Supergirl. Независимо от этого кроссовер между супер названиями довольно приличный. Стоит прочитать, если вы заинтересованы в категории Супермен.
2. Supergirl: Красная дочь Криптона
Красные Фонари разослали свои звания. Красные кольца путешествуют по галактике в поисках кандидатов с яростью в сердцах. На Земле никто иной, как Supergirl, отвечает на звонок.Пересекает титул Supergirl с красными фонарями (и зеленый фонарь 28).
3. Супермен: Обреченный
Это Супермен стихи своего знакового противника Судного дня! Столкновение титанов — только часть битвы, так как Супермен заражается Судным Днем, принимая чудовищную форму, полную сил и способностей его противника!
Зеленый Фонарь Кроссоверы
1. Восстание 3-й армии
Возникла таинственная Третья Армия, распространившаяся по всей галактике и уничтожающая все на своем пути.С Хэлом и Синестро и М.И.А. дело за новым парнем, Саймоном Базом, чтобы найти желание спасти все.
2. Гнев первого фонаря
Это Фонари против Стражей Оа и их Третьей Армии, когда вышел Первый Фонарь. Я уверен, что «Гнев» рассказал вам все, что вам нужно было знать о том, что будет дальше.
Судьба Хэла и Синестро раскрыта!
3. Lights Out
Прибывает массивная реликвия! Кольцевой свет исчезает, когда утечка эмоционального спектра достигает своего предела.Хэл должен произнести сплоченный крик, если вселенная хочет выжить.
4. Восстание
Корпус Кхун и Дурланы атакуют Зеленый Фонарь. Джон Стюарт и его тряпичная группа «Фонариков» должны вернуть под прикрытием оперативника, когда все начнёт нагреваться. Конечно, тот Фонарь был под прикрытием так долго, что их невозможно отследить.
5. Бог
Скоро
Молодой кроссовер правосудия
1. Отбраковка
Злой лидер K.N.O.W.H.E.R.E., планы Харвеста начинают осуществляться, когда Титанов-Подростков и Потерянного Легиона бросают вместе с кучкой других юных суперов в битве за смерть под названием Тигель.
Темные кроссоверы
1. Rotworld
Человек-Животное и Болотная Врата во время битвы с Ротом.В этом новом Ротмире они должны объединиться с тем, что осталось от героев Земли, чтобы разрушить влияние Рот на мир.
2. Forever Evil: Blight *
Темная Лига Справедливости должна разобраться с магическими последствиями Троицкой войны во время события Forever Evil, противопоставляя их темному проявлению коллективной человеческой психики. Так же, как и торговля врезкой в Лиге справедливости Америки, она отвечает на вопрос: «Где все-таки JLD?».Спасаем наши скины, вот где.
Где находится Вашингтон?
Вашингтон, округ Колумбия, является столицей Соединенных Штатов, расположенной на северном берегу реки Потомак, и граничит со штатами Вирджиния на юго-западе и с Мэрилендом с других сторон. Округ Колумбия относится к округу Колумбия. В соответствии с особыми условиями Конституция США создала особый округ, который будет служить постоянной национальной столицей.Интересно, что в соответствии со специальным актом Конгресса 1871 года город Вашингтон вместе с Джорджтауном и прилегающими территориями федерального округа был подчинен единому объединенному правительству. Вот почему город технически назван округом Колумбия или просто известен как Вашингтон, округ Колумбия. Город делится своим именем с американским штатом Вашингтон, который расположен на тихоокеанском побережье страны.
Кроме того, в Вашингтоне, округ Колумбия, расположены 174 иностранных посольства, а также штаб-квартира Всемирного банка, Международного валютного фонда (МВФ), Межамериканского банка развития, Организации американских государств (ОАГ) и Панамериканской организации здравоохранения (ПАОЗ). ).
Интересные факты о Вашингтоне, округ Колумбия
Вашингтон, округ Колумбия, широта и долгота : 38,9072 ° с.ш., 77,0369 ° з.д.
Страна : Соединенные Штаты
Федеральный округ : округ Колумбия
Местоположение : северо-восток США
назван в честь : Джордж Вашингтон
Основан : 16 июля 1790 г.
Площадь : 68,3 кв. М.
Почтовые индексы : 20001-20098, 20201-20599
телефонный код : 202
Климат : Влажный субтропический климат
Часто задаваемые вопросы о Вашингтоне, округ Колумбия
Q.В каком штате находится Вашингтон?
Отв. Вашингтон, округ Колумбия, также известный как Д.С., не входит в число 50 штатов США. Это столичный район США
В. Где находится Вашингтон?Отв. Вашингтон, округ Колумбия, расположен на реке Потомак, граничащей с Мэрилендом и Вирджинией, в центральной части Атлантического океана на восточном побережье США.
,