Что такое переменное напряжение: Переменное напряжение тока

Содержание

Переменное напряжение тока — что это?

Напряжение – это физическая величина, характеризующая работу эффективного электрического поля, совершающего перенос заряда из одной точки проводника в другую. Оно есть везде, где есть токовая сила и пропорционально зависит от него, как и сопротивление. Каждый знает, что в его домашней розетке 220 В, но мало кто догадывается, какой именно это вид величины. Стоит подробнее разобраться с постоянным и переменным напряжением, в чем их различия, и какие виды переменного напряжения существуют.

Напряжение переменного тока

Как известно еще с уроков физики, ток – это движение заряженных частиц, которое возникает под воздействием на них электромагнитного поля, разности потенциалов и напряженности. Основная характеристика любого напряжения – это зависимость от времени. Исходя из этого, различают постоянную и переменную величины. Значение постоянного с течением времени практически не изменяется, а переменного – изменяется.

Закон Ома

В свою очередь переменная характеристика бывает периодической и непериодической. Периодическое – это напряжение, значения которого повторяются через одинаковые интервалы времени. Непериодическое же способно изменяться в любой отрезок времени.

Схема описания физического смысла

Напряженность в переменной цепи – это такой параметр, который изменяет свою величину с течением времени. Для упрощения разъяснений в дальнейшем будет рассматриваться синусоидальное гармоническое переменное напряжение.

Минимальное время, в течение которого переменная величина повторяется, называется периодом. Абсолютно любую периодическую величину можно записать зависимостью от какой-либо функции. Если время – это t, то зависимость будет обозначаться F(t). Таким образом, любой период во времени имеет вид: F(t+-T) = F(t), где T – период.

Физическая величина, которая является обратной периоду, называется частотой. Она равна 1/T. Единицей ее измерения является герц, в то время как единицей измерения периода стала секунда.

f = 1/T, 1 Гц = 1/с = с в минус первой степени.

Формулы колебаний

Важно! Чаще всего встречается функциональная зависимость переменной сети в виде синусоиды. Именно поэтому она была взята за основу этого материала.

Из математики известно, что синусоида – это простейшая периодическая функция, и с ее помощью из нескольких синусоид с кратными частотами можно представить любые другие периодические функции.

Синусоидальная напряженность в абсолютно любой промежуток времени может описать моментальная характеристика: u = U * sin(ωt + φ), где ω = 2πf = 2π/T, где U – максимальное напряжение (амплитуда), ω – угловая скорость изменения, φ – начальная фаза, которая определяется смещением функции относительно нулевой точки координат.

Синусоидальная функция

Часть (ωt + φ) – это фаза, которая характеризует значение напряжения в конкретный промежуток времени. Из этого выходит, что амплитуда, угловая скорость и фаза – это основные характеристики переменных сетей, определяющие их значения в любой интервал времени.

Важно! При рассмотрении синусоидальной функции фазу часто принимают за ноль. На практике также часто прибегают к еще некоторым параметрам, включающим действующее и среднее напряжение, коэффициент формы.

Регулятор переменного напряжения

Отличие между переменным и постоянным напряжением

Разница между двумя этими величинами не только в названии. Все зависит от вида тока. В обычной розетке дома ток переменный. Это значит, что направление движения заряженных частиц в нем постоянно изменяется. Более того, у переменных токовых сил разная частота и напряжение. Например, в розетке на 220 вольт обычная частота равна 50 Гц, что означает смену направления движения электронов и их зарядов 50 раз в секунду. Напряжение в этом плане означает максимальную скорость, с которой движутся электроны по цепи.

Постоянная и переменная характеристики

Еще одно отличие изменчивого направления движения частиц и, как следствие, напряжения от постоянного, в том, что в нем постоянно изменяется заряд. Значение U в такой сети бывает равно то 100 %, то 0 %. Если оно всегда было полным, то потребовался бы провод очень большого диаметра.

Постоянное же направление – это ток, который не изменяет координаты своего движения. Его можно наблюдать в аккумуляторах и батареях. Попадает он туда через зарядное устройство, конвертирующее любой поток из розетки в постоянный.

Противофаза

Виды напряжения переменного тока

В случае наиболее распространенного синусоидального напряжения часто рассматривают его виды:

Мгновенное, которое определяется для произвольного момента времени t.
Действующее, производящее один и тот же тепловой эффект, равный по величине постоянной характеристики. Оно определяется выполненной активной работой первого полупериода.
Средневыпрямленное, определяемое как модуль величины выпрямленного напряжения за один цикл гармонического колебания.

Если электрический поток передается по воздушным линиям, то упоры и их размеры напрямую зависят от величины напряжения, которое применяется в сети. Его величина между фазами именуется линейным напряжением, а между землей и каждой из фаз – фазным.

Период и амплитуда синусоидального колебания

Двухфазный ток

Двухфазный ток – это когда идет передача сразу двух токов разного направления. Параметр напряженности для двухфазной сети сдвинут по фазе на угол в 90 градусов. Передается такой ток двумя проводниками: два фазных и два нулевых. Применяется в электрических сетях переменного тока. Для этого используют два контура, значения которых сдвинуты по фазе на 90 градусов. В каждом контуре используется четыре линии – по две штуки на каждую из фаз. Иногда применяется и один провод с большим диаметром, чем у двух других. Преимуществом двухфазный сетей был плавный запуск электродвигателей, но они были вытеснены трехфазными.

Двухфазный источник

Трехфазный ток

Трехфазная система – это система электрической цепи, работающая на трех цепях, в которых действуют силы одной и той же частоты, но сдвинутые по фазе друг от друга на одну треть периода или на 120 градусов. Каждая отдельная цепь такой системы называется фазой, а система из трех сдвинутых по фазе токов называется трехфазным током.

Практически все современные генераторы в домах и на электростанциях представляют собой генераторы трехфазного тока. Фактически это один большой генератор, состоящий из трех маленьких двигателей, которые генерируют токи, электродвижущие силы в них сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов или одну треть периода.

График трехфазного сигнала

Виды источников переменного напряжения

Среди основных источников непостоянного напряжения можно выделить такие компоненты, как:

Электростанция;
Генератор непостоянного тока;
Промышленная и домашняя электросеть.

Главным источником непостоянных токовых сил и напряжения является электростанция или промышленная электросеть. Использование такого тока обосновано тем, что его намного легче передавать на большие расстояния по проводникам и просто преобразовать в постоянный электрический ток. Переменные параметры передаются со станции к трансформаторам, которые преобразуют напряжение непостоянного тока, не являясь его источниками. Генераторы вырабатывают такой ток путем преобразования механической энергии в электрическую.

Генератор переменной силы

Как можно измерить переменное напряжение

Изменять непостоянную напряженность сети, как и любые другие электрические характеристики сети, можно с помощью специальных измерительных приборов: вольтметров, амперметров, омметров. Современные тестеры и мультиметры содержат в себе функции их всех, поэтому лучше пользоваться ими. Для того чтобы измерить параметр, следует следовать инструкции:

Найти шкалу измерения на приборе, которая чаще всего находится справа.
Выставить предел измерения, зная, что, например, в розетке приблизительно 220 вольт.
Взять щупы и вставить их в источник. При этом неважно, какой щуп куда будет вставлен.
Произвести измерения с учетом техники безопасности.
Зафиксировать полученные показатели.

