Какие есть источники постоянного тока

Постоянный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Постоянный ток — это такой ток, который почти (поскольку ничего идеального в мире нет) не изменяется во времени, ни по величине, ни по направлению. Исторически первые источники постоянного тока были исключительно химическими. Сначала они были представлены только гальваническими элементами, а позже появились и аккумуляторы.

Гальванические элементы и аккумуляторы имеют строго определенную полярность, и направление тока в них самопроизвольно не изменяется, поэтому химические источники тока — это принципиально источники постоянного тока.

Гальванический элемент

Пальчиковая батарейка АА — яркий пример современного гальванического элемента. Цилиндрическая щелочная батарейка ( которую любят называть алкалиновой, тогда как слово «alkaline» переводится как «щелочная») содержит внутри раствор гидроксида калия в качестве электролита. На положительном полюсе батарейки находится диоксид марганца, а на отрицательном — цинк в виде порошка.

Когда внешняя цепь батарейки замыкается на нагрузку, на аноде (отрицательном полюсе) происходит химическая реакция окисления цинка, одновременно с этим на катоде (положительном полюсе) идет реакция восстановления оксида марганца четырехвалентного до оксида марганца трехвалентного.

В результате с отрицательного полюса электроны бегут в сторону положительного полюса через внешнюю цепь нагрузки. Так работает источник постоянного тока — гальванический элемент.

Химический процесс в гальваническом элементе не обратим, то есть пытаться заряжать его бесполезно. Напряжение между полюсами новой пальчиковой батарейки 1,5 вольта, что обусловлено потенциалами веществ, участвующих в химической реакции внутри нее.

Аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор, в отличие от батарейки, можно после разрядки снова заряжать, поскольку химический процесс в нем обратим. С виду аккумулятор работает как батарейка, то есть тоже дает в цепь нагрузки принципиально только постоянный ток, но емкость у аккумулятора обычно больше чем у батарейки примерно такого же размера.

В ходе разрядки литиевого аккумулятора, химическая реакция на аноде (отрицательном электроде) состоит в отделении лития от углерода и его переходе в состав соли на катоде (положительном электроде). А при зарядке ионы лития вновь переходят к углероду на аноде.

Разность потенциалов между полюсами литий-ионного аккумулятора может доходить до 4,2 вольт. Максимальный ток зависит от площади взаимодействия электродов внутри аккумулятора с электролитом и соответственно друг с другом.

Генератор

В промышленных масштабах постоянный ток получают при помощи генераторов постоянного тока. Как правило, на статоре такой машины расположены неподвижные магниты либо электромагниты, наводящие во вращающихся контурах ЭДС по закону электромагнитной индукции.

Вращающиеся контуры соединены каждый с контактными пластинами щеточно-коллекторного узла, через которые посредством неподвижных щеток и снимается в цепь нагрузки генерируемый ток. Поскольку контуры контактируют с положительной и отрицательной щетками только при прохождении мимо определенных магнитных полюсов статора, ток во внешней цепи получается выпрямленным переменным, то есть пульсирующим постоянным.

Величина тока зависит от сечения проводов, индукции магнитного поля статора и площади статора. Величина напряжения — от скорости вращения ротора генератора и от индукции магнитного поля статора.

Солнечный элемент

Солнечные батареи также дают постоянный ток. Фотоны солнечного света попадая на фотоэлемент вызывают движение положительно заряженных дырок и отрицательно заряженных электронов через p-n-переход, и во внешней цепи получается таким образом постоянный ток.

Чем больше совокупная площадь фотоэлементов — тем больше электронов и дырок участвуют в образовании тока, тем больший ток можно получить от солнечной батареи. Генерируемое напряжение солнечной батареи зависит от интенсивности солнечного света и от количества соединенных последовательно фотоэлементов, входящих в конструкцию солнечной батареи.

Трансформатор с выпрямителем

Раньше в электронной аппаратуре для получения постоянного тока, при питании от бытовой сети переменного тока, сплошь и рядом использовались блоки питания с трансформаторами на железе. Переменное сетевое напряжение понижалось при помощи трансформатора, а затем выпрямлялось при помощи лампового или диодного выпрямителя.

После выпрямителя в такой схеме всегда стоит фильтр, состоящий как минимум из конденсатора, а в лучшем случае — из конденсатора и дросселя, да еще и транзисторного стабилизатора напряжения, особенно если источник тока должен быть регулируемым.

Напряжение на выходе такого блока питания зависит от количества витков вторичной обмотки трансформатора, а максимальная величина тока — от номинальной мощности трансформатора.

Импульсный блок питания

Сегодня в радиоэлектронной аппаратуре для получения постоянного тока почти не используют блоки питания с низкочастотными трансформаторами на железе, на замену им пришли импульсные блоки питания. В них выпрямленное сетевое напряжение сначала понижается при помощи высокочастотного трансформатора и транзисторных ключей, а затем выпрямляется. Ток направляется через фильтр в конденсатор фильтра.

Конструкция импульсного блока питания получается гораздо меньше размером, чем с трансформатором на железе. Но шумов в выходном токе больше. Поэтому особое внимание при конструировании импульсных блоков питания уделяют фильтрации тока на выходе к нагрузке.

Напряжение на выходе импульсного блока питания зависит от устройства электронной схемы, а максимальный ток — от размера высокочастотного трансформатора и качества находящихся на схеме радиоэлектронных компонентов.

Конденсатор и ионистор

Источником постоянного электрического тока можно назвать в определенном смысле электрический конденсатор. Конденсатор накапливает электрическую энергию в форме постоянного электрического поля между своими обкладками, а затем может отдавать эту энергию в форме постоянного тока или импульсного разряда. И то и другое по сути — постоянный ток, отличающийся лишь длительностью проявления.

Но электролитические конденсаторы сегодня выпускаются на огромные емкости в тысячи и более микрофарад. Особая разновидность конденсатора — ионистор (суперконденсатор) — он занимает промежуточное место между аккумулятором и конденсатором.

Химические процессы в ионисторе протекают практически с такой же скоростью как в конденсаторе, но в отличие от аккумулятора, ионистор обладает меньшим внутренним сопротивлением, что позволяет получать от ионисторов большие постоянные токи на протяжении более длительного времени. Чем больше емкость конденсатора — тем больший по величине и более продолжительный ток можно получить с его помощью.

Ранее ЭлектроВести писали, что встреча глав США и СССР в 1985 году подарила миру один из самых амбициозных технологических проектов: экспериментальный термоядерный реактор ITER («путь»). В Провансе, на юге Франции, тысячи ученых и строителей готовят комплекс для научных экспериментов, способных открыть человечеству дорогу к термоядерным электростанциям будущего.

