Получение переменного тока — Основы электроники

Мы с вами узнали, что такое переменный ток, теперь я вам хочу рассказать, как получить переменный синусоидальный ток.

Возьмем проводник, согнутый в виде рамки и будем вращать его в равномерном магнитном поле (рисунок 1). При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индук­ции.

Пусть рамка вращается с равномерной скоростью. Мы уже знаем, что величина ЭДС, индуктированной в рамке, будет тем больше, чем быстрее будет изменяться число маг­нитных силовых линий, охватываемых рамкой, или иначе, чем большее число магнитных силовых линий будут пересекать стороны рамки в единицу времени (например в одну секунду).

Примем за начальное то положение рамки, когда она охва­тывает наибольшее число магнитных силовых линий, т. е. когда плоскость ее перпендикулярна направлению магнитного потока. На рисунке 1 это положение отмечено цифрой 1.

Рисунок 1. Получение синусоидального переменного тока. а — ряд последовательных положений рамки в магнитном поле; б -график переменного тока (синусоида).

В начале вращения рамки ее стороны будут скользить почти вдоль магнитных силовых линий, пересекая очень малое число их, то есть магнитный поток, проходящий через рамку, будет изменяться очень медленно, следовательно, и наводимая этим изменением потока ЭДС индукции будет невелика.

По мере приближения рамки, к положению 2, когда плос­кость ее становится параллельной силовым линиям, количе­ство пересекаемых рамкой силовых линий возрастает (при по­стоянной скорости вращения рамки) а, следовательно, воз­растает и индуктируемая в ней ЭДС.

Когда рамка пройдет положение 2, действующая в рамке ЭДС начнет постепенно убывать и станет равной нулю, когда рамка сделает полоборота (положение 3). Затем ЭДС будет снова возрастать, но уже в обратном направлении, так как теперь стороны рамки будут пересекать магнитные силовые ли­нии в противоположном направлении. В момент, когда рамка займет положение 4, т. е. сделает три четверти оборота, ЭДС будет наибольшей, после чего она начнет снова убывать и сде­лается равной нулю в тот момент, когда рамка завершит пол­ный оборот (положение

5).

При дальнейшем вращении рамки все явления будут по­вторяться в прежнем порядке. Так как ЭДС в рамке непре­рывно изменяется по величине и, кроме того, два раза в тече­ние каждого оборота изменяет свое направление, то и ток, вы­зываемый ею в рамке, будет также изменяться и по величине и по направлению.

Условимся изображать изменение переменной ЭДС, наво­димой в рамке при вращении ее в магнитном поле, таким об­разом, что по горизонтальной прямой линии (оси) слева направо будем откладывать в каком-нибудь масштабе угол поворота рамки или время, протекшее от начала поворота, а вверх и вниз (по вертикали) будем откладывать те ЭДС, которые наводятся в рамке при данном угле ее поворота. Вверх будем откладывать ЭДС одного направления, а вниз— ЭДС другого направления.

В результате такого построения получим график изменения ЭДС в зависимости от угла по­ворота рамки или, что то же самое, в зависимости от времени, так как рамка вращается с постоянной скоростью. Кривая эта, изображенная на рисунке 1б, очень часто встречается в электро­технике и носит название синусоиды.

Итак, мы видим, что при равномерном вращении рамки в равномерном магнитном поле в ней индуктируется переменная ЭДС, изменяющаяся по периодическому закону, выражае­мому синусоидой; ЭДС и токи, изменяющиеся по такому за­кону, называются

синусоидальными, а весь описанный процес будет иметь название получение переменного синусоидального тока.

Свяжем мысленно с вращающейся рамкой стрелку, укреп­ленную на одной оси с рамкой (рисунок 2а). Направим на вра­щающуюся стрелку пучок параллельных световых лучей так, как это изображено на рисунке 2б, а с другой стороны стрелки поставим экран (например лист бумаги). Электродвижущая сила, индуктируемая в рамке, в каждый данный момент бу­дет пропорциональна длине тени, отбрасываемой стрелкой на экран.

Длина тени в начальный момент, когда стрелка нахо­дится в горизонтальном положении, т. е. острием направлена в сторону экрана, будет равна нулю.

Рисунок 2. Модель синусоидального колебания. а -вместе с рамкой вращается стрелка; б -кончик тени от стрелки совершает синусоидальные колебания.

При вращении стрелки в направлении, указанном на рисунке, ее тень начнет удлиняться, вытягиваясь вверх. Сначала удлинение тени будет происходить быстро, но по мере при­ближения стрелки к вертикальному положению оно замедлит­ся и, наконец, совеем прекратится, когда длина тени сделается равной длине стрелки. После этого тень будет укорачиваться, сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее и, наконец, сделается равной нулю в тот момент, когда стрелка, совершив полоборота, займет горизонтальное положение. В то время, когда стрелка будет совершать следующую половину оборота, ее тень совершит такое же удлинение и укорочение, как и прежде, с той лишь разницей, что удлиняться она теперь будет не вверх, а вниз.

При каждом обороте стрелки ее тень будет совершать одно полное колебание.

Колебания тени вращающейся стрелки дают полную карти­ну изменения скорости движения электронов в проводнике при синусоидальном переменном токе. Скорость свободных элек­тронов в проводнике сначала невелика, затем электроны начи­нают двигаться все быстрее и быстрее (сила тока увеличивает­ся). В некоторый момент скорость электронов достигает своей максимальной величины (сила тока максимальна), после чего электроны постепенно замедляют свое движение и, наконец, совсем останавливаются (сила тока равна нулю).

Однако, практически электроны не делают остановки, так как они тотчас же начинают движение в обратном направле­нии (ток изменяет свое направление) с постепенно увеличи­вающейся скоростью (сила тока растет) и т. д.

Начертим окружность, внутри которой наметим несколько положений радиуса, занимаемых им при равномерном движе­нии его конца по окружности. На рисунке 3 показано 24 после­довательных положения радиуса, занимаемых им через каж­дые 15° поворота.

Справа от этой окружности проведем гори­зонтальную линию на высоте центра окружности. Разделим горизонтальную координатную ось также на 24 части, каждая из которых будет соответствовать 15° окружности.

Рисунок 3. Построение грфика синусоидального переменного тока. Окружность и горизонтальная ось координат разделены на одинаковое число частей.

Из каждой отмеченной точки на горизонтальной оси прове­дем вертикальную линию, равную проекции радиуса на вертикальный диаметр или длине тени при данном угле поворо­та. Соединим плавной кривой концы всех вертикальных ли­ний. Эта кривая и будет синусоидой.

Вращающийся радиус, употребляемый при построении си­нусоиды, называется радиусом-вектором.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Однофазный переменный ток

Однофазный переменный ток

Подробности

Категория: Электротехника

Однофазный переменный ток

Практически в домашних условиях применяют однофазный переменный ток, который получают с помощью генераторов переменного тока.

Устройство и принцип действия этих генераторов основывается на явлении электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, проходящего через него. Это явление было открыто английским ученым М.Фарадеем (1791-1867) в 1831 г.
Переменный ток, используемый в производстве и быту, изменяется по синусоидальному закону:

                                                                        i = I_m · sin(2·π·f·t

),
где  i— мгновенное значение тока;
       I_m   — амплитудное (наибольшее) значение тока; 
        f — частота переменного тока;
        t — время.

  

 

На рис. справа представлен график переменного тока и указаны амплитудные и мгновенное значения переменного тока в момент времени t.  

 

Частота измеряется в герцах

(Гц) в честь немецкого ученого Г. Герца (1857-1894). В сети переменного тока она равна 50 Гц. Частота переменного тока характеризует быстроту периодических процессов, число колебаний, совершаемых в единицу времени. Она измеряется с помощью специальных приборов — частотомеров.
Величина, обратная частоте, называется периодом колебания Т. Он равен для сети переменного тока 0,02 секунды.
Частота переменного тока зависит от частоты вращения ротора генератора и числа пар полюсов индуктора. Она определяется по формуле:                    

                                 

где  p — число пар полюсов индуктора;
       n — частота вращения ротора в минуту.
Если генератор имеет одну пару полюсов, то ротор такого генератора совершает 3000 об/мин для получения переменного тока частотой 50 Гц.
Переменный ток так же, как и постоянный ток, может производить тепловое действие. Накаливание волоска лампочки осуществляется как переменным, так и постоянным током. Поэтому, сравнивая тепловые эффекты постоянного и переменного токов (Q₌ = Q_{—_}), получают соотношение между действующим (эффективным) и максимальным токами:                                                         

	I =	Im	≈ 0,7· Im
		√2

 

или напряжениями:  

	Um	Um	≈ 0,7· Um
		√2

                                                                
где   I, U — действующие значения тока и напряжения; 
I_m, U_m— максимальные значения тока и напряжения.

Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока или напряжения.

Переменный ток одного напряжения, в отличие от постоянного, легко преобразовать в переменный ток другого напряжения с помощью трансформатора.

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте тока. Трансформаторы широко используются при передаче и распределении электрической энергии переменного тока. Они бывают однофазные и трехфазные.

Однофазный трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток изолированного провода. Сердечник трансформатора делается из листов электротехнической стали и служит магнитопроводом. Листы стали изолируются лаком для уменьшения потери энергии в сердечнике. Обмотка, подключенная в сеть, называется первичной, а обмотка, с которой снимается напряжение, — вторичной. Трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная, являются повышающими, а трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет меньшее число витков, чем первичная, являются понижающими. Отношение числа витков W₁ и W₂ обеих обмоток трансформатора равно отношению напряжений U₁ и U₂ на зажимах обмоток и называется коэффициентом трансформации К, т. е. 