Однофазный двигатель

Таким образом, отличие постоянного напряжения от переменного есть, и оно существенное. На основании постоянных и непостоянных токовых сил изготовлены генераторы, конвертирующие механическую энергию в электрический ток различных видов, который можно быстрее и дальше подать по проводам.

переменный ток

Поэтому, наша обыкновенная лампочка(или, например, обогревательный прибор)будет одинаково работать как при переменном напряжении, изменяющегося от нуля до 310В, так и при постоянном напряжении 220В. А 12-вольтовая лампочка будет одинаково светить как от источника переменного напряжения величиной 12В(изменяющегося от нуля до 16,8В), так и от любой батарейки или аккумулятора(а они являются, как известно, источниками постоянного напряжения). Итак, запомните!!!

1)электрический ток(напряжение), который периодически изменяет свое направление и величину, называется переменным током. Любой переменный ток характеризуется в основном своей частотой, амплитудой и действующим значением;

2)приборы, предназначенные для измерения переменного тока, показывают его действующее значение;

3)напряжение измеряют вольтметром(или комбинированным прибором — авометром), ток — амперметром(или комбинированным прибором — авометром). Также ток можно измерять так называемыми токовыми клещами. Служат они для бесконтактного измерения тока — рабочая часть прибора образует кольцо вокруг измеряемого провода и по величине электромагнитного поля, действующего на рабочую часть прибора, выводится информация на его небольшой дисплей о величине протекающего тока. Авометр — это комбинированный прибор(его в простонародье еще называют просто тестером), который полностью в своем техпаспорте называется ампервольтомметром и служит для измерения и тока, и напряжения, и сопротивлений. А цифровые модели могут измерять и частоту напряжения(тока), и емкости конденсаторов и другие вещи — это уж как задумает разработчик;

4)зная значение(действующее) переменного напряжения, всегда можно узнать его максимальное значение(не забудьте — оно меняется по синусоидальному закону). А связь здесь такая —

Umax = 1,4U, где U — действующее значение, а Umax — максимальное значение(амплитуда)… На этом пока всё!

Принцип работы, отличия постоянного от переменного электрического тока

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

Определение постоянного электрического тока, его источники

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

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

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

Принцип работы переменного тока

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

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

Основные характеристики переменного тока — действующее значение напряжения и частота.

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

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

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

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

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

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

Как переменный ток сделать постоянным

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

Первоначальный этап преобразования— это подключение диодного моста, состоящего из 4 диодов достаточной мощности (на рисунке ниже), который срезает верхние границы переменных синусоид или делает ток однонаправленным.
Второй этап— это подключение параллельно на выход с диодного мостика конденсатора или сглаживающего фильтра, который исправляет провалы между пиками синусоид. Обратите внимание, как выглядит синусоида после прохождения через диодный мост (на рисунке выделена зеленным цветом).
И как уменьшаются пульсации (изменения напряжения) после подключения конденсатора- на рисунке выделено синим цветом.
Далее при необходимости для уменьшения уровня пульсаций, дополнительно могут применяются стабилизаторы тока или напряжения.

Преобразователь постоянного тока в переменный

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

Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.

Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.

Что такое фаза, ноль, заземление читайте в следующей нашей статье.

Преобразование переменного тока в постоянный

Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.

Постоянный ток и его источники

У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени. На современных приборах он обозначается буквами DC — сокращением от английского Direct Current (в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:

Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.

Переменный ток и его параметры

У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T), а обратная ему величина – частотой (f). Буквенное обозначение переменного тока – АС, сокращение от Alternating Current (знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:

После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.

Переменный ток характеризуется параметрами:

Характеристика	Обозначение	Единица измерения	Описание
Число фаз			Однофазный
Число фаз			Трехфазный
Напряжение	U	вольт	Мгновенное значение
			Амплитудное значение
			Действующее значение
			Фазное
			Линейное
Период	Т	секунда	Время одного полного колебания
Частота	f	герц	Число колебаний за 1 секунду

Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов. В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.

Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3).

Графики напряжений трехфазного переменного тока

Напряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нулем – фазным, оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.

Под мгновенным значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения. Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.

Характеристики трехфазного тока

Достоинства и недостатки переменного напряжения

Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?

При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:

Мощность, которую передается по линии, равна:

Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.

Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.

Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением, а устройства – выпрямителями. Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.

Затем пульсации устраняют при помощи фильтров, простейшим из них является конденсатор. Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.

Схема простейшего выпрямителяГрафики работы выпрямителя

Для преобразования в переменный ток используются инверторы. Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.

Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.

Оцените качество статьи:

Источник переменного напряжения, источник постоянного напряжения

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

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

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

Различают переменное напряжение и постоянное напряжение.

Источник постоянного напряжения

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

Источник переменного напряжения

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

1. Что такое переменный ток? | 1. Основы теории переменного тока | Часть2

1. Что такое переменный ток?

Что такое переменный ток?

Основная масса начинающих радиолюбителей начинает изучение электроники с основ постоянного тока (DC), который течет в одном направлении и/или обладает напряжением постоянной полярности. Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареями (имеющими положительные и отрицательные клеммы), или вид заряда, производимого трением определенных типов материалов друг о друга.

Однако, постоянный ток не является единственным видом электричества. Некоторые источники электропитания (в первую очередь роторные электромеханические генераторы) производят такое напряжение, полярность которого меняется с течением времени. Такой вид электричества известен как переменный ток (АС):

Так же как знакомое нам условное обозначение батареи используется для обозначения любого источника постоянного напряжения, кружок с волнистой линией внутри используется для обозначения любого источника переменного напряжения.

Можно было бы подумать, что практическое применение переменного тока ограничено. И действительно, в некоторых случаях переменный ток уступает постоянному по части практического применения. В тех системах, где электричество используется для рассеивания энергии в форме тепла, полярность или направление тока не имеет значения, — вполне достаточно, чтобы напряжения и тока хватало нагрузке для производства необходимого тепла (рассеивания энергии). Однако, используя переменный ток, можно создавать гораздо более эффективные электрогенераторы, электродвигатели и системы распределения энергии. Благодаря этому, в высокомощных системах преобладает использование именно переменного тока. Чтобы понять, почему это так, нам нужно узнать немного больше о переменном токе как таковом.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Это основополагающий принцип работы генератора переменного тока, или альтернатора.

Принцип работы альтернатора

Заметьте, как меняется полярность напряжения на катушках, когда при вращении возле них оказываются разные полюсы магнита. При соединении с нагрузкой такое напряжение будет создавать ток, периодически меняющий направление своего движения. Чем быстрее вращается вал альтернатора, тем быстрее будет вращаться магнит, и тем чаще напряжение будет менять полярность, а ток – направление за определённый промежуток времени.

