Общие сведения о переменном токе: Общие сведения. Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление

Общие сведения. Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление

Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление. Кривая (функция) переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму. На рис. 2.1 показаны

Рис. 2.1

некоторые из типичных для электротехники и электроники функций. Кроме того, различают однофазные и многофазные переменные напряжения и токи. Например, электроснабжение массовых потребителей осуществляется, как правило, посредством трехфазного тока.

Последующие эксперименты ограничены синусоидальными напряжениями, которые наиболее часто встречаются в электротехнике и электронике.

Эксперименты затрагивают такие параметры как частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.

Опыты с трехфазными токами проводятся отдельно (разд. 7).

На рис. 2.2 показаны напряжение и ток, как синусоидальные функции времени.

Рис. 2.2

В течение одного периода T напряжение последовательно оказывается равным нулю, положительному максимуму (амплитудное значение) U_m, затем нулю, отрицательному максимуму и снова нулю.

Аналогично выглядит график изменения тока, но в общем случае он может быть сдвинут во времени относительно напряжения (отставать от напряжения или опережать его).

Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока iвыражаются так:

u = U_m × sin (wt+y_u) , i = I_m × sin (wt+y_i) ,

где y_u иy_i –начальные фазы напряжения и тока.

Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг):

j = y_u —y_i.

Другие параметры синусоидальных величин и формулы для их вычисления приведены ниже.

Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду

f = 1 ¤ T.

Угловая частота w в рад ¤ с равна

w = 2× p × f .

Действующие значения синусоидальных тока и напряжения равны

I = I_m / Ö2, U = U_m / Ö2 .

1 Общие сведения

^{СОДЕРЖАНИЕ}

ВВЕДЕНИЕ

Источники
питания с выходом на постоянном или
переменном токе обеспечивают работу
различной электрической и электронной
аппаратуры. В настоящее время в большей
части электронных устройств используется
энергия источников постоянного тока.
К ним относятся транзисторные цепи,
интегральные схемы и многие другие
электронные устройства.

Наиболее
распространенным источником постоянного
тока является выпрямительное устройство,
преобразующее переменный ток в постоянный.
Оно называется вторичный источник
электропитания.

В
данной работе будут рассмотрены общие
сведения об устройстве источников
питания и их необходимых компонентах:
трансформаторах, вентилях, сглаживающих
фильтрах и стабилизаторах напряжения

В
качестве источников электропитания
применяются выпрямительные устройства.
Выпрямитель в большинстве случаев
состоит из следующих элементов:

—
трансформатора, служащего для повышения
или понижения напряжения сети до
необходимой величины;

—
одного или нескольких вентилей, обладающих
односторонней проводимостью тока и
выполняющих основную функцию выпрямителя
— преобразование переменного тока в
постоянный;

—
сглаживающего фильтра, уменьшающего
пульсацию выпрямленного тока.

Во
многих устройствах, где предъявляются
повышенные требования к постоянству
выпрямленного напряжения, а также при
значительных колебаниях напряжения
сети в сочетании с выпрямителями
применяют стабилизаторы постоянного
и переменного напряжения.

В
схему выпрямителя, кроме основных
элементов, могут входить различные
вспомогательные устройства, предназначенные
для регулировки выпрямленного напряжения,
включения и выключения выпрямителя,
защиты выпрямителя от повреждений при
нарушениях нормального режима работы,
контрольно-измерительные приборы и
т.п.

В
настоящее время используются разнообразные
типы выпрямителей, которые классифицируются
по числу фаз выпрямляемого переменного
тока, типу вентилей, схемам их включения
и другим показателям.

Для
питания различных узлов и блоков
электронной аппаратуры наиболее часто
применяют выпрямители, рассчитанные
на небольшие мощности и работающие от
однофазной сети переменного тока. Такие
выпрямители называются однофазными.
Они делятся на:

а)
однополупериодные, в которых ток через
вентиль проходит только в течение одного
полупериода переменного напряжения
сети;

б)
двухполупериодные, в которых ток проходит
через вентиль в течение обоих полупериодов;

в)
схемы с умножением напряжения.

В
схеме однополупериодного выпрямителя
(рисунок 1) ток через вентиль и сопротивление
нагрузки протекает только в течение
половины периода переменного напряжения
U₂,
действующего на зажимах вторичной
обмотки трансформатора. Такой ток имеет
пульсирующий характер, т.е. протекает
в одном направлении и изменяется по
величине от максимального I_2m
до нуля. Постоянная составляющая
выпрямленного напряжения U₀
=0,45U₂.
Обратное напряжение, приложенное к
диоду, Uобр.=3,14U₀.