 

 

 

При малых потерях энергии в трансформаторе (1-3%) можно принять, что мощность во вторичной цепи трансформатора приблизительно равна мощности в первичной. Тогда  Р₂ ≈ Р₁  или I₂ ^. U₂ ≈ I₁ ^. U₁ , откуда  

 

	I2	=	U1	=	W1	= K
	I1		U2		W2

 

 

Следовательно, токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны напряжениям, а значит и числу витков обмоток. Это означает, что в повышающем трансформаторе сила тока во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, и поэтому вторичная обмотка может быть выполнена из более тонкой проволоки; в понижающем же трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет большее сечение провода обмотки, чем первичная.

 Для изменения напряжений в небольших пределах применяют трансформаторы с одной обмоткой — автотрансформаторы, которые представляют как бы трансформатор с последовательным соединением обмоток.

Переменный ток — это… Что такое Переменный ток?

Переме́нный ток, AC (англ. alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Преимущества сетей переменного тока

• Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.
• Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями^{[источник не указан 1115 дней]}).
• Возможность передачи на более длинные расстояния, нежели постоянный.

Генерирование переменного тока

Преобразователь постоянного тока в переменный.

Переменный ток получают путем вращения рамки в магнитном поле. Принцип действия — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В генераторах переменного тока вращается якорь из магнита (электромагнита) с несколькими полюсами (2, 4, 6 и т. д.), а с обмоток статора снимается переменное напряжение.

Стандарты частоты

В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 — этот вариант принят в США) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).

В текстильной промышленности, авиации, метрополитене и военной технике для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения могут применять частоту 400 Гц (однако, чаще всего — метрополитены электрифицированы по системе постоянного тока), а в морском флоте 500 Гц.

Электрификация ПТ

В России и СНГ около половины всех ЖД работает на переменном токе частотой 50Гц.^{[источник не указан 345 дней]}

Ссылки

См. также

Источник питания переменного тока 450 Вт, ASR1695PSDC Спецификации продукции

Вся информация, приведенная в данном документе, может быть изменена в любое время без предварительного уведомления. Корпорация Intel сохраняет за собой право вносить изменения в цикл производства, спецификации и описания продукции в любое время без уведомления. Информация в данном документе предоставлена «как есть». Корпорация Intel не делает никаких заявлений и гарантий в отношении точности данной информации, а также в отношении характеристик, доступности, функциональных возможностей или совместимости перечисленной продукции. За дополнительной информацией о конкретных продуктах или системах обратитесь к поставщику таких систем.

Классификации Intel приведены исключительно в информационных целях и состоят из номеров классификации экспортного контроля (ECCN) и номеров Гармонизированных таможенных тарифов США (HTS). Классификации Intel должны использоваться без отсылки на корпорацию Intel и не должны трактоваться как заявления или гарантии в отношении правильности ECCN или HTS. В качестве импортера и/или экспортера ваша компания несет ответственность за определение правильной классификации вашей транзакции.

Формальные определения свойств и характеристик продукции представлены в техническом описании.

‡ Эта функция может присутствовать не во всех вычислительных системах. Свяжитесь с поставщиком, чтобы получить информацию о поддержке этой функции вашей системой или уточнить спецификацию системы (материнской платы, процессора, набора микросхем, источника питания, жестких дисков, графического контроллера, памяти, BIOS, драйверов, монитора виртуальных машин (VMM), платформенного ПО и/или операционной системы) для проверки совместимости с этой функцией. Функциональные возможности, производительность и другие преимущества этой функции могут в значительной степени зависеть от конфигурации системы.

Анонсированные артикулы (SKUs) на данный момент недоступны. Обратитесь к графе «Дата выпуска» для получения информации о доступности продукции на рынке.

Постоянный и переменный ток в технике » Детская энциклопедия (первое издание)

Что будет завтра Энергетика будущего

Гальванические элементы дают постоянный ток.

В наше время нет такой отрасли народного хозяйства, в которой не применялось бы электричество. И каждая из них предъявляет к электрическим машинам и аппаратам определенные требования, от которых зависит не только конструкция этих машин, но и род используемого тока. Хотя в технике и в промышленности широко используются и переменный и постоянный токи, области их применения весьма четко разграничены.

Впервые люди получили электрический ток от гальванических элементов. Эти элементы создавали в электрической цепи поток электронов, движущихся все время в одном определенном направлении. Такой ток получил название «постоянного».

Первые вращающиеся генераторы, электрические двигатели и приборы также работали на постоянном токе. И когда в конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский предложил применять трехфазный переменный ток, многие ученые отнеслись к этому с недоверием. Даже знаменитый американский электротехник Эдисон считал переменный ток выдумкой, не заслуживающей внимания. Однако очень скоро переменный ток стали использовать во многих областях электротехники. Электрические генераторы переменного тока создают в электрической цепи поток электронов, непрерывно изменяющий направление своего движения. Так, в цепи электрической лампочки, освещающей вашу комнату, электроны успевают за одну секунду

Генераторы электрических станций вырабатывают переменный ток с частотой 50 пер/сек.

100 раз изменить направление своего движения: 50 раз они движутся в одном направлении и 50 — в обратном. Про такой ток говорят, что он имеет частоту 50 периодов в секунду.

Эта особенность движения электронов придает переменному току целый ряд свойств, определивших его главенствующее положение в современной электротехнике.

Одно из важнейших свойств переменного тока — его способность к трансформации. Как мы знаем, передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при очень высоком напряжении, достигающем 110, 220 и даже 500-800 тыс. в. Столь высокое напряжение нельзя получить непосредственно в генераторах. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен электрический ток напряжением в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь-то и пригодилась его способность к трансформации,—  она позволила с помощью трансформаторов изменять напряжение переменного тока в любых пределах.

С помощью трансформаторов можно изменять напряжение переменного тока в любых пределах.

Мало того. Соединение обмоток генератора в трехфазную систему позволило получить трехфазный переменный ток. Это система трех переменных токов, которые имеют одинаковую частоту, но различаются по фазе на одну треть периода. Трехфазный ток обладает важными достоинствами. Во-первых, трехфазные линии электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов и изоляции можно передать больше электрической энергии, чем при однофазном переменном токе. А во-вторых, благодаря свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле, удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрические двигатели без коллектора и щеток.

Эти качества переменного тока и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.

Больше половины электрической энергии, вырабатываемой этими электростанциями, расходуется электрическими двигателями. Чтобы они могли выполнять разнообразную работу, их делают различными и по устройству и по размерам.

Электрические двигатели позволили создать автоматические станочные линии.

Кроме простых асинхронных двигателей, которые широко используются для привода станков, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Они развивают большие усилия при трогании с места и поэтому успешно применяются на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. По своим размерам электрические двигатели бывают маленькими — с катушку ниток — и огромными, как карусель.

Применение для привода станков сразу нескольких электрических двигателей дало возможность упростить механизмы станка, облегчило управление ими и позволило создать автоматические станочные линии.

Малые размеры электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки и другой электрифицированный инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным.

Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам.

Электрические дуговые и индукционные печи широко применяются в технике и промышленности. Небольшие печи сопротивления можно встретить в вагонах поездов, в троллейбусах и даже дома.

Переменный ток — хороший источник тепла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи сопротивления широко используются для кондиционирования воздуха, обогрева сушильных шкафов и различных помещений.

Электрические лампочки дают свет независимо от того, какой ток идет через их нити. Но поскольку передача переменного тока более экономична, а трансформаторы позволяют легко поддерживать необходимое для них напряжение, вся осветительная сеть городов и сел обслуживается переменным током.

Непрерывное изменение направления движения электронов в переменном токе, его способность к трансформации открыли ему широкую дорогу во многие области техники. Но не всегда хорош ток, все время меняющий свое направление. Вот вы сели в троллейбус, поезд метро или в вагон «электрички» на железной дороге. Здесь вы попали во владения постоянного тока.

Дело в том, что простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. А вспомните, сколько раз водителю приходится изменять скорость движения троллейбуса; с такой беспокойной работой хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питание этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных подстанций. Приходящий на них с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.

Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах.

Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. А он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса или гребные винты.

Однако высокая стоимость и сложность преобразовательных подстанций заставили ученых и инженеров задуматься над использованием переменного тока на транспорте. Сейчас уже есть участки железных дорог, использующие однофазный переменный ток. С успехом используют его и на многих дизель-электрических кораблях.

Для питания двигателей электровозов вдоль электрифицированной железной дороги устанавливаются тяговые выпрямительные подстанции, на которых переменный ток преобразуется в постоянный при помощи ртутных выпрямителей.

Дальнейшая электрификация железных дорог в нашей стране будет осуществляться преимущественно с использованием переменного тока напряжением 25 тыс. в. Этот ток будет превращаться в постоянный непосредственно на электровозах при помощи выпрямительных устройств.

Хорошие регулировочные способности электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, которые вы видите на строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных кранах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать его в изложницы или подавать раскаленные болванки на прокатные станы.

Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.

В гальванических ваннах при помощи постоянного тока покрывают различные предметы тонким слоем никеля или хрома.

Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения — до 25 тыс. об/мин. Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей, элеронов и закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.

Неизменное направление движения электронов в цепи постоянного тока определило большую и важную область его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может. Речь идет об электролизе — процессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы — электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах — на аноде или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии — для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца. В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.

В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий. Таким образом наносят защитные покрытия на металлические изделия (никелирование, хромирование), изготавливают металлические монументы, печатные формы и т. д. Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.

Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.

Зайдите на киностудию. Мощные дуговые кинопроекторы заливают светом съемочный павильон. На переменном токе дуга горит менее устойчиво, дает меньше света и издает гул, мешающий записи звука при киносъемке. Поэтому кинопрожекторы питают постоянным током, который дает бесшумную устойчивую дугу. В мощных военных прожекторах и дуговых кинопроекционных аппаратах также используется постоянный ток.

На киностудиях на постоянном токе работают мощные дуговые кинопрожекторы.

Чтобы получить переменный ток, нужно непрерывно вращать генератор переменного тока, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи или же гальванические элементы. Эти свойства источника электрического тока также в ряде случаев определяют область применения постоянного тока.

Автомобиль стоит на месте. Как завести его двигатель? К вашим услугам аккумуляторная батарея. Вы нажимаете кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заводит мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который заряжает аккумулятор, восстанавливает израсходованную энергию. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.

Что было бы, если бы в поездах освещение питалось переменным током? Остановился поезд — перестали вращаться колеса вагонов, а вместе с ним остановились бы электрические генераторы и свет в вагонах погас бы. Но этого не происходит, потому что под вагонами установлены генераторы постоянного тока, работающие параллельно с аккумуляторными батареями. Идет поезд — генераторы вращаются, дают энергию для освещения и одновременно заряжают батарею. Остановился состав — аккумуляторная батарея посылает ток в осветительную сеть.

Представьте себе, что на электростанции произошла авария: все турбо- или гидрогенераторы остановились и линии электропередачи, связывавшие ее с другими электростанциями, отключились. В таких случаях выручает постоянный ток, получаемый от больших аккумуляторных батарей. С его помощью приводят в движение вспомогательные механизмы, включают отключившиеся выключатели и снова пускают в работу главные турбо- или гидрогенераторы. Питание от аккумуляторной батареи очень надежно, поэтому все цепи защиты управления, автоматики и сигнализации на больших электростанциях работают на постоянном токе.

Аккумуляторные батареи применяются в различных областях техники.

Может ли плавать подводная лодка без постоянного тока? На поверхности воды может. В этом случае ее гребные винты вращаются дизелями. Но под водой дизели останавливаются — не хватает воздуха. Там работает двигатель постоянного тока, получающий энергию от аккумуляторных батарей. Когда лодка вновь всплывает на поверхность и включаются в работу дизели, электрический двигатель превращается в генератор и вновь заряжает батареи.

В шахтах не везде можно подвесить контактный провод для электровозов. Как же им передвигаться? И тут опять выручает аккумуляторная батарея. На многих шахтах рудничные аккумуляторные электровозы доставляют уголь из самых отдаленных забоев. Электрические тележки с аккумуляторами — электрокары — вы часто видите на вокзалах. Они есть и в цехах больших заводов и фабрик.

Обратите внимание, как кинооператор снимает какое-нибудь важное событие. В руках у него легкий киносъемочный аппарат, а на поясе — аккумулятор. Нажал кнопку, и аппарат заработал. Такие легкие аккумуляторные батареи широко применяются для переносных радиостанций, сигнальных устройств, электрических измерительных приборов.

Конечно, перечисленными здесь примерами не исчерпываются все области применения электрической энергии. Мы ничего не рассказали о ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и других целей — об этом вы прочтете в соответствующих статьях нашего сайта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Что будет завтра Энергетика будущего

Всё о переменном токе

Другие направления деятельности ООО «Кронвус-Юг»

www. 4akb.ru

Оборудование для
обслуживания аккумуляторов

ural-k-s.ru

Промышленное и
автосервисное оборудование

www.metallmeb.ru

Производство мебели
специального назначения

verstaki.com

Слесарные верстаки и
производственная мебель

Переменный ток в настоящее время имеет громадное практическое значение. В мире почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Постоянный ток, необходимый в промышленности (электрохимия), транспорте (электротяга), связи и т.д. получается путем преобразования (выпрямления) переменного тока. Конструкция генераторов переменного тока значительно проще, чем генераторов постоянного тока. 
Главное преимущество переменного тока заключается в возможности получать при помощи трансформаторов переменный ток различного напряжения:
высокого – для передачи электрической энергии на большие расстояния;
низкого – для питания потребителей.
Переменным называется ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени. Значение переменной величины (тока, напряжения, ЭДС) в любой момент времени t называется мгновенным значением.
Наибольшее из мгновенных значений периодически изменяющихся токов, напряжений или ЭДС называются максимальными или амплитудными значениями.
Период T — наименьший промежуток времени, по прошествии которого мгновенные значения переменной величины (U, I, ЭДС) повторяются в той же последовательности.
Цикл – совокупность изменений, происходящих в течение периода.
Частота – величина обратная периоду.

Переменный ток вырабатывается генератором.
Генератор – электрическая машина, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую.

В магнитном поле между полюсами N и S расположен якорь с обмоткой, при вращении которого в обмотке наводится ЭДС.
В промышленности используется трехфазное питание ~ 380В.
В 1891 году русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский впервые применил для передачи электрической энергии трехфазную систему тока. С тех пор она является основной системой электрофикации во всех странах мира. Трехфазные цепи переменного тока по сравнению с однофазными имеют следующие преимущества:
— обеспечивают экономичную передачу электрической энергии;
— трехфазные электрические машины (генераторы, двигатели) – самые простые, дешевые и надежные в работе.
Трехфазной системой ЭДС называется система трех переменных ЭДС одинаковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе (120 ).
Простейший трехфазный генератор по конструкции аналогичен однофазному, только якорь имеет не одну, а три обмотки сдвинутые в пространстве друг относительно друга. При вращении якоря в этих обмотках наводятся ЭДС одинаковой частотой, но имеющие разные фазы. Если амплитуды ЭДС трех обмоток генератора равны друг другу, а сдвиг фаз между двумя любыми смежными ЭДС равен 120 , то трехфазная система ЭДС называется симметричной. Отдельные обмотки трехфазного генератора называются фазами (А, В, С). Один из зажимов каждой обмотки генератора называется началом фазы и обозначается А, В, С. Другой зажим каждой обмотки называется концом и обозначается соответственно X, Y, Z.
За положительное направление ЭДС в генераторе принято считать направление от концов фаз к началам.
Теоретически каждая обмотка генератора может быть использована как источник энергии для приёмника. Такая схема называется несвязанной трехфазной системой. В несвязанной системе для передачи энергии нужно шесть проводов. На практике не применяется.
У реальных трехфазных генераторов обмотки часто имеют одну общую точку, в которой соединены концы обмоток X, Y, Z. Такая схема соединения называется звездой, а общую точку обмоток – нулевой точкой или нейтралью генератора. С приёмником энергии генератор соединяется тремя или четырьмя проводами. Три из них называются линейными, присоединяются к началам обмоток А, В, С, а четвертый – нулевой или нейтральный присоединяют к нулевой точке. Также применяются системы и без нейтрального провода, если нагрузка равномерная. Если нагрузка неравномерная, то наблюдается перекос фаз при отсутствии нейтрали. Нейтральный провод обеспечивает равенство фазных напряжений при любом соотношении фазных сопротивлений.
Напряжения между линейными проводами (т.е. между началами обмоток генератора) принято называть линейными и обозначать UAB, UBC и UCA. В промышленности, в основном, линейное напряжение равно 380В.
Напряжения между линейными и нейтральными проводами (т.е. между началами и концами обмоток генератора) называются фазными и обозначаются UA, UB, UС – 220В.
Фазное напряжение отличается от фазной ЭДС на величину падения напряжения в обмотке генератора. Линейное напряжение √ 3 ≈ 1,73 раза больше фазного напряжения.
В схеме соединения обмоток трехфазного генератора, которая называется треугольником конец первой обмотки Х соединен с началом второй обмотки В, конец второй обмотки Y с началом третьей обмотки С и конец третьей обмотки Z с началом первой обмотки А. В такой схеме три обмотки образуют замкнутый контур с весьма малым сопротивлением. Однако при симметричной системе ЭДС и отключенной внешней цепи, тока в этом контуре нет, так как сумма симметричных ЭДС в любой момент времени равна 0.
Аналогичным образом подключаются и приёмники электрической энергии (электродвигатели). По схеме звезда без нейтрали подключают равномерную нагрузку (электродвигатели, электропечи, трехфазные трансформаторы). По схеме звезда с нейтралью подключают неравномерную нагрузку (электролампы, а также трансформаторы).
Схему треугольник применяют для соединения приёмников в тех случаях, когда их номинальное напряжение равно линейному напряжению источника питания. В промышленности используется как равномерная так и неравномерная нагрузка.

Ток любой фазы треугольника может замыкаться через два линейных провода, минуя две другие фазы. Это обуславливает независимость фаз треугольника и нормальную их работу как при равномерной так и при неравномерной нагрузке. Возможность нормального питания приёмников при неравномерности нагрузки с помощью только трех проводов – одно из основных достоинств этой схемы по сравнению с соединением звездой. Недостатком схемы можно считать то, что при обрыве одного линейного провода перестают нормально работать две прилегающие к нему фазы, в то время как при таком же повреждении в соединении звездой с нейтральным проводом не работает только одна фаза.
Мощность трехфазной цепи.
В общем случае активна мощность трехфазной цепи равна арифметической сумме активных мощностей отдельных фаз.