Несмотря на то, что генераторы постоянного тока работают так же по принципу электромагнитной индукции, их устройство гораздо сложнее, чем у их соперников, генераторов переменного тока. У генераторов постоянного тока обмотка находится на валу (у альтернаторах на валу находится магнит), и эта вращающаяся обмотка соприкасается с неподвижными угольными «щётками». Такая конструкция необходима для переключения изменяющейся полярности на выходе катушки во внешнюю схему, чтобы на последней создавалась постоянная полярность:

Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор, показанный на данном рисунке, производит два импульса напряжения за одно вращение вала. Оба импульса имеют одинаковую полярность. Чтобы генератор постоянного тока производил постоянное напряжение, а не короткие импульсы за каждый полупериод вращения, создаётся набор обмоток, которые периодически входят в контакт с щётками. Приведенный выше рисунок в упрощенной форме показывает то, что вы увидите на практике.

Проблемы, связанные с возникновением и прерыванием электрического контакта при движении обмотки очевидны (искрение и перегрев), особенно если вал генератора вращается с большой скоростью. Если в среде вокруг генератора содержатся легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, проблемы, связанные с искрообразованием, усугубляются. Для работы генератора переменного тока (альтернатора) никаких щёток и коммутаторов не требуется, поэтому он застрахован от проблем, присущих генераторам постоянного тока.

Генераторы переменного тока имеют очевидные преимущества перед генераторами постоянного тока и при использовании их в качестве электродвигателей. В отличие от электродвигателей постоянного тока, двигатели переменного тока не страдают проблемой соприкосновения щёток с подвижной обмоткой. Электродвигатели постоянного и переменного тока по своему устройству очень похожи на соответствующие электрогенераторы.

Таким образом, становится понятно, что конструкция генераторов и электродвигателей переменного тока гораздо проще конструкции генераторов и электродвигателей постоянного тока. Относительная простота этих устройств на практике выливается в гораздо большую надежность и рентабельность. Для чего же еще используют переменный ток? Наверняка должно быть что-то еще кроме применения его в генераторах и электродвигателях! И действительно, спектр применения переменного тока очень широк. Наверняка вы слышали о таком явлении, как взаимная индукция. Она возникает при размещении двух или более обмоток таким образом, что переменное магнитное поле, создаваемое одной из обмоток наводит напряжение в другой. Если на одну обмотку мы подадим переменное напряжение, то на другой мы также получим переменное напряжение. Такое устройство известно как трансформатор.

Главное предназначение трансформатора состоит в его способности повышать и понижать напряжение на вторичной обмотке. Напряжение переменного тока, возникающее во вторичной обмотке равно напряжению переменного тока на первичной обмотке, умноженному на коэффициент отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Если же со вторичной обмотки ток подаётся в нагрузку, то изменение тока на вторичной обмотке будет прямо противоположным: ток первичной обмотки умножается на коэффициент отношения числа витков первичной к числу витков вторичной обмотки. Механическим аналогом подобных отношений может служить пример с крутящим моментом и скоростью (вместо напряжения и тока, соответственно):

Если соотношение витков обмоток обратное, т.е. первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, то трансформатор увеличивает напряжение источника до более высокого уровня:

Способность трансформатора повышать и понижать переменное напряжение дает переменному току неоспоримое преимущество над постоянным в области распределения энергии (см. рисунок ниже). Гораздо эффективнее передавать электроэнергию на большие расстояния при высоком напряжении и низком токе (провода меньшего диаметра с меньшими потерями на сопротивление), а затем понижать напряжение и усиливать ток при подаче энергии конечным потребителям.

Благодаря трансформаторам передача электрической энергии на большие расстояния стала гораздо более практичной. Не имея возможности эффективного увеличения и понижения напряжения было бы непомерно дорого создавать системы энергообеспечения для больших расстояний (более нескольких десятков километров).

Для работы трансформаторов необходим только переменный ток. Поскольку явление взаимоиндукции основано на переменных магнитных полях, трансформаторы просто не будут работать на постоянном токе (постоянный ток способен создавать только постоянные магнитные поля). Конечно, на первичную обмотку трансформатора можно подать постоянный прерывистый (импульсный) ток, чтобы создать переменное магнитное поле (как это делается в автомобильной системе зажигания, для создания искры в свече от низковольтной батареи постоянного тока), но в таком варианте импульсный постоянный ток ничем не отличается от переменного. Возможно, именно по этой причине переменный ток находит более широкое применение в энергосистемах.

Напряжение преобразование постоянного в переменное

Метод преобразования постоянного напряжения в переменное сравнительно прост и является наиболее современным методом измерения слабых токов. Простейшим преобразователем постоянного напряжения в переменное является ручное переключение. Такой метод применяют в компенсационных баллистических схемах (рис. IX.6). Конденсатор попеременно заряжают от измеряемого источника и разряжают через сеточное сопротивление [c.288]

Назначением нуль-индикатора сигнализатора является сигнализация момента изменения полярности входного сигнала, т. е. момента, когда величина сигнала проходит через нуль. Таким образом нуль-индикатор является фазочувствительным устройством с высокоомным входом и релейным выходом. Применяют две разновидности схем электронных нуль-индикаторов схемы, построенные по принципу усиления постоянного тока, II схемы с преобразованием постоянного напряжения в переменное и последующим усилением. [c.155]

Система контроля и зажигания пламени. Состоит из термоэлемента, зажигающего элемента и усилителя. На входе усилителя стоит реле РП-4 для преобразования постоянного напряжения от термопары в переменное. Зажигание пламени водорода производится тумблером включено , а контроль пламени по загоранию сигнальных лампочек да , нет , [c.180]

Электронные нуль-индикаторы, построенные по принципу преобразования постоянного напряжения в переменное с последующим усилением при помощи обычных усилителей переменного тока, обладают большими преимуществами и получили весьма широкое распространение. Основные их достоинства-отсутствие дрейфа нулевой точки, простота наладки и регулировки, надежность, возможность замены ламп без дополнительной регулировки. [c.155]

Анализ рассмотренных характеристик позволяет сделать вывод о возможности применения усилителя постоянного тока для изме—рений слабых световых потоков. На практике наибольшее распространение получили электрометрические усилители прямого усиления (в частности, многокаскадные усилители с коррекцией в цепи, отрицательной и положительной обратной связи) и с преобразованием постоянного напряжения в переменное [85]. [c.55]

Предварительное преобразование постоянного напряжения рассогласования в переменное электромеханическим преобразователем с дальнейшим усилением ламповым усилителем переменного тока применено в регуляторах как периодического действия [27], так и непрерывного действия [28]. Аналогичное преобразование, но с применением транзисторного усилителя переменного тока, использовано при разработке регулятора непрерывного действия [28]. [c.109]

Усилитель, используемый для усиления термо-э. д. с. дифференциальной термопары, собран по схеме преобразования постоянного напряжения в переменное (рис. 3). Частота преобразования 30 гц. Второй и третий каскады усилителя избирательные. Полоса пропускания усилителя —1 гц, чувствительность —- 1 мкв. В качестве преобразователей постоянного напряжения в переменное и обратно используются поляризованные реле типа РП-5. Благодаря высокой избирательности и частоте преобразования, не кратной 50 гц, усилитель мало чувствителен к наводкам от электрической сети. Реле усилителя приводится в действие переменным напряжением, подаваемым от R генератора, схема которого приведена на рис. 4. [c.23]