Рисунок
1 — Однополупериодный выпрямитель. Схема
выпрямителя, график токов и напряжений

Источник,
выполненный на основы однополупериодного
выпрямителя, нельзя использовать для
питания различных электронных схем,
требующих стабилизированного напряжения
питания. Частота пульсаций напряжения
на нагрузке равна частоте сети: f_п
=f_c.
Коэффициент пульсаций выпрямленного
напряжения — К_п
= 1,57. Кроме того, постоянная составляющая
выпрямленного тока I₀
=0,636 I₂
, что значительно меньше действующего
значения тока, это приводит к недостаточному
использованию обмоток трансформатора
по току. Однако простота схемы и легкость
ее практической реализации делают его
незаменимым при питании маломощных
двигателей постоянного тока, вентиляторов
и ряда маломощных электронных устройств,
не критичных к качеству питающего
напряжения.

Двухполупериодные
схемы выпрямления делятся на два вида:
схемы с выводом средней точки вторичной
обмотки трансформатора (рисунок 2) и
мостовые схемы (рисунок 3).

Рисунок
2 — Схема двухполуперионого выпрямителя
со средней точкой, график токов и
напряжений

В
схеме с выводом средней точки вторичная
обмотка трансформатора имеет три вывода:
два от концов обмотки А и Б и третий — от
ее середины О. По существу, данная схема
представляет собой сочетание двух
однополупериодных выпрямителей,
работающих на одну нагрузку R_н.
В один из полупериодов, когда конец
обмотки А положителен по отношению к
среднему выводу ток I₂
проходит
через диод VD1, нагрузочное сопротивление
R_н
и замыкается через вторичную обмотку
ОА в направлении от О к А. В следующий
полупериод, когда вывод Б положителен
по отношению к точке О, ток I₂,
проходит от вывода Б через диод VD2,
нагрузочное сопротивление R_н
и замыкается через вторичную обмотку
ОБ в направлении от О к Б. Через
сопротивление нагрузки токи проходят
в в оба полупериода в одном и том же
направлении, создавая на этом сопротивлении
выпрямленное напряжение U₀.
Из рисунка видно, что выпрямленные ток
и напряжение имеют форму синусоидальных
импульсов, повторяющихся в течение
каждой половины периода. Постоянные
составляющие тока и напряжения для
двухполупериодной схемы оказываются
в два раза больше, чем при однополупериодном
выпрямлении.

Для
данного вида схем необходимость вывода
от середины вторичной обмотки является
недостатком, так как при этом усложняется
трансформатор.

Обратное
напряжение на диоде более чем в 3 раза
превышает выпрямленное напряжение Uобр
=3,14U₀.
Действующее значение тока, проходящего
через вторичную обмотку трансформатора
— I₂
= 0,785I0, что в два раза меньше, чем в
однополупериодной схеме. Таким образом,
лучше используются обмотки трансформатора
по току, это позволяет уменьшить размеры
и массу трансформатора. Частота пульсаций
равна удвоенной частоте сети: f_п
=2f_с,
коэффициент пульсаций выпрямленного
напряжения — К_п
= 0,67. Для данного вида схем необходимость
вывода от середины вторичной обмотки
является недостатком, так как при этом
усложняется трансформатор.

Рисунок
3 — Мостовая двухполупериодная схема
выпрямителя, график токов и напряжений

Двухполупериодная
мостовая схема в отличие от предыдущей
схемы имеет обычный трансформатор (без
вывода средней точки) и четыре диода,
включенных по схеме моста. К одной
диагонали моста присоединена вторичная
обмотка трансформатора , к другой
подключено нагрузочное сопротивление
Rн. В один из полупериодов, когда потенциал
точки А положителен, а потенциал точки
Б отрицателен, ток проходит от точки А
через диод VD1, сопротивление нагрузки
и диод VD3 к точке Б. В следующий полупериод,
когда полярность концов вторичной
обмотки поменяется, ток пройдет от точки
Б через диод VD2, сопротивление нагрузки
и диод VD4 к точке А. Направление тока
проходящего через нагрузочное
сопротивление R_н,
в течение обоих полупериодов остается
неизменным. Поэтому, как и в схеме со
средней точкой, в рассматриваемой схеме
имеет место двухполупериодное выпрямление.
Выпрямленный ток и напряжен имеют такую
же форму, как и в схеме со средней точкой
( Рисунок 2)

Обратное
напряжение на диоде Uобр=1,57U₀,
Действующее значение тока, проходящего
через вторичную обмотку трансформатора
I₂=
1,11I₀.
Частота пульсаций равна удвоенной
частоте сети: f_п
=2f_с,
коэффициент пульсаций выпрямленного
напряжения — К_п
= 0,67.