По материалам: electrik.info.

Контактор электромагнитный Schneider Electric LC1D32BD 3Р, 32A, НО+НЗ, 24В DC

Серия	TeSys
Наименование продукта	TeSys D
Тип продукта	Контактор
Краткое название устройства	LC1D
Применение контактора	Активная нагрузка Управление электродвигателем
Категория применения	AC-3 AC-1 AC-4
Описание полюсов	3P
power pole contact composition	3 Н.О.
[Ue] номинальное рабочее напряжение	Силовая цепь: ≤ 690 V Переменный ток 25…400 Hz Силовая цепь: ≤ 300 В постоянный ток
[Ie] номинальный рабочий ток	32 А 60 °C) в ≤ 440 V Переменный ток AC-3 для силовая цепь 50 А 60 °C) в ≤ 440 V Переменный ток AC-1 для силовая цепь
Мощность двигателя, кВт	7,5 кВт в 220…230 V Переменный ток 50/60 Гц (AC-3) 15 кВт в 380…400 V Переменный ток 50/60 Гц (AC-3) 15 кВт в 415…440 V Переменный ток 50/60 Гц (AC-3) 18,5 кВт в 500 В Переменный ток 50/60 Гц (AC-3) 18,5 кВт в 660…690 V Переменный ток 50/60 Гц (AC-3) 7,5 кВт в 400 V Переменный ток 50/60 Гц (AC-4)
motor power HP (UL / CSA)	2 лс в 115 V Переменный ток 50/60 Гц для 1 фаза электродвигатели 5 лс в 230/240 V Переменный ток 50/60 Гц для 1 фаза электродвигатели 7,5 лс в 200/208 V Переменный ток 50/60 Гц для 3 фазы электродвигатели 10 лс в 230/240 V Переменный ток 50/60 Гц для 3 фазы электродвигатели 20 лс в 460/480 V Переменный ток 50/60 Гц для 3 фазы электродвигатели 30 лс в 575/600 V Переменный ток 50/60 Гц для 3 фазы электродвигатели
Тип цепи управления	Пост. ток стандартный
Напряжение цепи управления	24 V постоянный ток
Вспомогательные контакты	1 Н.О. + 1 Н.З.
[Up] номинальное импульсное выдерживаемое напряжение	6 кВ в соответствии с МЭК 60947
Категория перенапряжения	III
[Ith] условный тепловой ток на открытом воздухе	10 А в < 60 °C для цепь сигнализации 50 А в < 60 °C для силовая цепь
Номинальная включающая способность Irms	140 А Переменный ток для цепь сигнализации в соответствии с IEC 60947-5-1 250 А постоянный ток для цепь сигнализации в соответствии с IEC 60947-5-1 550 А в 440 В для силовая цепь в соответствии с МЭК 60947
Номинальная отключающая способность	550 А в 440 В для силовая цепь в соответствии с МЭК 60947
[Icw] номинальный кратковременно допустимый ток	260 А в < 40 °C — 10 с для силовая цепь 430 А в < 40 °C — 1 с для силовая цепь 60 А в < 40 °C — 10 мин для силовая цепь 138 А в < 40 °C — 1 мин для силовая цепь 100 А — 1 с для цепь сигнализации 120 А — 500 мс для цепь сигнализации 140 А — 100 мс для цепь сигнализации
Соответствующий номинал предохранителя	10 А gG для цепь сигнализации в соответствии с IEC 60947-5-1 63 А gG в ≤ 690 V координация тип 1 для силовая цепь 63 А gG в ≤ 690 V координация тип 2 для силовая цепь
Среднее полное сопротивление	2 мОм — Ith 50 А 50 Гц для силовая цепь
[Ui] номинальное напряжение изоляции	Силовая цепь: 690 В в соответствии с IEC 60947-4-1 Силовая цепь: 600 В CSA сертифицированный Силовая цепь: 600 В UL сертифицированный Цепь сигнализации: 690 В в соответствии с МЭК 60947-1 Цепь сигнализации: 600 В CSA сертифицированный Цепь сигнализации: 600 В UL сертифицированный
Электрическая износостойкость	1,65 млн. циклов 32 А AC-3 при Ue ≤ 440 V 1,4 млн. циклов 50 А AC-1 при Ue ≤ 440 V
Мощность, рассеиваемая одним полюсом	2 Вт AC-3 5 Вт AC-1
Front cover	С
Монтажная опора	Рейка Монтаж на панель
стандарты	CSA C22.2 № 14 EN 60947-4-1 EN 60947-5-1 IEC 60947-4-1 IEC 60947-5-1 UL 508
Сертификаты	DNV GL CCC UL ГОСТ BV LROS (Lloyds register of shipping) RINA CSA
Соединения – клеммы	Цепь управления: винтовой зажим 1 кабель (-и) 1…4 мм²гибкий без наконечника Цепь управления: винтовой зажим 2 кабель (-и) 1…4 мм²гибкий без наконечника Цепь управления: винтовой зажим 1 кабель (-и) 1…4 мм²гибкий с кабельным наконечником Цепь управления: винтовой зажим 2 кабель (-и) 1…2,5 мм²гибкий с кабельным наконечником Цепь управления: винтовой зажим 1 кабель (-и) 1…4 мм²жесткий кабель без наконечника Цепь управления: винтовой зажим 2 кабель (-и) 1…4 мм²жесткий кабель без наконечника Силовая цепь: винтовой зажим 1 кабель (-и) 2,5…10 мм²гибкий без наконечника Силовая цепь: винтовой зажим 2 кабель (-и) 2,5…10 мм²гибкий без наконечника Силовая цепь: винтовой зажим 1 кабель (-и) 1…10 мм²гибкий с кабельным наконечником Силовая цепь: винтовой зажим 2 кабель (-и) 1,5…6 мм²гибкий с кабельным наконечником Силовая цепь: винтовой зажим 1 кабель (-и) 1,5…10 мм²жесткий кабель без наконечника Силовая цепь: винтовой зажим 2 кабель (-и) 2,5…10 мм²жесткий кабель без наконечника
Момент затяжки	Цепь управления: 1,7 Н-м — винтовой зажим — с помощью отвертки плоск. Ø 6 мм Цепь управления: 1,7 Н-м — винтовой зажим — с помощью отвертки Philips No 2 Силовая цепь: 2,5 Н-м — винтовой зажим — с помощью отвертки плоск. Ø 6 мм Силовая цепь: 2,5 Н-м — винтовой зажим — с помощью отвертки Philips No 2
Время работы	53.55…72.45 мс включение 16…24 мс отключение
Безопасный уровень надежности	B10d = 1369863 циклы контактор с номинальной нагрузкой в соответствии с EN/ISO 13849-1 B10d = 20000000 циклы контактор с механической нагрузкой в соответствии с EN/ISO 13849-1
Механическая износостойкость	30 млн. циклов
Максимальная частота коммутации	3600 цикл/ч в < 60 °C

Щит постоянного тока (ЩПТ) — Что такое Щит постоянного тока (ЩПТ)?