Мощные преобразовательные агрегаты типа двигатель—генератор постоянного и импульсного напряжения вытесняются статическими преобразователями, использующими полупроводниковые вентили — селеновые или кремниевые. Статические преобразователи состоят из силового трансформатора, выпрямительного блока, пускорегулирующей и защитной аппаратуры. С помощью силового трансформатора обеспечиваются необходимое число фаз и заданная величина напряжения. Выпрямительный блок производит преобразование переменного напряжения в постоянное,. Пускорегулирующая и защитная аппаратура позволяет включать и выключать источник, получать необходимые вольт-амперные [c.157]

Основным элементом потенциостата является усилитель постоянного тока с преобразованием постоянного тока в переменный на входе и обратным преобразованием на выходе усилителя. Преобразование на входе осуществляется генератором (транзистор Ti), колебательный контур которого состоит из катушки индуктивности Li и емкостей стабилитронов (Дг—Дз), работающих как электрически управляемые конденсаторы-вари-конды. Напряжение разбаланса изменяет емкость стабилитронов и амплитуду генерируемого транзистором напряжения. Таким образом, на входе усилителя происходит преобразование сигнала рассогласования в соответствующее значение амплитуды генерируемого напряжения. Входное сопротивление преобразователя не ниже 10 ом. Усиление напряжения генерации про- [c.213]

Для преобразования постоянного напряжения небаланса измерительной схемы в переменное напряжение частотой 50 гц служит преобразовательный каскад, схематически изображенный на фиг. 44. [c.92]

Производственные автоматические рН-метры требуют очень большого усиления напряжения небаланса, и в них применяются более совершенные принципы усиления импульсов и преобразования постоянного напряжения в переменное. [c.505]

Преобразование постоянного напряжения небаланса в переменное производится непрерывным подключением слюдяного конденсатора в цепи стеклянного электрода то к диагонали измерительной мостовой схемы, то к сетке лампы Л. В первом положении конденсатор заряжается напряжением небаланса измерительной схемы, пропорциональным измеряемой величине Е , во втором разряжается на сопротивление утечки сетки При этом на сопротивлении [c.505]

К электродам электрофильтра должен подаваться ток высокого напряжения и постоянного направления. Для преобразования переменного тока низкого напряжения в постоянный ток высокого напряжения устанавливают специальные повыситель-но-выпрямительные электроагрегаты. Такой электроагрегат представляет собой трансформатор переменного тока, скомплектованный с механическим выпрямителем. [c.227]

В основу прибора положена обычная компенсационная схема измерения с преобразованием постоянного напряжения разбаланса в переменное с помощью вибропреобразователя. Применяемый в данной схеме вибропреобразователь должен обладать высоким сопротивлением изоляции контактов относительно земли . Измерительным инструментом служит электронный нуль-индикатор с электронно-оптическим индикатором на выходе (рис. IX.23). [c.305]

Датчик с усилителем. В процессе исследований был проверен вариант измерения падения напряжения на токоподводящем тросе в момент касания анода и катода с преобразованием постоянного сигнала в переменный с последующим усилением (рис. 30). В качестве преобразователя был [c.95]

Определение электропроводности. Для определения электропроводности растворов применяют схему мостика Уитстона в специальном видоизменении Кольрауша, изображенную на рис. 10. На этом рисунке А — аккумулятор с напряжением в 4 в / — индукционная катушка для преобразования постоянного тока в переменный (постоянный ток неприменим вследствие поляризации электродов, погруженных в раствор электролита) г — сосуд с электродами (платиновыми пластинками) и с раствором, сопротивление которого г надо определить Я — известное сопротивление О — контакт, скользящий по никелиновой струне АВ, [c. 68]

Преобразование постоянного напряжения в переменное может быть произведено и с помощью динамиче- [c.290]

Преобразование постоянного напряжения в переменное может быть произведено и с помощью динамического конденсатора. Емкость [c.250]

Преобразование постоянного тока в переменный (инвертирование) может осуществляться при помощи электрических вентилей, проводимостью которых можно управлять. Для этой цели используются тиристоры. Как было показано, выпрямитель е фазовым управлением и ведомый сетью инвертор (инвертор, частота тока в котором соответствует частоте сети и > Р н) работают одинаково и любой из этих режимов может быть осуществлен в одной и той же схеме. При работе как выпрямитель устройство передает энергию в нагрузку постоянного тока. Когда оно работает как инвертор, источник постоянного напряжения нужен, чтобы создать ток в устройстве и передать мощность на сторону переменного тока, инверторный режим наступает при а = 90 -i- 180° эл. (рис. 124). Ведомый сетью (неавтономный) инвертор используется при реостатных испытаниях тепловозов с рекуперацией энергии. Подобные установки о каждым годом находят все большее распространение. [c.141]

Важнейшим типом преобразователя энергии является автономный (независимый) инвертор, служащий для преобразования постоянного тока в переменный с заданным числом фаз, с регулируемой частотой и напряжением. Автономный инвертор — основное звено электропривода переменного тока, а следовательно, и тепловозной электрической передачи с машинами переменного тока. [c.141]

Питание индукционного датчика 6 осуществляется от генератора 8 током определенной частоты. Преобразователь 7 служит для преобразования сигнала переменного тока, получаемого от датчика уровня 6, в сигнал постоянного тока и передачи его к потенциометру 9. Питание генератора 8 и потенциометра 9 стабилизированным напряжением осуществляется от стабилизатора 10. [c.221]

Трудности, возникающие при создании ламповых электрометров, значительно уменьшаются, если применяется преобразование постоянных сигналов в переменные и используются усилители переменного напряжения или тока с отрицательной связью. Такие электрометры более сложны в изготовлении, но позволяют измерять токи до 10 а. Электрометры ламповые можно использовать для измерения кратковременных токов (до 0,01 сек) 143, 150]. [c.108]

Долгое время в качестве преобразователя использовали набор калиброванных резисторов, часто называемых токоизмерительными (см. рис. 34, 38,6). Для преобразования постоянного тока выбирают в пределах от десятков Ом до десятка МОм, для преобразования переменного и импульсного тока-не более 10 кОм. В противном случае преобразователь, вносит существенный вклад в поворот суммарной фазы напряжения, и потенциостат теряет устойчивость. Эти резисторы подсоединяют в цепь ячейки подвешен-но относительно земли, тогда ИЭ соединяется с землей (см. рис. 34), либо резисторы соединяют с земляной шиной, а ячейка оказывается подвешенной относительно земли (см. рис. 38,6). Схема с заземленной ячейкой предпочтительнее с точки зрения уменьшения внешних наводок на ячейку. Схема с заземленным таким свойством не обладает. Однако при применении первой схемы усложняется задача считывания падения напряжения с токоизмерительного резистора. [c.53]

В качестве источника питания применяются сухие элементы с напряжением 4,5у и с силой тока 150—200 тА. Для преобразования постоянного тока в переменный служит вибропреобразователь типа В-5, вторая пара контактов которого работает на выпрямление измеряемого гальванометром тока. Прибор имеет четыре поддиапазона измерений в омах [c.152]

Предназначен для преобразования сетевого переменного напряжения 220 В, 50 Гц в постоянное стабилизированное напряжение от 22,5 до 28,5 В с гальванической изоляцией от сети питания. [c.16]