Сохраняя
все достоинства схемы со средней точкой,
мостовая схема имеет следующие
специфические особенности:

—
размеры и масса трансформатора меньше
вследствие лучшего использования
обмоток по току. Эта особенность основана
на том, что ток протекает в течение
периода во всей вторичной обмотке, а не
в одной ее половине;

—
конструкция трансформатора проще, так
как не требуется специальный вывод от
средней точки вторичной обмотки;

—
обратное напряжение, приходящееся на
один диод, вдвое меньше. Необходимость
использования в схеме четырех диодов
вместо двух, как в схеме со средней
точкой, является недостатком данной
схемы. Таким образом, мостовая схема
получила широкое распространение в
современных выпрямителях.

Электрические цепи переменного тока

Переменный ток получил гораздо большее распространение в промышленности и в быту, чем постоянный, так как упрощается конструкция электродвигателей, а синхронные генераторы могут быть выполнены на значительно большие мощности и более высокие напряжения, чем генераторы постоянного тока. Переменный ток позволяет легко изменять величину напряжения с помощью трансформаторов, что необходимо при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электрический ток, возникающий под действием э. д. с, которая изменяется по синусоидальному закону, называют переменным. По существу, переменный ток — это вынужденные колебания тока в электрических цепях.
Амплитудой переменного тока называется наибольшее значение, положительное или отрицательное, принимаемое переменным током.
Периодом называется время, в течение которого происходит полное колебание тока в проводнике.
Частота — величина, обратная периоду.
Фазой называется угол или , стоящий под знаком синуса. Фаза характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t=0 фаза называется начальной.
Периодический режим: . К такому режиму может быть отнесен и синусоидальный:

где
— амплитуда;
— начальная фаза;
— угловая скорость вращения ротора генератора.
При f=50Гц T= 1/f=0,02 с, 314рад/с.

График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.

Расчет цепей переменного тока с использованием мгновенных значений тока, напряжения и ЭДС требует громоздкой вычислительной работы. Поэтому изменяющиеся непрерывно во времени токи, напряжения и ЭДС заменяют эквивалентными во времени величинами.
При расчете электрических цепей синусоидальную функцию выражают по формуле Эйлера через экспоненциальные функции:

где

Тогда

где

— поворотный множитель;
— комплексная амплитуда напряжения;
— сопряженная комплексная амплитуда напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение можно представить на комплексной плоскости вращающимся вектором. Тогда амплитудное значение напряжения будет представлять собой модуль или длину вектора напряжения.

Вектор напряжения на комплексной плоскости
Так как в цепи с синусоидальным напряжением ток тоже будет подчиняться этому закону, то аналогично можно записать

где
— комплексная амплитуда тока; *
— сопряженная комплексная амплитуда тока.
Разделив напряжение на ток, получим закон Ома в комплексном виде:

При напряжение на сопротивлении согласно закону Ома . Таким образом, следует отметить, что на активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе и (см. рисунок).

Кривые напряжения и тока в активном сопротивлении

Величину переменного напряжения или тока можно оценить значением амплитуды или средним значением за полупериод или действующим значением. При изменении напряжения или тока по закону синуса среднее значение напряжения определяется:

При большой частоте вращения ротора генератора, т. е. при большой частоте колебаний э. д. с. и силы тока, измерять их амплитуды на практике крайне неудобно. По этой причине ввели величины, названные действующими значениями э. д. с, силы тока и напряжения.
Действующим значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, при прохождении которого по той же цепи и за то же время выделяется такое же количество теплоты, как и при прохождении переменного тока.

откуда

При синусоидальном законе действующие значения тока и напряжения:

Приборы электромагнитной системы, применяемые для измерений напряжений и токов на переменном токе, регистрируют действующие значения. Соответственно градуируются и шкалы этих приборов

Кривые напряжения и тока в индуктивном сопротивлении

Напряжение на индуктивности определяется выражением

где

-индуктивное сопротивленияе
Индуктивное сопротивление выражают в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с катушкой индуктивности.
В идеальной индуктивности ток отстает от напряжения на 90°.