Постоянный и переменный ток | Полезные статьи

Все неоднократно слышали подобные сочетания слов, да и в обиход они вошли настолько широко и плотно, как само собой разумеющееся. Останавливаться на физике процессов не будем, так как все это изучено еще в старших классах школы.  
 Начнем, естественно, с определений. Переменный ток – упорядоченное движение заряженных частиц или, по – другому, электрический ток, который с течением времени меняет свое направление и величину по определенному закону с заданной частотой.  Постоянный электрический ток, напротив — всегда постоянный по величине и направлению.

В этой статье разберемся в областях применения этих интереснейших явлений, которые, несомненно, являясь одним из локомотивов технического прогресса, делают нашу жизнь комфортной во всех сферах.
Переменный ток широко применяется в быту и в промышленности. Производится он традиционно на различного рода электростанциях (ТЭЦ, ТЭС, ГЭС, АЭС и др.). И всех их объединяет одно, независимо от используемого источника энергии (энергии воды, сжигаемого топлива, ядерной энергии и т.д.) – наличие генераторов переменного тока, преобразующих механическую энергию вращения в электрическую.  

 

А нашло это массовое применение во всем мире по одной простой причине — как наиболее экономически целесообразный способ производства и передачи электроэнергии до потребителя. Ведь, например, построить отдельную станцию для каждого потребителя невозможно и дорого. А передать электроэнергию оттуда, где ее можно произвести в силу подходящего географического расположения, близости к природным ресурсам — вполне даже реально. К тому же, само оборудование для генерации и преобразования переменного тока гораздо проще конструктивно, надежнее и, соответственно, дешевле, чем оборудование постоянного тока. 

При этом трехфазная схема электрического тока, наиболее сбалансированная из возможных, позволяет создавать вращающееся магнитное поле, так необходимое для работы применяемых повсюду электрических двигателей. А почему именно 3 фазы? Две обмотки не обеспечат непрерывное равномерное взаимодействие магнитных полей, а четыре и более избыточны, так как приведут к удорожанию электрических сетей. И самое основное преимущество системы – возможность легко и просто изменять величину генерируемого напряжения с помощью повышающих и понижающих трансформаторов. А чем выше напряжение, тем дальше можно передать электроэнергию и тем меньше тепловые потери энергии при передаче. А уже ближе к потребителю напряжение снижается до необходимого нормируемого уровня. Далее фаза ноль от понижающих трансформаторов подводятся посредством ЛЭП к электроустановкам потребителя.

 Постоянный ток также нашел обширное применение во всех областях деятельности человека, в первую очередь благодаря аккумуляторам, в которых посредством химической реакции возникает так называемый гальванический ток. Все без исключения современные автономные портативные устройства питаются от АКБ. Если говорить об автономности, то безоговорочно область применения постоянного тока распространяется на бортовые системы любых автомобилей, летательных аппаратов, электропоездов. В последнее время с развитием высокопроизводительных источников питания свою нишу занял и колесный транспорт на электротяге – электромобили, скутеры, электробусы, электробайки. Плюс в том, что двигатели постоянного тока позволяют плавно развивать скорость и высокий крутящий момент во всех диапазонах оборотов.

Постоянный ток также безальтернативно используется в микроэлектронике, в средствах связи и прочей технике, то есть там, где требуется минимизировать количество помех и пульсаций и даже вовсе их исключить.  
Но отделить постоянный и переменный ток друг от друга в наше время невозможно, так как чаще всего используется их сочетание, когда они преобразуются друг в друга по необходимости. Так, переменный ток сети преобразуется в блоках питания сложной электроники в постоянный. Переменный ток, вырабатываемый генератором автомобиля «выпрямляется» диодным мостом и далее заряжает АКБ, питая бортовые устройства. Или постоянный ток, вырабатываемый солнечной электростанцией, посредством инвертера преобразуется в переменный и подается в сеть.

 

Расчет мощности переменного тока — Видео и стенограмма урока

Power Equations

Но этот урок называется «Мощность переменного тока», так как же нам рассчитать мощность, используемую цепью переменного тока? Как обсуждалось в другом видеоуроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду). А в схеме его можно вычислить, умножив ток на напряжение. Мы можем сделать то же самое для цепи переменного тока; мы просто используем среднеквадратичное значение тока и среднеквадратичное напряжение. Итак, ниже представлено наше основное уравнение для мощности в цепи переменного тока: действующее значение напряжения, измеренное в вольтах, умноженное на действующее значение тока, измеренное в амперах.

Основное уравнение мощности

Но что делать, если вы не знаете действующее значение напряжения или тока? Что, если вместо этого вы знаете пиковое напряжение V-ноль и пиковое значение тока I-ноль? Что ж, тогда нам нужно будет использовать предыдущие уравнения для среднеквадратичного напряжения и действующего тока. Но чтобы избежать использования более одного уравнения, мы можем подставить эти уравнения в уравнение мощности, например:

Уравнение мощности

Это упрощает представление о том, что мощность, используемая в цепи переменного тока, равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение, деленному на два.

Пример расчета

Хорошо, давайте попробуем пример! Вы проводите испытания энергосберегающей лампочки. Вы обнаружите, что максимальное напряжение, которое он когда-либо использует, составляет 240 вольт, а максимальный ток, который проходит через него, составляет 0,12 ампер. Для обычной лампочки вы просматриваете некоторые значения и обнаруживаете, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичный ток — 0,5 ампер. Какая разница в мощности, используемой двумя лампочками?

Хорошо, нам нужно выяснить, сколько энергии потребляет каждая лампочка, а затем сравнить их.Для первого нам даны максимальные значения, а для второго — среднеквадратичные значения. Итак, нам нужно использовать разные уравнения для каждого, а затем сравнить два значения мощности.

Что касается энергосберегающей лампочки, мы знаем, что V-ноль составляет 240 вольт, а I-ноль — 0,12 ампер. Итак, мы можем вычислить мощность, используя это уравнение: (240 * 0,12) / 2 = 14,4 Вт.

Для обычной лампочки известно, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичное значение — 0,5 ампер. Итак, все, что нам нужно сделать здесь, это использовать это уравнение и умножить два вместе: 120 * 0.5 = 60 Вт.

Наконец, чтобы найти разницу между ними, вычтите меньшее число из большего: 60 — 14,4 = 45,6 Вт. Таким образом, разница в потребляемой мощности между двумя лампочками составляет 45,6 Вт. И все — готово!

Краткое содержание урока

Почти каждое электрическое устройство, которое мы используем в повседневной жизни, работает от переменного тока. Переменный ток (или переменный ток) — это когда ток очень быстро переключает направление, а не течет только в одном направлении по цепи — в одну сторону, а затем в противоположную, снова и снова.Это создает ток, который изменяется синусоидально, что означает, что он изменяется в форме синусоидальной кривой, например, этой:

Синусоидальная кривая цепи переменного тока

Поскольку ток переключается, изменяется и напряжение, и мощность. Все они следуют синусоиде. Из-за этого мы склонны выражать ток и напряжение в виде специальных средних величин, называемых среднеквадратичных (или среднеквадратичных ). Цепь переменного тока будет иметь среднеквадратичный ток и среднеквадратичное напряжение, и эти значения определяются следующими уравнениями, где V-ноль — пиковое или максимальное напряжение, а I-ноль — пиковый или максимальный ток.Это вершины и основания синусоиды.

Уравнения

Как обсуждалось в другом уроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду). В цепи переменного тока есть два основных уравнения, которые вы можете использовать для расчета мощности: верхнее уравнение, в котором вы умножаете среднеквадратичное напряжение на среднеквадратичное значение тока; или нижний, где вы умножаете пиковое напряжение на пиковый ток, а затем делите на два.Основываясь на том, что вам задают в вопросе, вы можете выяснить, какое из двух уравнений использовать.

Результаты обучения

По завершении этого урока вы должны уметь:

• Определение переменного тока, среднеквадратичного значения и мощности
• Определите синусоидальную кривую переменного тока, напряжения и мощности
• Объясните, как использовать два основных уравнения для расчета мощности в цепи переменного тока.

переменного тока по сравнению с постоянным током и солнечная энергия

переменного тока по сравнению сПостоянный ток и солнечная энергия

Чтобы получить бесплатную электроэнергию из солнечных лучей, нужны не только солнечные батареи. Устройства, называемые инверторами , необходимы для преобразования тока DC , производимого вашими панелями, в ток AC , от которого работает ваш дом. Но при этом теряется очень небольшое количество энергии. Поэтому при покупке солнечной системы убедитесь, что оценки производства энергии, которые вы получаете от разных поставщиков, основаны на одном и том же типе тока.

Для сравнения не важно какой. Но имеет смысл взглянуть на оценки, основанные на мощности переменного тока, которую инверторы посылают в ваш дом, а не на мощности постоянного тока, изначально генерируемой вашими солнечными панелями. Таким образом, вы получите более точное представление о компенсации за электроэнергию.

Но почему сами солнечные панели не производят автоматически необходимую вам энергию?

Электричество — это не электроны

AC обозначает переменного тока .
DC означает Direct Current .

Строго говоря, упоминание «тока» переменного или постоянного тока излишне, поскольку оно уже обозначено буквой «С». Но, как «тест SAT» и «PIN-код», аббревиатуры иногда становятся настолько распространенными, что мы перестаем думать о них как о таковых. Тогда кажется забавным , а не , избыточно добавлять уже включенное последнее слово, когда это помогает объяснить сокращенную концепцию.

Так же, как поток воды , электрический ток — это то, что течет в определенном направлении.Но ток, протекающий по проводам, состоит из электрического заряда , переносимого движущимися электронами. Вы, наверное, слышали, как люди говорят, что электричество состоит из самих электронов. Это распространенное объяснение позволяет легко визуализировать электрический ток. Но, на самом деле, переменный ток препятствует протеканию самих электронов .