Для стабилизации работы электронных силоизмерителен применяются различные способы работа усилителей стабилизуется применением обратной связи вследствие нестабильности усиления малых напряжений постоянного тока (медленное изменение постоянной составляющей выходного напряжения усилителя со временем при неизменном входном напряжении, или дрейф нуля ) применяется усиление с преобразованием постоянного напряжения в переменное и усиление с помощью усилителя переменного тока изменение характеристик элемента датчика при изменении температуры помещения исключается термостатированием датчика применением компенсационной измерительной схемы для уменьшения искажающего влияния способа закрепления упругих элементов подбираются специальные конструкции опор и т. д. [c.137]

Питание дефектоскопа производится от аккумуляторной батареи 6 в. Преобразование постоянного напряжения в переменное происходит в генераторе, собранном на германиевых триодах. [c.109]

С помощью выпрямителей осуществляется преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока. В промышленных установках применяют различные схемы выпрямления переменного тока в постоянный, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. При сравнении различных схем выпрямления учитывают следующие их технические характеристики число полупроводниковых приборов, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, габаритную мощность трансформатора. [c.145]

Выпрямленное напряжение (рис. 5.6, в) имеет постоянную составляющую [/преобразовании переменного тока в постоянный переменная составляющая равна нулю. Важным показателем работы выпрямителя служит отношение амплитуды переменной составляющей к выпрямленному напряжению, называемое коэффициентом пульсации выпрямленного напряжения [c.146]

Рассматривая вопрос об использовании топливных элементов для производства дешевой электроэнергии в больших объемах, необходимо учитывать, что в этих элементах генерируется постоянный ток низкого напряжения, преобразование которого в переменный связано с некоторыми дополнительными потерями энергии. [c.256]

Чувствительность и стабильность нуля в электрометрических усилителях может быть повышена при использовании схем с преобразованием постоянного напряжения в переменное. С этой целью применяют электромеханические, электрическце и модуляторные преобразователи. Наиболее высокие входные сопротивления имеют -схемы с емкостным вибрационным преобразователем, его полупроводниковым аналогом — варикапом, диэлектрическим преобразователем и преобразователем на полевых транзисторах. Применение других преобразователей ограничено сравнительно невысоким входным сопротивлением и узкой полосой пропускания. [c.56]

Пряжение. Последовательно в цепь каждой ячейки включен модулятор, преобразующий постоянный ток ячейки в переменное напряжение с частотой в 1 кгц (рис. 5-5). Полученные напряжения суммируются в про-тивофазе, и сигнал разности после соответствующего усиления по переменному току поступает на фазовый детектор. Применение единого генератора подъема напряжения и усиление разности токов ячеек после преобразования в переменное напряжение позволяют уменьшить влияние дрейфа, характерного для методов измерения на постоянном токе. [c.103]

Разновидностью датчиков этого тина являются электростатические генераторы без подвижных частей [31, 32]. Металлическая измерительная пластинка такого датчика покрыта сегнетоэлектри-ком. Диэлектрическая проницаемость последнего периодически меняется под воздействием специального генератора переменного напряжения, и таким образом осуществляется преобразование постоянного измеряемого поля в переменное, под воздействием которого периодически меняется поляризация металлической измерительной пластины. Амплитуда тока второй гармоники в цепи нагрузки определяется величиной измеряемой напряженности поля. В такой конструкции мощность на выходе электростатического генератора поставляется за счет электрических сил, меняющих поляризацию сегнетоэлектрика [3]. [c.184]

Генератор имеет силовой трехфазный трансформатор / типа ЗГМ-75/10 с первичным напряжением 220/380 в и вторичным линейным напряжением Уаслин.) = 8000 в. Для преобразования подводимого от трансформатора переменного тока высокого напряжения в постоянный ток высокого напряжения служит высоковольтный газотронный выпрямитель 2, собранный по двухполупериодной трехфазной схеме. В процессе преобразования переменного тока по данной схеме значение выпрямленного напряжения возрастает до 1/г=1,35 У2(лин). В генераторе ГЛ-60 установлены две включенные параллельно лампы типа Г-431. Для предотвращения возможности прохождения высокочастотных колебаний в цепь питания имеется анодный стопорный дроссель 3, емкость 7 и индуктивность И анодного контура. [c.89]

Схемы высокочастотных установок для индукционного нагрева с электромашинными и ламповыми генераторами приведены на рис. 11.13. Установка с ламповым высокочастотным генератором состоит из блока трехфазного анодного трансформатора 1, ловышающего напряжение 220 и 380 В до 7,5—10 кВ, блока газотронов и тиратронов 2 для преобразования переменного тока в постоянный напряжением до 10—15 кВ, генераторного блока 3 преобразования постоянного тока в высокочастотные колебания с лампой Л, колебательного контура 4, состоящего из конденсаторной батареи С1, воздушного трансформатора к и индуктора И. Перед включением газотронов (тиратронов) на полное напряжение создается выдержка времени при помощи реле времени. [c.56]

Сигнал от сосуда 3 поступает в электронный регулирующий милливольтметр 4, от которого нужная команда подается на двигатель РД-09 через редуктор, приводящий в движение ползунок ЛАТР а 5. Электрический ток, измененный ЛАТРюм по величине и преобразованный из переменного в постоянный выпрямителем 7, изменяет индуктивное сопротивление дросселя в нужную сторону и выравнивает напряжение первичной сети. [c.97]

Преобразование постоянного напряжения в переменное может осуществляться с использованием всех типов силовых полупроводниковых ключей. За последние годы в области средних и больших мощностей до 1000 кВт начинают широко применяться инверторы на IGBT. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционными тиристорами, они представляют разработчикам более широкие возможности формирования напряжения и тока. [c.155]

Что такое переменное напряжение?

Далее: Что такое трансформатор?
Up: lab8b
предыдущий: фон

Закон индукции Фарадея дает основу для преобразования
механическую энергию в электрическую. Основная мысль
заключается в перемещении катушки с проволокой относительно магнитного поля.
Это движение вызовет ток в проводе. Такой
устройство называется , генератор и концептуальный чертеж
этого устройства показано на рисунке 1.

**Рисунок 1:**
А
генератор и напряжение, которое он генерирует

Для простоты катушка обычно вращается.
в поле. При вращении катушка прорезает
силовые линии, генерирующие напряжение на катушке
терминалы. Когда поверхность катушки параллельна
поле, он быстро прорезает силовые линии. Но когда
катушка повернута на 90 градусов и перпендикулярна
силовых линий поля, то движение катушки происходит по касательной к
поле и напряжение не возникает.Когда катушка поворачивается
после этой точки он прорезает поле в противоположном направлении.
направление, генерирующее отрицательное напряжение. Конечный результат
этой цепочки событий состоит в том, что напряжение, создаваемое
Генератор изменяется как косинус угла, как показано ниже.
Этот синусоидальный сигнал обозначается как
переменного тока или переменного тока.

Уравнение для формы волны этого типа:

(1)

где — амплитуда , , —
частота , а фаза .Поскольку это
сигнал напряжения, изменяющийся во времени, имеет единицы вольт. В
частота измеряется в радианах в секунду.
Фаза измеряется в радианах. Мы часто измеряем частоту
в соответствующей единице циклов в секунду . Цикл
соответствует радианам.