Если напряжение на емкости меняется по закону синуса , то

-емкостное сопротивление.
Емкостное сопротивление выражается в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с конденсатором.
Кривые напряжения и тока в емкостном сопротивлении
В идеальной емкости ток опережает напряжение на 90°

Режим — состояние электрической цепи переменного тока описывается дифференциальными уравнениями, представляющими собой уравнения с постоянными коэффициентами и правой частью, например:

Из курса высшей математики известно, что общее решение такого уравнения может быть найдено методом наложения принужденного и свободного режимов:

где
— ток принужденного режима при di/dt=0
— ток свободного режима.
Свободные процессы исследуются с целью определения устойчивости системы. В устойчивой системе процессы должны затухать. Принужденный и свободный режимы в сумме определяют процессы, которые называются переходными, т.е. осуществляется переход от одного установившегося режима к другому.
При установившемся режиме ток и напряжение сохраняют в течение длительного времени амплитудные значения.
В цепях постоянного тока токи и напряжения остаются неизменными, а в цепях переменного тока остаются неизменными кривые изменения токов и напряжений.

Мощность цепи переменного тока

В периодическом синусоидальном режиме

Используя известное тригонометрическое преобразование

и обозначив , получим

Среднее за период значение гармонической функции удвоенной частоты равно нулю.
Измерение мгновенного значения мощности переменного тока затруднено из-за сравнительно большой частоты колебаний (v = 50 Гц). Поэтому на практике принято пользоваться средней мощностью тока. Средняя мощность — это отношение энергии, потребляемой за один период, к периоду:

где
— энергетическое значение коэффициента мощности,

Потребляемая на участке цепи с резистором средняя мощность получила название активной мощности. Она необратимо преобразуется в джоулеву теплоту и другие виды энергии. Мощность, потребляемую на участках цепи с емкостным и индуктивным сопротивлениями, называют реактивной мощностью.
При передаче электрической энергии по цепи переменного тока ее необратимые преобразования происходят только на тех участках цепи, которые содержат резисторы. Такие участки цепи называют активной нагрузкой. На активной нагрузке электроэнергия превращается в теплоту или механическую работу.
Участок цепи с индуктивностью или емкостью называют реактивной нагрузкой. На участках цепи, которые состоят из чистых емкостных или индуктивных сопротивлений, электроэнергия не потребляется. В цепи с реактивными нагрузками происходит только перекачка энергии от генератора к нагрузке и обратно с неизбежными потерями в подводящих проводах.

При заданных Р и U ток является функцией cosj. Потери мощности на сопротивлении
В цепи с резистором j=0.

Коэффициент мощности cosj показывает, какая часть полной мощности, вырабатываемой генератором и передаваемой нагрузке, необратимо используется нагрузкой. Он играет важную роль в электротехнике. В самом деле, если в цепи имеется значительный сдвиг по фазе между колебаниями тока и э. д. с, то коэффициент мощности мал и нагрузка потребляет от генератора малую активную мощность. Вместе с тем генератор должен вырабатывать полную мощность S. Эту же мощность должен отдавать генератору первичный двигатель. Таким образом, при низком коэффициенте мощности нагрузка потребляет лишь часть энергии, которую вырабатывает генератор. Оставшаяся часть энергии перекачивается периодически от генератора к потребителю и обратно и рассеивается в линиях электропередачи.
Максимально благоприятные условия передачи электроэнергии создаются в цепи, работающей в режиме резонанса. В самом деле, при приближении к резонансу амплитуда силы тока оказывается максимальной и коэффициент мощности стремится к единице. В этом случае активная мощность приближается к полной мощности, т. е. достигает максимума.
Повышение к. м. является важной народнохозяйственной задачей, от решения которой зависит эффективность использования вырабатываемой электроэнергии.
Уменьшение к. м. в промышленных цепях происходит в основном за счет содержащихся в них трансформаторов и асинхронных электродвигателей, имеющих значительные индуктивные сопротивления. Поэтому повысить к. м. при таких нагрузках можно путем подключения параллельно основной цепи компенсирующих конденсаторов, позволяющих приблизиться к режиму резонанса токов.
С целью повышения к. м. и экономии электроэнергии не следует допускать холостого хода (т. е. работы без нагрузки) трансформаторов и асинхронных электродвигателей, ибо в этом случае они представляют собой чисто индуктивные сопротивления и вызывают дополнительные потери мощности.
Коэффициент мощности (к. м.) ни в коем случае нельзя путать с коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Так, например, при определенном соотношении емкости и индуктивности коэффициент мощности в данной цепи может оказаться равным единице. Коэффициент же полезного действия цепи всегда меньше единицы.