Переменный ток получил свое название, потому что направление, в котором он течет, постоянно меняется взад и вперед.Переменный ток, питающий ваши приборы, меняет направление 60 раз в секунду. Это быстрое колебание даже не дает электронам возможности начать движение, и вместо этого они начинают вибрировать. Но вибрации, тем не менее, заставляют ток или электрический заряд течь в чередующихся направлениях.

Постоянный ток , напротив, постоянно течет в одном направлении. Его название может ввести в заблуждение, поскольку постоянный ток на самом деле не более прямой, чем переменный ток.Но в постоянном токе сами электроны текут с электрическим зарядом .

Почему переменный ток стал стандартом

Около 200 лет назад ученые открыли эффективный способ выработки электричества с помощью вращающегося магнита. Но вместо постоянного тока он производил ток, направление которого чередовалось с вращением магнита. Поскольку переменный ток не находил практического применения, генераторы первого поколения обычно имели устройства, которые преобразовывали их выход в постоянный ток.Сегодня автомобили по-прежнему используют генератор переменного тока для эффективного генерирования энергии переменного тока, которая затем преобразуется в постоянный ток для хранения аккумуляторов.

Однако, когда изобретение электрической лампочки вызвало спрос на электрические линии, идущие в наши дома, оказалось, что переменный ток имеет одно очень большое преимущество в безопасности. Передача электричества на расстояния, намного превышающие милю, требует опасно высокого напряжения, чтобы минимизировать потери из-за электрического сопротивления. Но понизить напряжение постоянного тока, чтобы можно было безопасно проникать в дома людей, было технологически невыполнимо.В результате электростанции постоянного тока должны были быть очень близки к своим клиентам. Помимо всех неудобств и неэффективности, производство электроэнергии постоянного тока по разумной цене для малонаселенных регионов было невозможно, поскольку каждая станция могла обслуживать максимум несколько домов.

Однако примерно в 1886 году Уильям Стэнли * изобрел коммерчески жизнеспособное устройство для преобразования переменного тока высокого напряжения в более безопасное более низкое напряжение. Это означало, что крупномасштабные электростанции могли обеспечивать потребителей высоким напряжением переменного тока за много миль, а трансформаторы Stanley затем можно было использовать для понижения напряжения до безопасного уровня перед подачей его в дома.Электропитание переменного тока довольно быстро стало нормой, и производители прекратили выпуск устройств постоянного тока.

То, как солнечные панели генерируют энергию из солнечного света, производит постоянный ток. В настоящее время у нас действительно есть технология, позволяющая легко преобразовывать мощность постоянного тока в низкое напряжение. Если бы он существовал 200 лет назад, все бытовые приборы в вашем доме работали бы на постоянном токе, и нам не нужно было бы использовать инверторы или мириться с очень небольшими потерями в производстве энергии.

К счастью, поскольку солнечная энергия является полностью чистым и на 100% возобновляемым ресурсом, всегда есть больше солнца, чтобы компенсировать небольшую разницу.И нам не нужно беспокоиться о нанесении этим вреда окружающей среде.

* Хотя Никола Тесла изобрел двигатель переменного тока и помог усовершенствовать другие технологии, важные для превращения переменного тока в доминирующую, он не изобрел трансформатор, как обычно утверждают.

Поделиться:

Переменный ток, постоянный ток, солнечная энергия и вы

(Этот пост был написан научным сотрудником по связям с общественностью компании Solar United Neighbours Garance Perret)

Каждая солнечная система поставляется с устройством, называемым инвертором.Инверторы — ключевой компонент вашей системы. Они преобразуют энергию, собранную панелями от солнца, в энергию, необходимую для питания вашего дома. То есть инверторы преобразуют постоянный ток (DC) в переменный (AC). Чтобы понять, почему это изменение необходимо, давайте посмотрим на разницу между постоянным и переменным током.

Электрический ток — это поток заряженных электронов. Разница между переменным и постоянным током — это направление, в котором текут электроны. При постоянном токе поток электронов движется в одном направлении.При переменном токе поток электронов колеблется, создавая волнообразный узор.

Большинство бытовых приборов и зданий питаются от сети переменного тока, потому что намного легче изменить уровень напряжения переменного тока. Кроме того, переменный ток лучше передается на большие расстояния. На заре развития электроэнергетики между инженерами велась ожесточенная конкуренция за то, какой из них наиболее эффективен.

Томас Эдисон был решительным сторонником использования DC. Он даже возглавил кампанию против использования кондиционера, ссылаясь на соображения безопасности.Переменный ток стал доминирующим в конце 19 века, когда инженеры увидели его способность передавать энергию на большие расстояния.

Давайте посмотрим, как эти различия применимы к вашей системе. Электрическая мощность вашей системы измеряется в ваттах. Для вас важно четко понимать, относится ли это измерение к выходу переменного тока панели или к выходу постоянного тока. Выход переменного тока панели отличается от выхода постоянного тока: представьте это как обмен валюты. Стоимость одного доллара отличается от стоимости одного евро.

Хотя переменный ток выиграл как электрический ток, используемый вашим домом и бытовой техникой, многие устройства, такие как батареи, по-прежнему используют постоянный ток.Постоянный ток также является формой электроэнергии, вырабатываемой вашими солнечными панелями. Вот почему производители солнечных панелей маркируют мощность своих панелей в постоянном токе.

Выходные измерения панелей

можно выполнить двумя способами: в стандартных условиях тестирования (STC) и в условиях тестирования производительности (PTC). STC относится к продукции панели в лабораторных условиях. Это максимальное количество электроэнергии, которое он может произвести. PTC измеряет производительность панели в реальных условиях. Чтобы рассчитать выходную мощность ваших панелей в переменном токе, вы умножаете вышеупомянутое измерение PTC на эффективность ваших инверторов — обычно около 95%.Это означает, что измерение постоянного тока всегда будет больше, чем измерение переменного тока.

Итак, вы можете задаться вопросом, а лучше ли одно средство измерения другого? Нет, но при сравнении котировок важно четко понимать, какой показатель используется. Таким образом, вы можете сравнить яблоки с яблоками.

Системы постоянного тока

могут экономить энергию, поэтому застройщики получают новый стимул для их внедрения

Производство, передача и распределение электроэнергии в США.S. преимущественно основан на переменном токе (AC), но все большее количество устройств в зданиях США, включая компьютеры, мобильную электронику и светодиодные фонари, используют питание постоянного тока (DC). Это означает, что мощность переменного тока должна быть преобразована в мощность постоянного тока, прежде чем она может использоваться этими устройствами, совместимыми с постоянным током. Неэффективность процесса преобразования в настоящее время (каламбур) приводит к 5-20% потерь энергии.

Параллельное повышение мощности постоянного тока источников в зданиях (таких как локальные солнечные батареи и связанные с ними аккумуляторы) дает возможность избежать этих потерь при преобразовании.Но сегодня эта мощность постоянного тока почти всегда преобразуется в переменный ток перед прохождением через электрическую систему здания, а затем снова преобразуется в постоянный ток в «кирпичике» кабеля ноутбука или его эквиваленте в других устройствах постоянного тока.

Решение кажется очевидным: избегать преобразования мощности. Но это потребует от проектировщиков и разработчиков зданий интеграции систем питания постоянного тока в здания.

В отчете Going Beyond Zero Инициатива Альянса по повышению эффективности систем призвала к обеспечению соответствия системным требованиям, таким как интеграция систем питания постоянного тока, для достижения целей в области энергопотребления или сертификации.Члены Инициативы тесно сотрудничают с Советом по экологичному строительству США (USGBC), и на этой неделе организация добавила новый пилотный кредит в свою программу сертификации «Лидерство в энергетике и экологическом дизайне» ^® (LEED), специально стимулируя использование постоянного тока. интеграция.

Рост устройств постоянного тока предлагает множество преимуществ — и наши электрические системы должны адаптироваться

Устройства с питанием от постоянного тока повсюду вокруг нас. Помимо светодиодного освещения, компьютеров и мобильной электроники, они включают зарядные устройства для электромобилей и, во все большей степени, оборудование для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).И количество устройств с питанием от постоянного тока будет расти еще больше: потребление постоянного тока в настоящее время составляет около 32 процентов от общих энергетических нагрузок, а в домах, где используются электромобили и оборудование HVAC с двигателями постоянного тока, может вырасти до 74 процентов. Интеграция систем распределения питания постоянного тока не только поможет избежать потерь при преобразовании из-за этого увеличивающегося конечного использования постоянного тока, но многие устройства с питанием от постоянного тока сами по себе более эффективны. Например, светодиодные лампы с питанием от постоянного тока потребляют примерно на 75 процентов меньше энергии, чем лампы накаливания с питанием от переменного тока.Следовательно, интеграция распределения питания постоянного тока создает рыночный спрос на технологии питания постоянного тока, способные повысить эффективность в зданиях.

Более того, возможность использования электрических систем постоянного и гибридного переменного / постоянного тока в зданиях будет увеличиваться, поскольку все больше домовладельцев и организаций будут использовать в зданиях солнечные фотоэлектрические (PV) системы. Поскольку потенциал энергосбережения энергии постоянного тока является наибольшим в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, пилотный кредит постоянного тока дополняет кредиты LEED по возобновляемым источникам энергии и гармонизации энергосистемы.