Синусоидальная форма волны в уравнении 1 представляет собой
периодическая форма волны . Сигнал
периодический тогда и только тогда, когда существует такое, что
для всех . Чтобы увидеть, является ли синусоидальный сигнал
периодической, поэтому нам нужно найти такую, что

(2)

В частности, мы знаем, что функция косинуса повторяет
каждые радианы, поэтому нам нужно найти такое, что

(3)

Ясно, что это происходит, если
или
скорее

(4)

основной период этой синусоидальной
функция.

Размер синусоиды можно измерить в
Разнообразие способов. Например, мы можем использовать
амплитуда сигнала (), чтобы указать
размер. Еще одна мера «размера» — это сигнал .
среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение сила

(5)

Поскольку генераторы естественным образом производят синусоидальные волны, эти
формы волны играют важную роль в электрических
инженерное дело.Также оказывается, что синусоидальные волны также
обеспечить эффективный способ транспортировки электрических
энергия на большом расстоянии. Это часть причины
почему переменное напряжение используется в международных электрических сетях
и, конечно же, именно поэтому ваша настенная розетка обеспечивает
Напряжение переменного тока 120 вольт (среднеквадратичное значение) при 60 Гц.

В отличие от напряжений переменного тока, батареи обеспечивают прямое
ток или постоянное напряжение. Напряжения постоянного тока постоянны в течение
время. Для получения постоянного напряжения от стены переменного тока
сокет, нам нужно найти способ
регулирующий источник питания переменного тока.

Далее: Что такое трансформатор?
Up: lab8b
предыдущий: фон

Майкл Леммон
2009-02-01

Что такое переменный ток (AC)? | Базовая теория переменного тока

постоянного тока — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый при трении определенных типов материалов друг о друга.

Переменный ток против постоянного

Либо в качестве полярности переключения напряжения, либо в качестве направления переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC):

Постоянный и переменный ток

В то время как знакомый символ батареи используется как общий символ для любого источника постоянного напряжения, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого источника переменного напряжения.

В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, пока на нагрузку подается достаточное напряжение и ток, чтобы произвести желаемое тепло (рассеивание мощности). Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения энергии, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, и поэтому мы обнаруживаем, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях с большой мощностью.

Чтобы объяснить, почему это так, необходимы некоторые базовые знания об AC.

Генераторы переменного тока

Если машина сконструирована так, чтобы вращать магнитное поле вокруг набора неподвижных катушек с проволокой с вращением вала, то в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея на катушках с проволокой будет создаваться переменное напряжение.

Это основной принцип работы генератора переменного тока, также известного как генератор переменного тока : Рисунок ниже

Работа генератора

Обратите внимание, как полярность напряжения на проволочных катушках меняется на противоположные по мере прохождения противоположных полюсов вращающегося магнита.

При подключении к нагрузке эта реверсивная полярность напряжения создает реверсивное направление тока в цепи. Чем быстрее вращается вал генератора, тем быстрее будет вращаться магнит, что приведет к появлению переменного напряжения и тока, которые чаще меняют направление за заданный промежуток времени.

Хотя генераторы постоянного тока работают по тому же общему принципу электромагнитной индукции, их конструкция не так проста, как их аналоги переменного тока.

В генераторе постоянного тока катушка с проводом установлена на валу, где магнит находится на генераторе переменного тока, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой выполняются через неподвижные угольные «щетки», контактирующие с медными полосками на вращающемся валу.

Все это необходимо для переключения изменяющейся выходной полярности катушки на внешнюю цепь, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность:

Работа генератора постоянного тока

Показанный выше генератор будет генерировать два импульса напряжения за один оборот вала, причем оба импульса имеют одинаковое направление (полярность). Чтобы генератор постоянного тока вырабатывал постоянное напряжение , а не короткие импульсы напряжения каждые 1/2 оборота, имеется несколько наборов катушек, периодически контактирующих с щетками.

Схема, показанная выше, немного упрощена, чем то, что вы видите в реальной жизни.

Генератор переменного тока (генератор переменного тока) не требует для работы щеток и коммутаторов, поэтому он невосприимчив к этим проблемам, с которыми сталкиваются генераторы постоянного тока.

Двигатели переменного тока

Преимущества переменного тока перед постоянным током с точки зрения конструкции генератора также отражены в электродвигателях.

В то время как двигатели постоянного тока требуют использования щеток для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока этого не делают. Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы (идентичны для этого руководства), двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки из проволоки для вращения вращающегося магнита. вокруг его вала, а двигатель постоянного тока зависит от контактов щетки, замыкая и размыкая соединения, для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

Трансформаторы

Существует эффект электромагнетизма, известный как взаимная индукция , при котором две или более катушки провода размещены так, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое одной, индуцирует напряжение в другой.Если у нас есть две взаимно индуктивные катушки, и мы запитываем одну катушку переменным током, мы создадим переменное напряжение в другой катушке. При использовании в таком виде это устройство известно как трансформатор :

Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.

Если вторичная обмотка питает нагрузку, ток через вторичную обмотку прямо противоположен: ток первичной обмотки, умноженный на соотношение первичных и вторичных витков. Эта взаимосвязь имеет очень близкую механическую аналогию, в которой крутящий момент и скорость используются для представления напряжения и тока соответственно:

Зубчатая передача умножения скорости снижает крутящий момент и увеличивает скорость. Понижающий трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток.

Если передаточное число обмоток изменено так, что первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка, трансформатор «увеличивает» напряжение от уровня источника до более высокого уровня на нагрузке:

Редукторная передача увеличивает крутящий момент и снижает скорость.Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток.

При передаче электроэнергии на большие расстояния гораздо эффективнее делать это с помощью повышенных напряжений и пониженных токов (провод меньшего диаметра с меньшими резистивными потерями мощности), затем понижать напряжение и повышать ток. для промышленности, бизнеса или потребительского использования.

Трансформаторы обеспечивают эффективную передачу электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния.

Трансформаторная технология сделала возможным распределение электроэнергии на большие расстояния. Без возможности эффективно повышать и понижать напряжение было бы непомерно дорого строить энергосистему для чего угодно, кроме использования на близком расстоянии (в пределах нескольких миль максимум).

Конечно, постоянный ток может прерываться (генерироваться импульсами) через первичную обмотку трансформатора для создания изменяющегося магнитного поля (как это делается в автомобильных системах зажигания для выработки питания высоковольтной свечи зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но импульсный постоянный ток не так уж отличается от переменного тока.

Возможно, именно поэтому переменный ток в большей степени, чем какая-либо другая причина, находит такое широкое применение в энергосистемах.

ОБЗОР:

DC означает «постоянный ток», что означает напряжение или ток, который сохраняет постоянную полярность или направление, соответственно, с течением времени.
AC означает «переменный ток», что означает напряжение или ток, который со временем меняет полярность или направление соответственно.

Электромеханические генераторы переменного тока

, известные как генераторы переменного тока , имеют более простую конструкцию, чем электромеханические генераторы постоянного тока.