Щит постоянного тока (ЩПТ) распределительной подстанции предназначен для распределения постоянного оперативного тока для питания устрой

Щит постоянного тока (ЩПТ) распределительной подстанции предназначен для распределения постоянного оперативного тока для питания устройств релейной защиты и автоматики оборудования, в том числе электромагнитной блокировки коммутационных аппаратов; для питания цепей соленоидов высоковольтных выключателей, а также для питания различных устройств связи, телемеханики, устройств автоматизированного учета электрической энергии.

Щит постоянного тока, как правило, имеет один источник питания — аккумуляторную батарею.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи составляет 220 В.

Аккумуляторная батарея находится в режиме постоянной подзарядки, ее подзарядка осуществляется при помощи специальных зарядных агрегатов.

Зарядные агрегаты являются одними из потребителей собственных нужд подстанции и питаются от щита собственных нужд 220/380 В переменного тока.

В случае возникновения аварийной ситуации на подстанции, которая сопровождается полной потерей напряжения, аккумуляторная батарея будет продолжительное время (в зависимости от емкости батареи и количества потребителей оперативного тока) осуществлять питание защитных и автоматических устройств, цепей управления выключателями и других потребителей оперативного тока (аварийное освещение, инвертор, устройства связи).

Для обеспечения бесперебойной подачи оперативного тока на защитные устройства и цепи управления коммутационными аппаратами, в щите постоянного тока предусматривается две секции сборных шин.

Большая часть устройств, элементов оборудования, подключается к каждой из секций щита постоянного тока.

Таким образом, обеспечивается надежность и бесперебойность подачи оперативного тока на данные устройства.

В обычном режиме устройства питаются от линии, которая идет от одной секции, при обесточении данной секции устройство автоматически переключает питание от другой линии, подключенной ко второй секции ЩПТ.

Например, зарядный агрегат подключен двумя кабельными линиями к каждой из секций щита постоянного тока.

В обычном режиме он питается от первой секции, в случае потери напряжения он автоматически переключится на питание от второй секции ЩПТ.

В щите постоянного тока размещается множество различных электрических аппаратов, измерительных приборов, переключающих устройств, кнопок и сигнальных устройств.

Рассмотрим вкратце каждый из приведенных элементов.

Щит постоянного тока для удобства обслуживания изготавливается из нескольких панелей.

Каждая из панелей имеет свои электрические аппараты и выполняет определенные функции.

Например, щит постоянного тока состоит из трех панелей.

На средней панели расположены автоматические выключатели, рубильники ввода аккумуляторной батареи и секционный выключатель.

На левой панели расположены автоматические выключатели, к которым подключены потребители постоянного оперативного тока первой секции, к правой панели — кабельные линии потребителей второй секции.

Автоматические выключатели служат для защиты цепей оперативного тока от повреждения в результате перегрузки или короткого замыкания.

Автоматические выключатели, монтируемые в щите постоянного тока — двухполюсные, рассчитанные на работу в сетях постоянного тока.

Рубильники устанавливаются на группы из нескольких автоматических выключателей и служат для создания видимого разрыва при необходимости проведения работ в цепях оперативного тока или замены автоматических выключателей отходящих линий.

Для обеспечения контроля включенного положения автоматических выключателей, устанавливаются блок-контакты, которые работают в паре с автоматическими выключателями.

Блок-контакты подключаются к устройствам сигнализации и в случае отключения какого-либо автоматического выключателя на панели сигнализации обслуживающий персонал своевременно обнаружит его отключение.

Также блок-контакты могут подключаться к различным автоматическим устройствам.

Например, к устройству автоматического включения резерва.

При отключении вводного выключателя одной из секций щитка постоянного тока будет автоматически включен секционный автоматический выключатель (при наличии мотор-привода).

На лицевой части панелей щита постоянного тока устанавливаются различные переключающие устройства, измерительные приборы и сигнальные лампы (светодиоды).

Переключающие устройства, кнопки предназначены для переключения режимов работы автоматических устройств ЩПТ, контроля изоляции, тока подзарядки аккумуляторной батареи.

Для контроля основных электрических параметров устанавливаются такие измерительные приборы, как амперметр и вольтметр.

Амперметр служит для фиксации тока зарядки аккумуляторной батареи, тока на вводе щита постоянного тока, на каждой из секций, а также на секционном выключателе ЩПТ.

Вольтметры предназначены для контроля уровня напряжения на том или ином участке щита постоянного тока.

На щите постоянного тока также устанавливаются вольтметры контроля изоляции.

Сигнальные лампы служат для индикации положения коммутационных аппаратов, они подключаются к блок-контактам автоматических выключателей.

Для каждого автоматического выключателя устанавливается по две сигнальные лампы, как правило, красного и зеленого цвета, которые сигнализируют о включенном и отключенном положении каждого коммутационного аппарата.

Следует отметить, что одним из наиболее распространенных аварийных режимов является «земля» в сети постоянного тока.

Наличие «земли» свидетельствует о том, что один из полюсов замкнут на «землю».

Данный режим работы цепей оперативного тока недопустим, поэтому при его возникновении необходимо без промедления приступить к отысканию возникшего повреждения.

Контроль изоляции, то есть напряжение каждого полюса относительно земли, контролируется на вышеупомянутых вольтметрах посредством выбора определенного положения соответствующих переключающих устройств.

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток

Война токов завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи. Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.

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

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

источник картинки: выключатель-автоматический.рф

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:
geektimes.ru/company/npf_vektor/blog/269486
geektimes.ru/company/npf_vektor/blog/270206

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 другие нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Постоянный ток | Инжиниринг | Фэндом

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

Пояснение []

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

Виды постоянного тока

Развития []

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

Различные определения []

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

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

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

Приложения []

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

Постоянный ток высокого напряжения используется для передачи электроэнергии на большие расстояния и для подводных кабелей с напряжением от нескольких киловольт до примерно одного мегавольта.

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

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

Внешние ссылки []

« AC / DC: в чем разница? «.

Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)

Электроэнергия — переменный и постоянный ток — Электроэнергия, мощность, напряжение и единица

Постоянный ток или постоянный ток возникает в результате электрического заряда, движущегося только в одном направлении. Автомобильный аккумулятор , например, обеспечивает постоянный ток, когда он нагнетает электрический заряд через стартер или через фары автомобиля.Направление этого тока не меняется.

Ток, который периодически меняет направление, называется переменным током или AC. В наши дома подается переменный ток, а не постоянный, потому что использование переменного тока позволяет повышать или понижать напряжение с помощью электромагнитного устройства, называемого трансформатором . Без трансформаторов, изменяющих напряжение по мере необходимости, было бы необходимо распределять электроэнергию при более безопасном низком напряжении, но при гораздо более высоком токе.Более высокий ток увеличит потери передачи в линиях электропередач. Без возможности использовать высокое напряжение было бы необходимо размещать генераторы поблизости от мест, где требуется электроэнергия.

Южная Калифорния получает большую часть электроэнергии от гидроэлектрических генераторов в штате Вашингтон через необычно длинную линию электропередачи постоянного тока, которая работает при напряжении около одного миллиона вольт. Электрическая энергия сначала вырабатывается в виде переменного тока, преобразуемого в высокое напряжение, а затем преобразуется в постоянный ток для долгого путешествия на юг.Мощность постоянного тока снова меняется на переменный ток для окончательного распределения при более низком напряжении. Использование постоянного тока более чем компенсирует дополнительную сложность преобразования переменного тока в постоянный и постоянного в переменный.

Книги

Азимов Исаак. Понимание физики: свет, магнетизм и Электричество. Т. 2. Серия Signet Science. Нью-Йорк: NAL, 1969.

.

Джанколи, Дуглас К. Физика: принципы с приложениями. 3-е изд.Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1991.

Хьюитт, Пол. Концептуальная физика. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2001.

Секретная сеть постоянного тока в Сан-Франциско

Фото: Питер Фэрли DC в SF: Головка питателя, выпрямитель и более плавный выход на вершине столба на юге Сан-Франциско. Район рынка — видимое свидетельство наличия городской сети постоянного тока.

Переменный ток Николы Теслы, возможно, «выиграл» Войну токов в конце 19-го века, но проигравший действующий президент — распределение постоянного тока, настойчиво отстаиваемый Томасом Эдисоном, — выстоял.Как заметил историк технологий Томас П. Хьюз в своем влиятельном эссе об эволюции крупных технологических систем, Война течений закончилась «не победой и побеждением, но изобретением устройств, сделавших возможным соединение двух систем». Остатки системы распределения электроэнергии постоянного тока десятилетиями выполняли возложенные на них задачи по мере того, как вокруг них сгущалась сеть переменного тока.

Фактически, некоторые из них живут и по сей день. Один из лучших примеров — Сан-Франциско, где 250-вольтная энергия постоянного тока по-прежнему проходит через подземные и воздушные кабели через город.Эти линии постоянного тока мирно сосуществуют со своими аналогами переменного тока; Вы можете увидеть это сочетание токов, колеблющихся между опорами электросети в районе к югу от Рынка. Настойчивость округа Колумбия в этом районе кажется уместной, поскольку всего в нескольких кварталах от нее крошечная компания California Electric Light Co. — предок доминирующей калифорнийской компании Pacific Gas and Electric (PG&E) — стала первой энергетической компанией в Соединенных Штатах и, возможно, по всему миру, чтобы поставлять электроэнергию нескольким потребителям с центральной генерирующей станции.Это было в сентябре 1879 года — за целых три года до того, как Эдисон включил свою знаменитую электростанцию ​​на Перл-стрит в Нью-Йорке, — компания California Electric начала сжигать уголь, поднимать пар и приводить в движение динамо-машины в деревянной хижине на углу Четвертой и Маркет-стрит. для подачи тока в электрическое освещение своих клиентов.

В то время как округ Колумбия продолжает мчаться по линиям электропередач в Сан-Франциско почти со скоростью света, он делает это анонимно. Вы не найдете упоминания о распределении электроэнергии постоянного тока в годовых отчетах PG&E или на ее веб-сайтах.Даже некоторые инженеры-инженеры не знают о его существовании, что вызывает любопытный вопрос: почему наследник этого наследия, могучая и изощренная PG&E, все еще возится с распределением DC 133 года спустя?

Фото: Ричард Бласка Старый лифт: Многолетние старые барабанные лифты нуждаются в постоянном токе, поэтому город поддерживает сеть постоянного тока.

DC остается в Сан-Франциско , потому что более 900 клиентов PG&E все еще нуждаются в нем. Большинство клиентов коммунального предприятия перешли на электрические лампы и приборы переменного тока достаточно легко, поскольку конкурирующие распределители электроэнергии объединились в рамках PG&E и согласовали свое оборудование с использованием переменного тока.Однако для некоторых из этих владельцев лифты были проблемой.

Лифты с намоточными барабанами с приводом от постоянного тока — ведущая конструкция до 1930-х годов — используют двигатель постоянного тока в подвале, который наматывает и разматывает стальной трос лифта на стальном барабане, таким образом поднимая и опуская кабину со шкивов наверху шахты лифта. Привод постоянного тока был в то время единственным способом создания скоростного лифта, потому что только постоянный ток мог обеспечить работу с регулируемой скоростью для плавного пуска и остановки. Электродвигатели постоянного тока также были энергоэффективными и способны на то, что только недавно стало возможным с современными конструкциями лифтов: регенерация энергии при спуске лифта.

Однако безопасность была слабым местом. По словам консультанта по лифтам из Сан-Франциско Ричарда Бласки, если система управления намоточным барабаном выходит из строя, его двигатель может вести лифт через крышу. В результате, говорит Бласка, новая установка барабанных лифтов была запрещена в 1940-х и 1950-х годах в пользу тяговых лифтов, трос которых просто соскользнет и удержит автомобиль на верхнем этаже в случае отказа системы управления. Тяговые лифты могут быть спроектированы как для работы на переменном, так и на постоянном токе.

Существующие лифты с барабанными барабанами постоянного тока, однако, упорно сопротивлялись изгнанию на свалку, в немалой степени при поддержке местных фирм по ремонту лифтов, таких как Erik Bleyle’s. Bleyle Elevator производит запасные части, восстанавливает двигатели постоянного тока и разрабатывает специальные схемы, чтобы поддерживать эти машины из прошлой эпохи. Блейл признает, что ремонт может быть дорогостоящим, особенно перемотка вручную двигателя постоянного тока, который может работать от 30 000 до 40 000 долларов США. Но он говорит, что даже отремонтированный двигатель выглядит дешево по сравнению с 500 000 долларов США на замену лифта, не говоря уже о том, чтобы месяцы непроизвольного подъема по лестнице во время обновления.