И, оптимизируя и максимизируя производительность локальных солнечных фотоэлектрических систем и аккумуляторов энергии, питание постоянного тока повышает надежность солнечной энергии во время стихийных бедствий или других перебоев в электроснабжении. Таким образом, добавление систем питания постоянного тока может повысить устойчивость и надежность энергоснабжения домов и зданий, что становится все более важным фактором, поскольку изменение климата увеличивает частоту и интенсивность суровых погодных условий, вызывающих перебои в подаче электроэнергии.

Как мы сюда попали: AC vs.Электропитание постоянного тока

Быстрое освежение информации о переменном и постоянном токе: с конца девятнадцатого века переменный ток безотказно поставляет большую часть энергии в наши здания. Направление потока различает мощность переменного и постоянного тока: постоянный ток постоянен и движется в одном направлении, в то время как переменный ток колеблется / меняет направление. Первоначально переменный ток был выбран в качестве предпочтительного тока для распределения энергии в США в первую очередь из-за возможности повышать или понижать напряжение с помощью трансформаторов, что позволяет эффективно передавать большую мощность на большие расстояния, а затем «понижать» до предлагаем низкое напряжение, необходимое для бытовой техники в зданиях.

Поскольку национальная электросеть приняла передачу и распределение переменного тока, устройства в зданиях были переведены на работу от сети переменного тока. Однако сейчас питание постоянного тока становится все более актуальным для удовлетворения наших потребностей в распределении энергии, поскольку мы все больше полагаемся на устройства, содержащие полупроводники, которые должны получать питание от постоянного тока.

Пилотный кредит LEED поощряет системный подход к экономии

Новый пилотный кредит LEED разработан, чтобы разрешить дилемму курицы и яйца, связанную с питанием постоянного тока в зданиях: производители не склонны производить системы с питанием постоянного тока, потому что они не указано в проектных планах; с другой стороны, команды разработчиков не указывают их, потому что производители не производят их.Этот новый стимул для проектировщиков зданий интегрировать питание постоянного тока в здания поможет стимулировать интерес к спецификациям систем постоянного тока и, таким образом, к их производству производителями.

Пилотный зачет основан на зачете LEED «Оптимизация энергоэффективности». У проектных групп по строительству есть два варианта получения баллов LEED за интеграцию систем или подсистем, которые работают непосредственно от источника постоянного тока, в свои конструкции. Вариант 1 — это предписывающий подход, который требует, чтобы 95 процентов нагрузки по крайней мере одной основной энергосистемы работали напрямую от источника постоянного тока.Вариант 2 — это подход, основанный на производительности, который предлагает альтернативный путь моделирования энергопотребления всего здания, вознаграждая больше баллов за больше энергии, сэкономленной в конструкциях, которые интегрируют питание постоянного тока. Проекты, которые реализуют вариант 2, могут принести большую экономию, поскольку он поощряет системный подход и включает целостный взгляд на использование энергии. Вознаграждая кредиты за большую экономию энергии, дизайнеры поощряются к творчеству и гибкости в определении того, как интегрировать системы питания постоянного тока в здание таким образом, чтобы учитывать взаимодействие между системами для оптимизации энергосбережения всего здания.

Пилотные кредиты LEED предназначены для развития на основе отзывов о проектах. Тем, у кого есть проекты, которые могут проверить кредит, рекомендуется обратиться к представителю USGBC по адресу [email protected]. Чтобы узнать больше о пилотном кредите и зарегистрировать кредит для своего проекта, посетите Пилотную кредитную библиотеку USGBC.

разница между переменным и постоянным током

Когда дело доходит до электрической мобильности, для заправки электромобиля (EV) могут использоваться два отдельных электрических тока: переменный ток (переменный ток) и постоянный ток (постоянный ток).Но прежде чем мы углубимся, вам следует помнить о двух вещах:

• Электропитание, поступающее из сети, то есть вашей домашней розетки, всегда является переменным током (переменным током).
• Энергия, которая хранится в батареях, всегда является постоянным током (постоянным током).

Переменный и постоянный ток, но не переменный / постоянный ток

AC и DC — это два совершенно разных типа электрического тока. Оба движутся в разных направлениях, текут с разной скоростью и имеют разные применения. AC / DC — хард-рок-группа, которая, несмотря на альбом под названием «High Voltage», не имеет ничего общего с электрическими токами или зарядкой электромобилей.

Переменный ток — это электрический ток или поток заряда, который периодически меняет направление, то есть чередует . Электроэнергия переменного тока может вырабатываться из возобновляемых источников, которые используют вращающиеся генераторы, такие как ветряные или гидроэнергетические турбины. Переменный ток также можно эффективно транспортировать на большие расстояния — вот почему практически все электрические сети мира используют переменный ток, и почему вы можете найти переменный ток у себя дома и в офисе.

DC всегда движется по прямой линии и может генерироваться с помощью технологий возобновляемой энергии, таких как солнечные батареи.Помимо прочего, постоянный ток можно использовать для накопления энергии и светодиодного освещения. Батареи хранят энергию постоянного тока, и хотя вы, возможно, никогда не осознавали этого, каждый раз, когда вы заряжаете свой ноутбук, зарядное устройство преобразует мощность переменного тока из сети в мощность постоянного тока для батареи вашего ноутбука.

Короче говоря, мы получаем мощность переменного тока от сети, которая преобразуется в мощность постоянного тока, чтобы ее можно было хранить в батареях, таких как та, которая используется для питания электромобиля.

Зарядка постоянным и переменным током в электромобилях

Когда мы говорим о зарядке электромобиля, основное различие между зарядкой переменным и постоянным током заключается в том, где происходит преобразование переменного тока в постоянный.Независимо от того, использует ли электромобиль зарядную станцию ​​постоянного или переменного тока, аккумулятор электромобиля будет накапливать только энергию постоянного тока.

Когда вы используете зарядную станцию ​​постоянного тока, преобразование переменного тока (из сети) в постоянный ток происходит внутри зарядной станции, позволяя постоянному току течь непосредственно от станции в аккумулятор. Поскольку процесс преобразования происходит внутри более просторной зарядной станции, а не в электромобиле, для очень быстрого преобразования энергии переменного тока из сети можно использовать более крупные преобразователи. В результате некоторые станции постоянного тока могут обеспечивать мощность до 350 кВт и полностью заряжать электромобиль за 15 минут.

Опережая тенденции

Еще одно ключевое различие между зарядкой постоянным и переменным током — это кривая зарядки. При зарядке переменным током мощность, протекающая к электромобилю, представляет собой ровную линию (так что кривой вообще нет). Это связано с относительно небольшим бортовым зарядным устройством, которое может получать только ограниченное распределение мощности в течение более длительных периодов времени.

Зарядка постоянным током, с другой стороны, приводит к ухудшению характеристик зарядки. Это связано с тем, что аккумулятор электромобиля изначально принимает более быстрый поток энергии, но постепенно запрашивает меньшую мощность по мере достижения полной емкости.

В качестве примера представьте стакан в качестве батареи электромобиля, бутылку с водой в качестве зарядной станции постоянного тока и воду внутри этой бутылки в качестве источника питания. Сначала вы можете быстро наполнить стакан водой, но вам нужно будет сбавлять скорость, когда вы доберетесь до верха, чтобы стакан не переливался.

Та же самая логика может применяться для быстрой и сверхбыстрой зарядки постоянным током. Вот почему электромобили требуют меньше энергии, когда батарея заряжена примерно на 80 процентов, отсюда и кривая деградации, которую вы видите ниже.

Другие факторы, которые могут повлиять на скорость зарядки, включают:

• Процент батареи (состояние заряда)
• Состояние аккумулятора электромобиля
• Погодные условия

Переменный ток для сети и постоянный ток для батареи

И переменный, и постоянный ток важны в мире электромобилей.Вы получаете переменный ток от сети, который затем преобразуется в постоянный ток, чтобы его можно было хранить в батарее электромобиля. При использовании зарядной станции переменного тока преобразование в постоянный ток происходит внутри электромобиля через бортовое зарядное устройство, которое часто ограничено. При использовании станций быстрой и сверхбыстрой зарядки постоянного тока преобразование происходит вне электромобиля с использованием преобразователя большего размера.

Хотите узнать больше о наших зарядных станциях переменного и постоянного тока?

Мы предоставляем ряд зарядных станций как часть наших решений для сквозной зарядки электромобилей для предприятий по всему миру.Чтобы получить полный список технических характеристик и вариантов использования, а также дополнительную информацию, взгляните на наши зарядные устройства для электромобилей для каждого предприятия, которое хочет электрифицировать свою работу.

Узнайте, что зарядка постоянным током может означать для вашего бизнеса Прочтите нашу бесплатную электронную книгу, чтобы получить полный обзор всех возможностей быстрой зарядки электромобилей, их различий и того, на что следует обратить внимание перед инвестированием.

Пиковое напряжение переменного тока, размах напряжения, среднеквадратичное значение напряжения

(DC) — постоянный ток

Элементы и батареи обеспечивают электрический ток, который всегда течет по цепи одинаковым прямым, это называется постоянным током (DC).

(AC) — переменный ток

В Великобритании электросеть подается с напряжением около 230 вольт и подается как (переменный) или переменный ток. Это означает, что ток течет в одном направлении, а затем в другом по цепи. Ток постоянно меняет направление (чередуется), поэтому его называют (переменным) переменным током. В Великобритании частота электросети составляет 50 Гц , то есть 50 циклов в секунду.

Сигналы переменного тока

Мы можем использовать осциллограф для представления сигнала переменного тока.