Конструкция двигателя переменного и постоянного тока

очень точно соответствует принципам конструкции генератора.
Трансформатор представляет собой пару взаимно индуктивных катушек, используемых для передачи мощности переменного тока от одной катушки к другой. Часто количество витков в каждой катушке устанавливается для создания увеличения или уменьшения напряжения от активной (первичной) катушки к обмотке без питания (вторичной).
Вторичное напряжение = Первичное напряжение (вторичные витки / первичные витки)
Вторичный ток = Первичный ток (первичные витки / вторичные витки)

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Как это работает Jameco Electronics

Меган Тунг

Переменный ток (AC) — это когда электрический заряд периодически меняет направление.Для сравнения, постоянный ток (DC) — это когда электрический заряд течет только в одном направлении. В США направление тока меняется на противоположное с частотой 60 Гц (циклов в секунду). Наиболее распространенная форма волны переменного тока — синусоидальная волна; хотя прямоугольные и треугольные волны — это другие формы сигналов для переменного тока.

Особый тип электрического генератора, называемый генератором переменного тока, предназначен для выработки переменного тока. Генератор работает так: вращающиеся магниты, известные как ротор, и проводник, намотанный катушками на железный сердечник, называемый статором.Когда статор совершает полный оборот, в статоре индуцируется электродвижущая сила в виде тока, создавая переменное напряжение. Электропитание переменного тока используется для подачи энергии в дома, офисные здания и т. Д. Электропитание переменного тока также может использоваться для питания электродвигателей, таких как посудомоечные машины и холодильники.
Производство и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. Энергетические компании посылают очень высокое напряжение, чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.Несколько трансформаторов используются для безопасной передачи нужного количества переменного тока от электростанций в дома.

Во-первых, электричество вырабатывается огромными генераторами с помощью ветра, угля, природного газа или воды. Затем переменный ток проходит через трансформаторы, чтобы увеличить напряжение, чтобы энергия передавалась на большие расстояния. Электрический заряд проходит по высоковольтным линиям электропередачи. Затем он достигает подстанции, где напряжение понижается, чтобы его можно было отправить по линиям электропередачи меньшего размера. Заряд проходит по распределительным линиям в район, где трансформаторы меньшего размера снова снижают напряжение, чтобы сделать электроэнергию безопасной для использования в домах.Затем мощность подключается к дому, где она проходит через счетчик, который измеряет, сколько энергии использует дом. Ток проходит через сервисную панель, где автоматические выключатели / предохранители защищают провода от перегрузки. Затем электричество проходит по проводам к розеткам и переключается в доме.

Для некоторых устройств потребуется адаптер переменного тока, который будет использовать другой трансформатор для преобразования электрических токов, получаемых от электрической розетки, в более низкий переменный ток, который может использовать электронное устройство. Количество трансформаторов, через которые должен пройти ток, зависит от максимальной силы тока, которую может выдержать электронное устройство.

Вам также может быть интересно прочитать: Как работает трансформатор

Меган Тунг — летний стажер в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет , Санта-Барбара (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Кредиты на фото: Солнечные школы

Переменное напряжение и ток — цепи переменного тока

Цепи переменного тока

Введение

Переменное напряжение — это любое напряжение, которое изменяется как по величине, так и по величине.
полярность по времени.Напряжение может меняться в обычном, предсказуемом
способом, или напряжение может изменяться нерегулярно, неповторяющимся образом с
уважение ко времени. В любом случае напряжение считается допустимым.
переменное напряжение. На рисунке ниже показано переменное напряжение, которое
регулярно меняется во времени.

Пилообразная форма напряжения.

Переменный ток — это любой ток, который варьируется как по величине, так и по величине.
направление. Как и в случае с переменным напряжением, нет ограничений по скорости
изменения или формы волны.Переменный ток — это просто ток, который
со временем меняет величину и направление.

Переменные токи и напряжения широко используются для распределения электрического тока.
сила. Однако использование переменных напряжений и токов простирается далеко
помимо распределения электроэнергии. Вся электронная коммуникация
системы, электронно-вычислительные машины и электронные контрольно-измерительные системы требуют
переменные токи и напряжения, а также постоянные напряжения и токи.
При подаче электроэнергии переменного напряжения и тока для работы других
устройств, AC (обозначение «AC» обычно используется для обозначения либо
переменное напряжение или ток, или и то, и другое) обычно производится огромными
генераторы переменного тока (генераторы переменного тока), эксплуатируемые энергокомпаниями. Электронные устройства
также может использоваться для выработки переменного напряжения и тока. В этом случае источник
переменного напряжения и тока представляет собой цепь, называемую
осциллятор . Генератор — это электронная схема, которая преобразует постоянный ток
в AC.

Частота и период

Напряжения и токи постоянного тока легко определяются по величине. Переменные напряжения
и токи, однако, не могут быть точно определены только с точки зрения величины.
Все переменные напряжения и токи имеют три характеристики:
амплитуда , частота и фаза .Этот раздел касается
с частотной характеристикой переменного напряжения и тока.

Было заявлено, что любое напряжение или ток, меняющие полярность или направление
считается ак. Однако подавляющее большинство всех напряжений переменного тока и
токи меняются по величине и направлению с заданной скоростью. Это,
напряжение переменного тока повышается до максимального значения, уменьшается от максимального до нуля, затем
возрастает до максимального значения противоположной полярности, и снова уменьшается до нуля.
Он непрерывно повторяет этот процесс.

Цикл переменного напряжения или тока состоит из одного полного
переход от некоторой точки сигнала переменного тока к той же точке на
по форме волны переменного тока . Например, один цикл формы волны переменного тока на рисунке
указанное выше может быть измерено между точками a и d, b и e или c и f.

Количество циклов в секунду определяется как частота переменного тока.
напряжение или ток. Например, обычная частота в электросети в США.
Состояние составляет 60 циклов в секунду (cps), а частота радио
вещательная станция может быть 10 ⁶ гц.Телевизионные станции
работают на частотах порядка 10 ⁸ гц.

Теперь можно записать некоторые фундаментальные математические соотношения, относящиеся к
частота до времени одного цикла. Поскольку частота равна циклам в секунду,
это следует из того

где
T — время одного цикла (периода), сек
f — частота, гц или герц (Гц)

Когда известно время одного цикла, частота определяется по формуле

Синусоидальные напряжения и токи

Уникальной формой сигнала переменного напряжения или тока является синусоида. В предыдущем
разделах, было указано, что переменное напряжение или ток могут иметь
любой формы волны. Это действительно так, но именно этот факт может сделать математическое
Анализ цепей переменного тока очень трудоемок. Однако это может быть
показано математически и графически продемонстрировано, что любой формы волны,
независимо от того, насколько он неправильный, состоит из различных комбинаций синусоидальных
Волновой . Таким образом, уникальная особенность синусоидальной волны состоит в том, что она
является основным для всех напряжений и токов переменного тока!

В синусоиде один полный цикл представлен 360 ° или 2π
радианы.Следовательно, если период синусоидальной волны равен 0,2 с, то каждая степень
цикл составляет 0,556 мс. В любой момент мгновенное значение
синусоидальная волна равна произведению максимального значения синусоидальной волны и
синус угла, соответствующего времени. Уравнение для синусоидальной волны
напряжение

где θ — любой угол.

Уравнение для синусоидальной волны тока записывается аналогичным образом.