«Обычно люди просто выбирают мотор, — говорит Блейл.

Фото: Питер Фэйрли Человек постоянного тока PG&E: Стив Остин — верный помощник при проблемах с сетью постоянного тока. Он таскает с собой дрель в качестве испытательного инструмента.

На протяжении большей части прошлого века PG&E поставляла лифты постоянного тока Сан-Франциско через общегородскую сеть постоянного тока. Хотя ее происхождение неясно, эта сеть постоянного тока, вероятно, образовалась органически, поскольку соседние — а в некоторых случаях и конкурирующие — коммунальные предприятия поглощали друг друга, а проводка объединялась в одну большую общегородскую цепь.

«Некоторые элементы сети постоянного тока были частью самых первых оригинальных систем», — говорит Том Кэннон, главный инженер PG&E по стратегии электрических активов в Сан-Франциско.

К середине 20 века большие выпрямители, установленные на двух подстанциях в центре города, подавали ток, подавая 250 В постоянного тока на прямоугольную петлю кабеля диаметром 3,6 сантиметра. Местные линии ответвлялись от этого контура в виде ячеистой структуры, которая, как и ячеистые коммуникационные сети, образующие Интернет, обеспечивала резервные пути для подачи энергии вокруг разрывов кабелей и перегоревших предохранителей.

Эксплуатация ячеистой сети сопряжена с уникальными проблемами из-за того, что округ Колумбия занимал странное положение в 20-м веке. Например, паразитный ток от линий постоянного тока будет стекать по медным нейтралам в распределительной сети переменного тока, невидимо разъедая их изнутри. «Это выглядело бы хорошо, но если ударить по нему молотком, то он разобьется», — говорит Стив Остин, руководитель первого звена PG&E по эксплуатации, техническому обслуживанию и строительству электричества, а также человек на миллион долларов, когда речь идет о поддержании постоянного тока.В сети постоянного тока также всегда было трудно устранить неисправности, потому что неисправности трудно локализовать в одной большой цепи — проблема, которая, по словам Остина, усугубляется скудной поддержкой, которую эта забытая технология получает от поставщиков оборудования. Остин приспособил перфоратор AC / DC примерно 1990 года для создания своего собственного диагностического прибора для так называемого фантомного напряжения — крошечных капель постоянного тока, протекающих через перегоревшие предохранители, которые могут обмануть ничего не подозревающих «нарушителей спокойствия» и их надежные вольтметры. Остин знает, что обнаружил фантом, когда прикрепляет модифицированный перфоратор Black & Decker Macho III к цепи, нажимает на спусковой крючок и издает хныканье вместо рев.

По мере того, как общегородская сеть постоянного тока устарела, кабели вышли из строя, а количество фантомов увеличилось, что сделало обслуживание дорогостоящим и поставило под угрозу надежность и безопасность. Последняя капля произошла в 2009 году, когда кабель постоянного тока 1920-х годов перегрелся в месте сращивания под перекрестком улиц Полк и О’Фаррелл, расплавив уплотнения на соседнем выключателе переменного тока и воспламенив масло в нем. Сеть была закрыта для последующего кризиса под районом Тендерлойн Сан-Франциско, пока пламя не сорвало крышку люка и не подняло пламя на 9 метров в воздух.

«Когда у вас случился сбой, например пожар в люке, сеть постоянного тока воспринимала это как нагрузку и просто продолжала накачивать ее энергией», — говорит Остин. Пожар Tenderloin послужил топливом для критиков обслуживания PG&E и побудил коммунальное предприятие ускорить и завершить текущую модернизацию своей системы электропитания постоянного тока. PG&E завершила работу и отключила два своих старых выпрямителя в конце 2010 года.

Фото: Питер Фэрли Вы здесь: Стив Остин из PG&E рисует схему цепи постоянного тока.

PG&E модернизировала систему электропитания постоянного тока в Сан-Франциско, вернув ее в будущее. Остин объяснил острова IEEE Spectrum схематически на импровизированном чертеже на подземном ящике с оборудованием в южной части района Маркет. Компания разделила сеть постоянного тока на острова, обслуживающие от 7 до 10 клиентов каждый, намеренно введя разрывы в сетке. На первый взгляд, образовавшиеся 171 островок мощности напоминают сети постоянного тока малого радиуса действия XIX века.Но вместо паровых динамо-машин сегодняшние схемы местного масштаба получают питание постоянного тока от сети переменного тока. Каждый из них оснащен выпрямителем, подключенным к местной системе распределения переменного тока.

Это изолированное решение надежно удерживало старые линии постоянного тока, даже кабели в бумажной и свинцовой обертке начала 1900-х годов, поскольку требовалось, чтобы они пропускали меньший ток. Это также улучшило качество электроэнергии, предоставив средства регулирования подаваемого напряжения, что является постоянной проблемой для общегородской сети. И островное строительство ускорило поиск и устранение неисправностей, локализовав неисправности на линиях в пределах горстки городских кварталов.

Фото: Питер Фэйрли Подземное оборудование: Подземный выходной стабилизатор постоянного тока и выпрямитель [слева] подключаются к фидерной линии [справа], которая подключается к заказчику.

В подземной камере под тротуаром вдоль Второй улицы в районе Южного Рынка электричество, поступающее из распределительной сети переменного тока при напряжении 12 000 вольт переменного тока, преобразуется и преобразуется для подачи 240 В переменного тока и 250 В переменного тока в окружающую среду. городские кварталы. Для выработки постоянного тока трансформатор [маленький бежевый ящик] сначала понижает переменный ток до 175 В, который затем питает 50-киловаттный выпрямитель [большой черный ящик], чтобы получить 250 В постоянного тока.Кабели, выходящие через канал в стене справа от выпрямительного оборудования, распределяют мощность постоянного тока на остров шести потребителей в трех городских кварталах.

Фото: Исторический музей Чикаго / Getty Images Световой: Электрическое освещение с питанием от переменного тока победило на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году.

DC пережил 20-й век во многих городах, но в 21-м веке теряет свои позиции. За исключением нескольких несогласных, таких как Сан-Франциско, города, ориентированные на АС, наконец-то расчищают затяжные линии постоянного тока.Consolidated Edison в Нью-Йорке, например, отключила своего последнего клиента DC в 2007 году, а дни DC сочтены в Чикаго — месте проведения Всемирной выставки 1893 года, которая была триумфально питалась системой переменного тока Tesla и Westinghouse.