Мы можем использовать осциллограмму осциллографа в качестве вольтметра, если мы знаем, какое усиление по оси Y установлено на осциллографе. Используя приведенную выше диаграмму и зная, что усиление Y установлено на 10 В / дел, мы можем это решить;

• размах напряжения = 6 квадратов от самой высокой точки до самой низкой, и каждый квадрат стоит 10В. Таким образом, размах напряжения = 60 В.
• пик напряжение (В _o ) = половина от пика до пика напряжения = 60/2 = 30 В

Когда мы знаем пиковое напряжение (V _o ) и сопротивление (R) в цепи, мы можем вычислить пиковый ток (I _o ) , используя уравнение V = IR.

Среднеквадратичные (СКЗ) значения

Как п.о. и ток непрерывно изменяются в сигнале переменного тока, нам нужно представить среднее значение для p.d. и ток.

Среднеквадратичные значения p.d. (В _{действующее значение} ) и ток (I _{действующее значение} ) представляют собой действующее значение п.о. и ток в цепи переменного тока.

• В _{среднеквадратичное значение} = среднеквадратичная разность потенциалов в вольтах, В
• В _o = пиковое напряжение в вольтах, В

• I = среднеквадратичный ток в амперах, А
• I _o = пиковый ток в амперах, A

ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

---

Сила тока в розетке на 110 В колеблется от времени.Этот тип называется переменного тока или переменного тока . Источник AC обозначается волнистой линией, заключенной в круг (см. Рисунок 34.1). В Зависимость переменного тока или ЭДС источника переменного тока от времени имеет вид

(34,1)

где [epsilon] _max — максимальная амплитуда колеблющейся ЭДС и [омега] — угловая частота.

Рисунок 34.1. Символ источника переменного тока.

На рисунке 34.2 изображена одноконтурная схема с источником переменной ЭДС и переменного тока. резистор. Ток через резистор будет функцией времени. В величина этого тока может быть получена с помощью второго правила Кирхгофа, которое означает, что

(34.2)

Рисунок 32.2. Одноконтурная схема резистора переменного тока. Таким образом, ток I равен

. (34,3)

Уравнение (34.3) показывает, что ток колеблется синфазно с ЭДС.

Мощность, рассеиваемая в резисторе, зависит от протекающего тока и напряжение на резисторе и, следовательно, также функция времени:

(34,4)

Средняя мощность, рассеиваемая в резисторе за один цикл, равна

(34,5)

На последнем этапе вывода уравнения (34.5) мы использовали соотношение между период T и угловая частота [омега] (T = 2 пи / омега).Часто, уравнение (34.5) записано в терминах среднеквадратичного напряжения [epsilon] _rms , который определяется как

(34,6)

В терминах [эпсилон] _{среднеквадратичное значение} мы можем переписать уравнение (34,5) как

(34,7)

Среднеквадратичное напряжение _{[эпсилон] действующее значение переменного тока источник — это значение постоянного напряжения, которое рассеивает ту же мощность в резистор как напряжение переменного тока с максимальным напряжением, равным [эпсилон] макс. .Бытовое напряжение 115 Вольт — это среднеквадратичное напряжение; фактическое пиковое напряжение, выходящее из дома выходное напряжение 163 В.}

На рисунке 34.3 показан конденсатор, подключенный к источнику переменной ЭДС. В заряд конденсатора в любой момент можно получить, применив метод Кирхгофа. Второе правило для схемы, показанной на рисунке 34.3, равно

(34,8)

Ток в цепи может быть получен путем дифференцирования уравнения.(34,8) с по времени

(34.9)

Рисунок 34.3. Схема конденсатора переменного тока. Ток в цепи составляет 90 градусов. не в фазе с ЭДС. Поскольку максимумы тока происходят за четверть цикла до максимумов ЭДС, мы говорим, что ток опережает ЭДС.

Уравнение (34.9) принято переписывать как

(34.10)

где

(34,11)

называется емкостным реактивным сопротивлением .Обратите внимание, что уравнение (34.10) очень аналогично уравнению (34.3), если сопротивление R заменить емкостным реактивное сопротивление X _C . Мощность, передаваемая на конденсатор, равна

(34,12)

Мощность колеблется между положительными и отрицательными крайними значениями и в среднем составляет равняется нулю. Эти колебания соответствуют периодам, в течение которых ЭДС источник обеспечивает питание аккумулятора (зарядка) и периоды, в течение которых аккумулятор обеспечивает питание источника ЭДС (разряжается).

На рисунке 34.4 показана схема, состоящая из катушки индуктивности и источника переменная ЭДС. Самоиндуцированная ЭДС на катушке индуктивности равна LdI / dt. Применяя второе правило Кирхгофа к схеме, показанной на рис. 34.4, получаем следующее уравнение для dI / dt:

(34.13)

Рисунок 34.4. Цепь индуктивности переменного тока. Ток I может быть получен из уравнения (34.13) путем интегрирования относительно времени и требуя, чтобы величина постоянного тока компонент равен нулю:

(34.14)

Сила тока снова 90 градусов. не в фазе с ЭДС, но на этот раз ЭДС ведет ток. Уравнение (34.14) можно переписать как

(34,15)

где

(34,16)

называется индуктивным реактивным сопротивлением . Мощность, передаваемая индуктор равен

(34,17)

а средняя мощность, подаваемая на катушку индуктивности, равна нулю.

Пример: задача 34.10

Рассмотрим схему, показанную на рисунке 34.5. ЭДС имеет вид [эпсилон] ₀ грех ([омега] т). По этой ЭДС и емкости C и индуктивность L, найти мгновенные токи через конденсатор и индуктор. Найдите мгновенный ток и мгновенную мощность поставлено источником ЭДС.

Рисунок 34.5. Проблема 34.10. Схема показана на рисунке 34.5 — простой многопетлевой схема. Токи в этой цепи можно определить с помощью петли техника. Рассмотрим две токовые петли I ₁ и I ₂ показано на рисунке 34.5. Применяя второе правило Кирхгофа к циклу номер 1, мы получить

(34.18)

Применяя второе правило Кирхгофа к циклу номер 2, получаем

(34,19)

Уравнение (34.18) можно использовать для определения I ₁ :

(34.20)

Уравнение (34.19) можно продифференцировать по времени, чтобы получить Я ₂ :

(34.21)

Ток, подаваемый источником ЭДС, равен сумме I ₁ и Я ₂

(34.22)

Мощность, отдаваемая источником ЭДС

(34,23)

На рисунке 34.6 показана одноконтурная схема, состоящая из индуктора и конденсатор.Предположим, что в момент времени t = 0 с конденсатор заряжен Q ₀ и ток в цепи равен нулю. Ток в цепи можно найти с помощью второго правила Кирхгофа, которое требует, чтобы

(34.24)

Рисунок 34.6. LC-цепь. Ток I (t) может быть получен из Q (t) путем дифференцирования Q по времени:

(34,25)

Подставляя уравнение (34.25) в уравнение (34.24), получаем

(34.26)

или

(34,27)

Решение уравнения (34.27):

(34,28)

где [phi] — фазовая постоянная, которую необходимо отрегулировать, чтобы она соответствовала начальному условия. Ток в цепи можно получить, подставив уравнение (34,28) в уравнение (34,25):

(34.29)

Начальные условия для схемы, показанной на рисунке 34.6:

. (34.30)

(34.31)

Эти граничные условия выполняются, если [phi] = 0. В этом случае заряд и ток в цепи LC равны

(34,32)

и

(34,33)

Энергия, запасенная на конденсаторе, является функцией времени с момента заряда на нем. это функция времени. Запасенная энергия равна

(34.34)

Энергия, запасенная в катушке индуктивности, также зависит от времени, поскольку ток через это функция времени. Запасенная энергия равна

(34,35)

Уравнение (34.34) и уравнение (34.35) показывают, что максимальная энергия сохраняется в индуктор, когда энергия, запасенная в конденсаторе, равна нулю, и наоборот. В полную энергию цепи можно получить, суммируя энергию, запасенную в конденсатор и энергия, запасенная в катушке индуктивности:

(34.36)

Уравнение (34.36) показывает, что энергия, запасенная в цепи, сохраняется. Это ожидается, поскольку в цепи, в которой ни один из элементов не имеет сопротивления.

На практике схема, показанная на рисунке 34.6, будет иметь некоторое сопротивление (даже хорошие проводники будут иметь конечное сопротивление). Реалистичная схема LRC показано на рисунке 34.7. Применяя второе правило Кирхгофа к схеме, показанной на На рисунке 34.7 получаем

(34.37)

Поскольку ток I равен dQ / dt, мы можем переписать уравнение (34,37) как

(34.38)

Рисунок 34.7. LRC Circuit. Решение дифференциального уравнения, показанного в уравнении (34.38) это

(34,39)

Константу [гамма] можно определить, подставив уравнение (34.39) в уравнение (34.38):

(34,40)

Это уравнение должно выполняться всегда.Это будет только в том случае, если члены в скобках равны нулю:

(34,41)

(34,42)

Константа [гамма] определяется уравнением (34.42)

(34,43)

Угловая частота [омега] может быть получена из уравнения (34.41) путем замены уравнение (34,43) для [гамма]

(34,44)

Уравнение (34.39) показывает, что наличие резистора в цепи будет производят затухающее гармоническое движение.Константа демпфирования [гамма] пропорциональна сопротивлению R (см. уравнение (34.43)). Изменение энергии системы можно изучить, посмотрев на максимальный заряд конденсатора. В момент времени t = 0 с конденсатор полностью заряжен с зарядом равным Q ₀ и запасенная в конденсаторе энергия равна

(34,45)

После одного цикла (t = 2 [пи] / [омега]) максимальный заряд конденсатора уменьшилось. Это означает, что энергия, запасенная на конденсаторе, также уменьшено

(34.46)

Таким образом, относительное изменение электрической энергии системы равно на номер

(34,47)

Потери электроэнергии в цепи LRC обычно выражаются через качество Q-value »

(34,48)

Высокая добротность указывает на низкое сопротивление и, следовательно, на малую относительные потери энергии за цикл.