На рисунке ниже представлена синусоида напряжения, показывающая замену угловой
измерять время в градусах и радианах.

Синусоидальная волна напряжения.

В дополнение к графическому изображению синусоиды, как в
На рисунке выше синусоида может быть представлена радиус-вектором или вектором .

Вектор имеет постоянную величину, равную максимальному значению синуса.
волна, а мгновенное значение синусоиды — произведение
фазора и синуса угла между фазором и началом координат. Вектор
представление чрезвычайно полезно при добавлении и вычитании чередующихся
напряжения и токи.На рисунке ниже показано представление вектора для
синусоида на рисунке выше.

Фазорное представление синусоидальной волны напряжения с мгновенными значениями при 28 °, 70 ° и 225 °.

Обсуждение векторных представлений синусоидальных волн логически приводит к другому.
полезная концепция. Угловая скорость обычно связана с вращением
машины. Однако вектор, представляющий синусоидальную волну, можно визуализировать как
вращающийся вектор, и поэтому он также имеет угловую скорость.Как указано в
На рисунке выше положительное направление вращения — против часовой стрелки (ccw).

Скорость — это отношение расстояния ко времени. Угловая скорость синуса
волна — это «расстояние» одного цикла в радианах, деленное на период
синусоида. Угловая скорость обозначается строчной омегой ( ω ).

Однако T = 1/ f . Если подставить это значение T
в приведенное выше уравнение, тогда

Уравнения для синусоидальной волны напряжения
и синусоида тока может быть
переписать в терминах приведенного выше уравнения.Угловая скорость синуса
волна является постоянной, и частный угол синусоидальной волны в любой момент
это прямая функция времени. Следовательно, если угловую скорость умножить
по времени в секундах произведение представляет собой угол в радианах.

Уравнения для синусоидальной волны напряжения
и синусоида тока, когда радиан
мера используется, записываются

Фазовый угол и разность фаз

Было отмечено, что все переменные напряжения и токи имеют три характеристики;
частота, амплитуда и фаза.В этом разделе фазовые характеристики
синусоидальной волны.

Форма волны напряжения.

В уравнении синусоиды независимой переменной является время. В обоих
представления синусоидальной волны, графиком или вектором, угловая запись
был заменен на время. Это должно быть очевидно из уравнения
синусоида, что все синусоиды имеют нулевое значение в то время, когда угловой
эквивалент времени равен нулю. Синусоидальную волну принято представлять как
начиная с 0 °.Однако так же допустимо рассматривать синус
волна как начинающаяся в любой другой точке ее цикла. Рисунок выше иллюстрирует
синусоидальная волна напряжения, которая не равна нулю в начале своего цикла.

Когда считается, что синусоидальная волна начинается с некоторой величины, отличной от нуля,
факт должен быть указан в уравнении волны. Угловой
смещение волны от 0 ° до точки на ее цикле, где волна
считается его фазовый угол. Например, на рисунке
выше θ — фазовый угол волны.

Уравнение для формы волны напряжения на рисунке выше записано

На рисунке ниже показана синусоидальная волна тока, описываемая уравнением

Форма кривой тока.

В цепях переменного тока, содержащих емкость, индуктивность или и то, и другое, фазовые углы
тока и напряжения могут отличаться друг от друга. То есть ток в
цепь может достигать максимума или минимума в разное время, чем напряжение.
Эта разница во времени между переменными величинами называется
разность фаз и выражается в градусах.Разница фаз может
также выражают временной сдвиг между волнами разных частот
которые присутствуют в той же цепи.

Должно быть очевидно, что разность фаз между синусоидальными волнами разных
частоты постоянно меняются. Однако часто бывает удобно выразить
разность фаз между сигналами разных частот на некоторых
конкретный момент времени. При чередовании количества одинаковой частоты
достичь положительных максимумов (или любой другой удобной точки отсчета на цикле)
в тот же момент количества называются в фазе : фаза
разница между ними составляет 0 °.

На рисунке ниже показаны два вектора одинаковой частоты, смещенные друг относительно друга.
на θ °. v ₁ считается ведущим
v ₂ на θ ° (вращение против часовой стрелки
фазоры, как отмечалось ранее, — это положительное направление).

Две векторных величины одинаковой частоты.

Уравнения для напряжений v ₁ и v ₂ in
рисунок выше

Обратите внимание, что разность фаз между v ₁ и
v ₂ — это сумма углов β и α .Можно констатировать, что v ₁ опережает референтную ось на
β градусов и v ₂ отстает от этой же ссылки на
α градусов. На рисунке ниже показаны два тока, которые находятся в
фазы друг с другом. Часть A — это векторное представление этих токов,
а в части B токи показаны в виде синусоид.

Два синфазных тока.

Среднее значение синусоиды

Среднее значение любого тока или напряжения — это значение, которое будет
указывается измерителем постоянного тока.Эта концепция имеет особое значение в электронике,
поскольку многие напряжения и токи представляют собой комбинации постоянного тока и синусоид. В
Концепция средних значений имеет особое значение в выпрямительных схемах.

Среднее значение любой кривой — это площадь, ограниченная кривой, разделенной
основанием кривой. На рисунке ниже показан один цикл прямоугольного импульса.
напряжения, и он иллюстрирует среднее значение этого импульса за один цикл .

Среднее значение пульса.

Очевидно, что среднее значение синусоиды за полный цикл составляет
ноль, так как среднее значение одной половины цикла точно равно, но противоположно
по полярности к средней другой половине. Среднее значение синусоиды
обычно получается, если предположить, что он был исправлен. То есть оба
половины формы волны считаются положительными. Выпрямленная синусоида
показано на рисунке ниже.

Выпрямленная синусоида.

Расчет среднего значения синусоиды выполняется с помощью
интегральное исчисление.Этот процесс дает среднее значение кривой от 0 до
π радиан. Это среднее значение также соответствует синусоиде за полный
цикл, и его часто называют средним выпрямленным значением .
Среднее выпрямленное значение напряжения составляет

Среднее выпрямленное значение синусоидального тока составляет

Эффективное значение синусоиды

Действующее значение формы волны тока или напряжения — это значение, которое будет
рассеивают такую же мощность, что и , численно равный постоянного тока или напряжения.Например, переменный ток с эффективным значением 2 А рассеивается точно так же.
мощность как 2 ампера постоянного тока. Обратите внимание, что форма волны не учитывается.
переменного тока; мы просто утверждаем, что эффективный ток 2 А переменного тока
развивает ту же мощность, что и 2-амперный постоянный ток. Короче говоря, эффективное значение
определяется с точки зрения рассеиваемой мощности.

Эффективное значение часто называют среднеквадратическим (среднеквадратичным) значением.
Эффективные значения синусоидальной волны равны

Обратите внимание, что строчные буквы используются для обозначения мгновенных значений
ток или напряжение, если ток или напряжение изменяются во времени.Определенные значения тока или напряжения обозначаются заглавными буквами.
( В _макс, I _макс и т. Д.).

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — прикладное промышленное электричество

Переменный ток

Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с так называемого постоянного тока (DC), то есть электричества, протекающего в постоянном направлении и / или обладающего напряжением с постоянной полярностью. Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый при трении определенных типов материалов друг о друга.