Это, конечно, не конец постоянного тока. Это будет продолжаться в недрах самых старых зданий этих городов, поскольку клиенты DC устанавливают свои собственные выпрямители для питания своих древних лифтов.

Могут ли противники, такие как Сан-Франциско, смеяться последними? Распространение как генераторов постоянного тока (например, фотоэлектрических панелей), так и нагрузок постоянного тока (таких как мобильные телефоны, плоские телевизоры, светодиодные фонари и даже электромобили) вдохновляет небольшую, но растущую нишу для микросетей постоянного тока, которые связывают их вместе.Если такие цепи, охватывающие все здание, вырастут в соседние сети и, в конечном итоге, сливаются вместе, образуя общегородские сети постоянного тока, эта электрическая цепь в конце концов будет замкнута.

Руководители отдела сбыта PG&E в Сан-Франциско не рассчитывают на это. С другой стороны, происходили и более странные вещи.

Об авторе

Фото: Стив Остин

Питер Фэйрли (Peter Fairley) — редактор IEEE Spectrum , базирующийся в Виктории, Британская Колумбия, Канада. Помимо погружения в недра подземных систем Сан-Франциско, он исследует технологические и экономические проблемы энергетики.В специальном докладе о будущем ядерной энергетики после Фукусимы за ноябрь 2011 года он проанализировал влияние аварии на политику Германии и Китая.

Постоянный ток (DC) — физика и радиоэлектроника

Поток электронов, протонов и ионов называется электрическим током. Проще говоря, поток заряда называется электрическим током.

В проводниках или проводе электрический заряд переносится движущимися электронами. В полупроводниках электрический заряд переносится электронами и дырками.В электролите электрический заряд переносится ионами.

Подобно электронам, протоны также имеют электрический заряд. Но они не могут перемещаться (переносить заряд) с одного места на другое. Они всегда находятся в центре атома. Таким образом, протоны не проводят электрический ток.

Электрический ток бывает двух видов по направлению носителей заряда. Один из них — переменный ток, а другой — постоянный ток.

В этом руководстве объясняется постоянный ток.

Определение постоянного тока

Постоянный ток — это электрический ток, который течет только в одном направлении (назад ← или → вперед).

или

Постоянный ток — это электрический ток, генерируемый носителями заряда (электронами), которые движутся только в одном направлении (назад ← или → вперед).

Постоянный ток также иногда называют просто постоянным током.

Что такое постоянный ток (DC)?

Постоянный ток течет только в одном направлении.Электрический ток, протекающий через полупроводниковый диод, является примером постоянного тока. Диод — это электронное устройство, пропускающее электрический ток только в одном направлении. Однако диод не производит чистый постоянный ток (DC). Потому что небольшой ток течет в обратном направлении. Этот ток создавался неосновными носителями заряда в диоде. Однако электрический ток, генерируемый неосновными носителями, незначителен. Таким образом, диод действует как источник постоянного тока.

Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, топливные элементы и солнечные элементы.

Постоянный ток может протекать через проводник, такой как провод, и полупроводники, например диоды. Однако постоянный ток не проходит легко через изолятор. Потому что изолятор плохо проводит электричество.

При постоянном токе электроны всегда текут от отрицательного полюса батареи к положительному полюсу.

Постоянный ток, пример

Лучшим примером постоянного тока (DC) является аккумулятор. Мы используем батареи в пультах дистанционного управления для телевизоров, пультах переменного тока, мобильных телефонах, мотоциклах, автомобилях и во многих других типах оборудования.Если вы присмотритесь к этим батареям, вы обнаружите, что на них напечатаны знаки плюса (+) и минуса (-).

Знак «плюс» (+), напечатанный на батарее, представляет собой положительную клемму, а отрицательный (-) знак, напечатанный на батарее, представляет собой отрицательную клемму. Когда батарея подключена к цепи, электроны (отрицательные заряды) начинают течь от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи. Носители заряда в аккумуляторе всегда движутся в одном направлении.

Обозначение источника постоянного напряжения

Обозначение источника постоянного напряжения показано на рисунке ниже. На рисунке ниже более длинная вертикальная линия или знак плюса (+) представляет положительный полюс батареи, а более короткая вертикальная линия или знак минус (-) представляет отрицательный полюс батареи.

Обычный ток всегда течет от положительной клеммы батареи к отрицательной клемме батареи. Однако реальный постоянный ток всегда течет от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи.

Электрическая цепь постоянного тока (DC)

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из батареи, двухпозиционного переключателя и лампочки.

Предположим, что изначально переключатель выключен. Выключение означает обрыв пути электрического тока. Эта цепь разорванного электрического пути называется разомкнутой цепью.

Мы знаем, что воздух плохо проводит электричество.

Когда переключатель находится в выключенном состоянии, по этому разомкнутому пути не течет ток (электроны).Так лампочка не включится. Ток всегда течет в цепи, где нет разрыва цепи.

Когда переключатель включен, цепь замыкается без разрыва цепи. Таким образом, электрический ток (электроны) начинает течь от отрицательной клеммы батареи.

Когда эти электроны проходят через лампочку, они передают энергию в лампу. В результате лампочка загорится. Оставшиеся электроны переместятся к положительному полюсу батареи. Таким образом, электрический ток течет по замкнутой цепи.Батарея будет непрерывно подавать энергию на лампочку, если выключатель не выключен.

Из приведенной выше схемы мы видим, что электрический ток (электроны) течет только в одном направлении. Таким образом, этот ток известен как постоянный ток (DC).

В электронных устройствах, таких как компьютеры, мобильные телефоны и пульты дистанционного управления телевизора, мы используем постоянный ток (DC) или батареи в качестве источника энергии.

Направление тока

Несмотря на то, что электроны текут от отрицательного (-) конца батареи к положительному (+) концу батареи, направление тока указывается как текущее от положительного (+) к отрицательному (-).Это связано с условностью.

До открытия электронов и протонов Бенджамин Франклин заметил, что что-то движется по электрическим проводам. Он не знает, что движется по проводам. Потому что в то время электроны и протоны еще не открыты. Поэтому он назвал эти движущиеся вещи зарядом.

Он предположил, что заряд всегда течет из области более высокой концентрации (области избыточных зарядов) в область более низкой концентрации (область меньшего количества зарядов).Он назвал область более высокой концентрации «положительной» областью, а область более низкой концентрации — «отрицательной» областью. Это означает, что согласно его предположению, заряд всегда течет от положительного (+) к отрицательному (-).

Мы знаем, что электрический ток означает протекание заряда. Согласно предположению Бенджамина Франклина, электрический ток течет от положительного к отрицательному.