Рисунок 34.8. Управляемая схема LCR. В результате демпфирования в цепи LRC амплитуда колебания будут постепенно уменьшаться.Чтобы выдержать колебание в цепи LRC необходимо подавать энергию, например, путем подключения колебательный источник ЭДС в цепь. Рассмотрим схему, показанную на рисунке. 34.8 состоящий из переменного источника ЭДС, резистора R, конденсатора С, и индуктор L. Предположим, что ЭДС имеет угловую частоту [омега] и максимальная амплитуда [эпсилон] _макс :

(34,49)

Применение второго правила Кирхгофа к схеме, показанной на рисунке 34.8 производит следующее соотношение

(34,50)

В установившемся режиме ток в цепи будет колебаться с та же угловая частота [омега], что и у источника ЭДС, но не обязательно в фаза. Таким образом, наиболее общее решение для тока —

. (34,51)

где [phi] называется фазовым углом между током и эдс. В максимальный ток I _max и фазовый угол [фи] можно определить по формуле подставив ур.(34.51) в уравнении (34.50):

(34,52)

Уравнение (34.52) можно переписать с использованием тригонометрических тождеств как

(34,53)

Это уравнение может быть выполнено только в том случае, если выражения в скобках имеют вид равняется нулю. Для этого необходимо, чтобы

(34,54)

и

(34,55)

Уравнение (34.55) может использоваться для определения фазового угла:

(34.56)

Уравнение (34.54) может использоваться для определения максимального тока:

(34,57)

Подставляя уравнение (34,56) в уравнение (34,57), получаем для максимального тока

(34,58)

Количество

(34,59)

называется импедансом цепи LCR.

Уравнение (34.58) показывает, что максимальная амплитуда достигается, когда

(34.60)

Максимальная амплитуда тока

(34,61)

Система достигает максимальной амплитуды, когда частота возбуждения [omega] приложенной ЭДС равна

(34,62)

Эта частота является собственной частотой LC-цепи, о которой говорилось ранее. Когда система приводится в действие на собственной частоте, говорят, что она находится в резонанс.

Сокращение, которое можно использовать для определения амплитуды и фазы тока. в цепи переменного тока — это векторная диаграмма.На векторной диаграмме амплитуда синусоидальная функция представлена ​​отрезком линии, длина которого равна ее длине. амплитуда. Фаза представлена ​​углом между отрезком линии и горизонтальная ось. Сумма падений напряжения на компонентах Тогда схема эквивалентна векторной сумме векторов. Чтобы проиллюстрировать с помощью векторных диаграмм определяем амплитуду и фазу цепи LCR только что обсуждалось. Приложенная ЭДС и индуцированный ток определяются следующими уравнения:

(34.63)

Напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности равны

. (34,64)

Три вектора, соответствующие этим трем напряжениям, показаны на векторном изображении. диаграмма на рисунке 34.9. Падение напряжения на резисторе имеет такое же фаза как ток. Также указана векторная сумма этих трех векторов. и должна быть равна приложенной ЭДС. Амплитуда векторной суммы три вектора должны быть равны амплитуде приложенной ЭДС.Таким образом

(34,65)

Фаза векторной суммы векторов на рисунке 34.9 равна [omega] t, и угол между током (и вектором, представляющим падение напряжения через резистор), а векторная сумма векторов равна фазе угол [фи]. Из рисунка 34.9 видно, что

(34.66)

Рисунок 34.9. Схема фазора для цепи LCR.

Пример: проблема 34.26

Рассмотрим схему, показанную на рисунке 34.10. Колебательный источник ЭДС создает синусоидальную ЭДС амплитудой 0,80 В и частотой 400 Гц. В индуктивность составляет 5,0 x 10 ^-2 Гн, а емкости — 8,0 x 10 ^-7 F и 16,0 x 10 ^-7 F. Найдите максимальное мгновенное значение ток в каждом конденсаторе.

Рассмотрим сначала два конденсатора. ЭДС на каждом конденсаторе должна всегда быть таким же.Это означает, что

(34.67)

Рисунок 34.10. Проблема 34.26. Перезапись уравнения (34.67) через текущий I ₁ через конденсатор C ₁ и ток I ₂ через конденсатор C ₂ получаем

(34,68)

или

(34,69)

Уравнение (34.69) всегда может быть истинным, только если подынтегральное выражение равно нуль.Для этого необходимо, чтобы

(34,70)

Для определения максимального тока в цепи воспользуемся вектором техника только что обсуждалась. Рассмотрим векторную диаграмму, показанную на рисунке 34.11. Вектор, обозначенный I, показывает ток в цепи. Напряжения на катушка индуктивности и конденсатор сдвинуты по фазе на 90 градусов с током и обозначены на рисунке 34.11 векторами V _L и В _С .Суммарное падение напряжения на элементах схемы (векторная сумма из V _L и V _C ) также на 90 градусов не совпадают по фазе с Текущий. Поскольку полное падение напряжения на элементах схемы должно быть равной приложенной ЭДС, заключаем, что фазовый угол между токами а ЭДС составляет +/- 90 градусов. Знак зависит от значений индуктивности, емкость и угловая частота ЭДС.

Рисунок 34.11. Фазорная диаграмма задачи 34.26. Величина векторной суммы напряжений на индуктор и конденсатор должны быть равны по величине ЭДС. Таким образом,

(34,71)

Уравнение (34.71) можно использовать для определения максимального тока в цепи:

(34,72)

Емкость C, используемая в уравнении (34.72), является чистой емкостью параллельного сеть, состоящая из конденсатора C ₁ и конденсатора C ₂ (C = C ₁ + C ₂ ).Сумма токов, протекающих через конденсаторов равен максимальному току в уравнении (34,73). Чтобы определить ток через конденсатор C1 и конденсатор C2, мы можем объединить уравнение (34.72) и уравнение (34,70). Таким образом получаем

(34,73)

и

(34,74)

Пример: задача 34.32

RC-цепь состоит из резистора с R = 0,80 [Омега] и конденсатор с C = 1.5 x 10 ^-4 F, соединенных последовательно с колебательный источник ЭДС. Источник генерирует синусоидальную ЭДС с e _max = 0,40 В и угловая частота равна 9 x 10 ³ рад / с. Найдите максимальный ток в цепи. Найдите фазовый угол тока и нарисуйте векторную диаграмму с правильными длинами и углами для фазоры. Найдите среднее значение рассеиваемой мощности на резисторе.

Приложенная ЭДС и падение потенциала на элементах схемы в RC схемы перечислены в ур.(34,75).

(34.75a)

(34,75b)

(34.75c)

Векторы, представляющие падение напряжения на резисторе и на конденсатора показаны на рисунке 34.12. Векторная сумма этих векторов также равна указано. Величина векторной суммы векторов должна быть равна величина приложенной ЭДС. Таким образом

(34,76)

Таким образом, максимальный ток равен

. (34.77)

Рисунок 34.12. Фазорная диаграмма задачи 34.32. Фазовый угол [фи] можно легко вычислить (см. Рис. 34.12). Определяется

(34,78)

Трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железный сердечник (см. Рисунок 34,13). Железный сердечник увеличивает силу магнитного поля в своем интерьер большой долей (до 5000) и, как следствие, силовые линии должен сконцентрироваться в утюге.Одна из катушек, первичная катушка, подключена к источнику переменной ЭДС.

ЭДС, индуцированная в первичной обмотке, связана со скоростью изменения магнитный поток (закон индукции Фарадея):

(34,79)

Применяя второе правило Кирхгофа к первичному контуру, заключаем, что наведенная ЭДС в катушке должна быть равна приложенной ЭДС. Таким образом

(34.80)

Рисунок 34.13. Трансформатор. Все силовые линии, проходящие через обмотку катушки 1, также будут проходят через обмотку катушки 2. Поток через каждую обмотку первичной катушка поэтому равна потоку через каждую обмотку вторичной катушки. Если первичная обмотка имеет обмотки N ₁ , а вторичная обмотка имеет N ₂ обмоток, тогда общий поток через две катушки соотносится

(34,81)

или

(34.82)

Изменение магнитного потока первичной обмотки будет связано с тем же способ изменения потока во вторичной обмотке:

(34,83)

ЭДС, индуцированная во вторичной катушке, может быть получена с помощью закона Фарадея. и может быть выражена через ЭДС в первичной цепи:

(34,84)

Эта ЭДС доступна для различных нагрузок во вторичной цепи.

Если вторичная цепь разомкнута, в ней не будет протекать ток, а первичная схема — это не что иное, как одноконтурная схема с переменным источником ЭДС и индуктора.Средняя мощность, рассеиваемая ЭДС в таком цепь равна нулю, и, следовательно, трансформатор не потребляет электрическую власть.

Если вторичная цепь подключена к нагрузке, ток будет течь. Этот индуцированный ток изменит магнитный поток в трансформаторе и вызовет ток в первичной обмотке. Если это произойдет, первичный контур будет потреблять власть. В идеальном конденсаторе мощность, отдаваемая источником ЭДС в первичная цепь равна мощности, которую вторичная цепь поставляет своему нагрузка.Таким образом

(34,85)

---

Отправляйте комментарии, вопросы и / или предложения по электронной почте на адрес [email protected] и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса. .