Однако после открытия электронов ученые поняли, что на самом деле электрический ток переносится электронами.

Итак, в действительности направление электрического тока было от отрицательного (-) к положительному (+). Но мы по-прежнему следуем традиционному текущему направлению. То есть от положительного (+) к отрицательному (-).

Переменный ток (AC) в постоянный ток (DC)

Мы можем преобразовать электрический ток от источника переменного тока в постоянный ток с помощью электронного устройства, называемого выпрямителем. Выпрямитель преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).

В осциллографе переменный ток (AC) часто представлен синусоидальной формой волны, тогда как постоянный ток (DC) представлен прямой линией.

Постоянный ток — это будущее

19 июня 2020

С быстрым развитием новых технологий, таких как солнечные панели, светодиодные лампы и электромобили, мы наблюдаем рост использования силовой электроники. THUAS — международный пионер в развитии образования и прикладных исследований вокруг этого многообещающего развития. Обмен со студентами из Южной Африки помог нам продвинуть эти знания в глобальном масштабе.

Мы отказываемся от газа, используем больше солнечной энергии, и наши автомобили все чаще работают на электричестве. «Все началось с исчезновения лампочки и появления светодиодов», — объясняет руководитель проекта Пепейн ван Виллигенбург. «Но в этом энергетическом переходе мы наблюдаем растущее использование постоянного тока в большом количестве приложений вместо все еще широко используемого переменного тока.

Меньше, сильнее и дешевле

Довольно хорошо, не правда ли! Постоянный ток имеет множество преимуществ перед переменным током.Оборудование потребляет меньше энергии и служит дольше. «Классический трансформатор раньше весил более килограмма, а сегодняшняя версия весит всего 100 граммов. Полупроводники, передающие энергию, также становятся меньше, прочнее и дешевле. Раньше мы использовали дорогие тяжелые медные полупроводники, а в современных версиях используется гораздо более легкий и дешевый кремний.

Экономия

Кроме того, постоянный ток создает возможности для новых продуктов. Посмотрите, например, на тепличную промышленность. Замена обычных лампочек на светодиодные дает ежегодную экономию от 15 000 до 20 000 евро на гектар.Ожидается, что в ближайшем будущем USB-розетки будут встроены в стены, заменив обычные розетки. Это означает, что в новых конструкциях можно использовать более тонкую и дешевую проводку.

Будущее

Рост постоянного тока также связан с некоторыми проблемами. Сегодня наша электросеть полностью основана на переменном токе. Мы теряем мощность при преобразовании постоянного тока в переменный. Ван Виллигенбург: «Благодаря силовой электронике теперь мы также можем создавать трансформаторы постоянного тока.Это позволит построить электросеть на постоянном токе. И это важно: будущее за технологиями постоянного тока ».

Research

Гаагский университет прикладных наук — не первое учебное заведение в Нидерландах, проводящее исследования в области силовой электроники. «Но мы являемся одними из пионеров среди университетов прикладных наук в их применении», — объясняет Ван Виллигенбург. THUAS в настоящее время сотрудничает с TNO, Siemens и ATAG Nederland, чтобы адаптировать кухонные приборы для работы с постоянным током.

Новая учебная программа

Обучение в THUAS также играет ведущую роль в последних разработках в области силовой электроники. В 2014 году мы запустили новый модуль Power Electronics 1, ориентированный на трансформаторы DC-DC, а в 2015/2016 мы запустили следующий модуль Power Electronics 2, ориентированный на трансформаторы AC-DC / DC-AC.

Обмен с ЮАР

THUAS является международной сетевой школой, привлекающей большое количество иностранных студентов. И именно эта специализация вызывает большой интерес из-за рубежа.В рамках проекта DCT-REES, который расшифровывается как программа обучения и развития навыков в области возобновляемых источников энергии с использованием технологий постоянного тока, THUAS работает в партнерстве с семью южноафриканскими исследовательскими университетами и университетами прикладных наук. THUAS посетят 22 студента в восьми разных группах.

Большой потенциал

Ван Виллигенбург очень воодушевлен проектом обмена. «В настоящее время Нидерланды используют больше солнечной энергии, чем вся Южная Африка. Это звучит странно, потому что доходность одной панели в ЮАР вдвое выше.Солнечная энергия имеет гораздо больший потенциал в Южной Африке, чем в Нидерландах. Это означает, что в Южной Африке появится огромный потенциальный рынок солнечной энергии ».

Нехватка электроэнергии

В Южной Африке по-прежнему миллионы людей не подключены к электросети. «Поэтому использование постоянного тока было бы для них наиболее логичным шагом», — продолжает Ван Виллигенбург. Вы можете строить новые сооружения с земли и применять постоянный ток в больших масштабах. В то же время существует большой спрос на электроэнергию.«В результате в Южной Африке существует огромный спрос на эти знания. И THUAS может это предоставить. Это прекрасная беспроигрышная ситуация ».

Поделиться:

Facebook Твиттер LinkedIn WhatsApp

Постоянный ток — объяснение, различия, применения и часто задаваемые вопросы

Постоянный ток означает, что электрический ток течет последовательно в одном направлении.Постоянный ток вырабатывается выпрямителями, батареями, генераторами с коммутаторами и топливными элементами. Например, ток, протекающий в приборах, работающих от батареек, или в фонарике — это постоянный ток. Наиболее распространенное применение постоянного тока — гальваника. Постоянный ток был вытеснен переменным током (переменным током) для типичной коммерческой энергии.

Переменный ток Постоянный ток — одна из самых важных тем, изучаемых в физике. Переменный ток или переменный ток определяется как тип электрического тока, при котором направление потока электронов меняется взад и вперед с регулярными циклами или временными интервалами.Типичным примером переменного тока является ток, протекающий по домашнему электричеству и линиям электропередачи от стенной розетки. Вы можете использовать любой электрический прибор в Индии, если он соответствует стандартному напряжению 230 В и частоте 50 Гц.

[Изображение будет скоро загружено]

Разница между постоянным током и переменным током

Основная разница между переменным и постоянным токами —

Ток, который меняет свое направление с регулярным циклом или временными интервалами, определяется как переменный ток или Переменный ток.Постоянный ток означает однонаправленное состояние или то, что постоянный ток течет только в одном направлении.

Существенная разница между переменным током и постоянным током заключается в том, что частота переменного тока составляет от 50 до 60 Гц. Напротив, частота постоянного тока остается нулевой в соответствии со стандартами страны.

Генератор переменного тока генерирует переменный ток, в то время как постоянный ток генерируется элементами, генератором и батареей.

Некоторым подстанциям требуется переменный ток для производства и передачи электроэнергии, в то время как дополнительные подстанции требуют передачи электроэнергии посредством постоянного тока.

Постоянный и переменный ток часто взаимно преобразуются в зависимости от необходимости. Переменный ток преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя, тогда как постоянный ток преобразуется в переменный ток с помощью инвертора.

AC-DC ток подходит для больших приложений. Переменный ток используется на фабриках, в домашних условиях и в промышленности, тогда как постоянный ток в основном использует импульсное освещение, электролиз, электронное оборудование, гибридные автомобили и т. Д.

Сходства между постоянным и переменным током

Оба переменного тока Постоянный ток возникает в результате индуцированного заряда который движется по проводам для передачи электроэнергии, а затем использует ее для питания различных других устройств.

При переменном и постоянном токе отрицательный поток электронов производит электрический ток, и оба тока представляют собой энергию, которую можно использовать. Ток, протекающий через проводник, такой как линии электропередач между устройством и источником питания, использует энергию. Отрицательные электроны проходят через линию, поскольку они притягиваются к положительному заряду.

Как при переменном, так и при постоянном токе источник напряжения инициирует протекание тока в цепях, преобразуя один тип тока в другой и считается более доступным.

Применение постоянного и переменного тока

Применение постоянного тока в-.

Батареи: И неперезаряжаемые, и аккумуляторные батареи могут питать только постоянный ток. Однако при использовании постоянного тока аккумуляторные батареи нуждаются в регулярной подзарядке.

Электронное оборудование: Все основное оборудование, такое как мобильные телефоны, компьютеры, радио и все электронное оборудование, использует постоянный ток для питания электронных схем.

Специальное электрическое оборудование: Хотя в большинстве электрооборудования используется переменный ток, в некоторых из них используется постоянный ток.

Панели солнечных батарей: Панели солнечных батарей в основном вырабатывают постоянный ток. Однако при использовании с сетью переменного тока для подачи местного питания переменного тока требуется инвертор для включения постоянного тока, постоянного тока от солнечных панелей и преобразования его в переменный ток.

Применение переменного тока is-

Переменный ток используется в основном для распределения энергии и имеет значительное преимущество в том, что его можно легко преобразовать в другие напряжения с помощью простого трансформатора. Трансформаторы не работают с постоянным током.

Переменный ток в основном используется в промышленности по производству и транспортировке электроэнергии. Почти каждое домашнее хозяйство во всем мире питается от переменного тока, поскольку постоянный ток обычно не используется и предпочтительнее для этих целей, поскольку на тепло теряется больше энергии, чем на переменном токе. Это также может привести к более высокому риску возникновения пожара, проблем и даже к более высоким затратам при преобразовании высокого напряжения и низкого тока в низкое напряжение и высокий ток с помощью трансформатора.

Переменный ток — это также ток, используемый для электрических двигателей, который преобразует электрическую энергию в механическую.Большинство используемых нами бытовых приборов, использующих кондиционер, не ограничиваются вывозом мусора, холодильниками, тостерами и посудомоечными машинами.

Переменный ток очень популярен для производства электроэнергии, потому что машины вырабатывают эту энергию намного дешевле, требует снижения напряжения и ее легче производить.

Что такое постоянный ток? — Основы схемотехники

Постоянный ток был открыт итальянским физиком Алессандро Вольта, который изобрел первую химическую батарею в 1799 году.Однако электрический ток не был хорошо понят, пока Андре-Мари Ампер не выдвинул теорию о том, что носителем электрического тока является положительно заряженная частица. Согласно его теории, ток течет от терминала с избытком положительных зарядов к терминалу с дефицитом положительных зарядов.

Обычный ток

Эта теория легла в основу того, что сегодня известно как обычный ток . Логика заключалась в том, что избыток положительных зарядов на положительном выводе переместится на отрицательный вывод с недостаточным зарядом.Таким образом, обычный ток показан как протекающий от положительного вывода к отрицательному:

Электронный ток

Хотя в первоначальном определении протекания тока использовался обычный ток, позже было обнаружено, что носитель электрического тока на самом деле заряжен отрицательно. В модели потока электронов избыток отрицательных зарядов (электронов) на отрицательном выводе заставляет ток течь к положительному выводу с дефицитом электронов:

Как рассчитать ток

Ток измеряется как количество заряда, которое проходит через одну точку за определенный промежуток времени.Названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера, единица измерения силы тока в системе СИ называется ампер (А) или для краткости ампер.

Ток можно рассчитать по следующей формуле:

Где I — ток в амперах, Q — количество заряда в кулонах, а t — время в секундах .

Следовательно, 1 Ампер определяется как поток 1 кулоновского заряда в секунду.

Ток — это поток электронов

Электрический ток определяется как скорость протекания электрического заряда.Заряд переносится электронами, поэтому ток можно рассматривать как скорость потока электронов. Один электрон имеет заряд -1,602 × 10 ^-19 Кулонов. Число отрицательное, потому что электроны заряжены отрицательно. Это означает, что 1 кулон заряда имеет 6,2415 x 10 ¹⁸ электронов, и, следовательно, 1 ампер — это поток 6,2415 x 10 ¹⁸ электронов в секунду.

Переменный ток

Скорее всего, в ваш дом подается переменный ток.Муниципальные электросети обычно обеспечивают около 100 ампер переменного тока в обычном доме. Для сравнения: лампочка на 60 Вт потребляет около 0,5 ампер тока, а кондиционер — около 15 ампер.

В этой статье мы сосредоточимся на постоянном токе, но если вы хотите узнать больше о переменном токе, ознакомьтесь с нашей статьей «Что такое переменный ток».

Постоянный ток

Проще говоря, под постоянным током понимается электрический ток, протекающий только в одном направлении.Переменный ток означает ток, протекающий в обоих направлениях:

На графике зависимости напряжения от времени постоянный ток будет прямой:

Источники постоянного тока обеспечивают постоянное напряжение во времени. Некоторые примеры источников постоянного тока включают:

• Солнечные элементы
• Батареи
• Источники питания

Аноды и катоды s

По определению, анод — это электрод, через который ток течет в устройство.Катод — это электрод, через который ток выходит из устройства. Есть полезная мнемоника под названием «КИСЛОТА», которая помогает запомнить это. ACID означает «ток анода в устройстве». Это важно иметь в виду, потому что это означает, что анод и катод на батарее меняются в зависимости от того, заряжается она или разряжается:

Надеюсь, вы нашли этот учебник по постоянному току полезным! Не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, если у вас есть вопросы или комментарии о чем-либо…

.