Мощность цепи переменного тока

Мощность в активном сопротивлении

Мгновенное значение мощности для цепи с резистором:

Из рисунка видно, что потребляемая резистором мгновенная мощность остается все время положительной, но пульсирует с удвоенной по отношению к силе тока и э. д. с. частотой.

Действующее значение мощности:

Активная мощность в цепи с идеальной катушкой индуктивности и конденсатором равна 0. Реактивная мощность определяется выражением:

Аналогично можно проделать для цепи с идеальным конденсатором:

В произвольной цепи переменного тока потребляемая одновременно активной и реактивной нагрузками суммарная мощность

Но так как , следовательно, . Мы приходим к выводу, что суммарная средняя мощность, потребляемая полной цепью переменного тока, равна активной мощности.

где S — полная мощность, вырабатываемая генератором переменного тока, ВА;
a — сдвиг по фазе между колебаниями э. д. с. и силы тока.

Общие сведения по электротехнике — Энциклопедия по машиностроению XXL

из «Мостовые электрические краны Издание 2 »

Предметом электротехники является техническое применение электричества. Электрический ток — это направленное, т.е. упорядоченное, движение электрических зарядов (электронов) в замкнутой электрической цепи. К основным электрическим величинам относят электродвижущую силу (э.д.с.), силу тока, напряжение и сопротивление. [c.148]




называют силу, под действием которой происходит движение электронов в источнике питания (батареях, генераторах). При работе электрических машин, называемых генераторами или динамомашинами, па отрицательных зажимах возникает избыток электронов, а на положительных — недостаток их. Это означает, что на зажимах генератора возникают разные электрические уровни — потенциалы. Разность погенциалов генератора, которая создается и поддерживается его э.д.с., называют напряжением. [c.148]




Единицей измерения э.д.с. и напряжения является вольт (в). Напряжение измеряют прибором, называемым вольтметром. [c.148]




Электрический ток измеряется количеством электричества, протекающим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Единицей силы тока является ампер (а). Силу тока измеряют прибором, называемым амперметром. [c.148]




Читается закон Ома так сила тока в замкнутой электрической цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи. [c.149]




По закону Джоуля — Ленца количество тепла Q, выделяемого в проводнике электрическим током, пропорционально квадрату силы тока /, сопротивлению проводника R и времени i протекания тока, т. е. [c.149]




Работа и мощность электрического тока. Электрический ток соверщает работу. Например, электродвигатели приводят в движение станки, грузоподъемные краны и т.д. Электрическая энергия превращается в другие виды энергии механическую, тепловую, световую. [c.149]




Работа, производимая электрическим током, пропорциональна силе тока I, напряжению U и времени i прохождения тока, т. е. [c.149]




Пример. Определить работу электрической лампочки при напряжении У =120 в и силе тока /=0,25 а в течение суток. [c.149]




Работу А за единицу времени t называют мощностью Р, т.е. [c.150]




В системе МКСА мы выражаем напряжение в вольтах, силу тока Б амперах, время в секундах, работу в джоулях и мощность в ваттах. Работу часто выражают в киловатт-часах (квт-ч). Киловатт-час есть работа, производимая при мощности в 1 квт в течение I ч. [c.150]




Магнитное поле. Пространство вокруг магнита, в котором обнаруживается действие магнитных силовых линий, называют магнитным полем. Там, где проходит электрический ток, всегда возникает магнитное поле. [c.150]




Электромагнитом называют катушку (проводник свитый в спираль), внутри которой находится сердечник. Магнитное поле электромагнита сильнее, так как стальной сердечник усиливает магнитные свойства. В электромагнитах постоянного тока сердечник выполняют из сплошной стали. Сердечник электромагнита переменного тока набирают из отдельных листов электротехнической стали с электрической изоляцией между ними. Последнее необходимо для уменьшения потерь электроэнергии на нагревание магнитопровода при переменном токе. [c.150]




Электромагниты широко используют в технике. В крановом электрооборудовании их применяют в контакторах, реле и тормозных электромагнитах, а также в грузовых электромагнитах, предназначенных для подъема и перемещения стальных и чугунных изделий. [c.150]




Единицей частоты является герц гц), который равен одному периоду в секунду. Переменный ток, применяемый на предприятиях, имеет частоту 50 гц. [c.151]




Пф и и — фазовое и линейное напряжения и /л — фазовый и линейный ток. [c.151]




Мощность в электрических цепях измеряют ваттметром. [c.152]




Коэффициент мощности. Емкость и индуктивность, включенные в цепь переменного тока, влияют не только на силу тока, но и вызывают сдвиг по фазе между напряжением и током на некоторый угол ф. [c.152]




Отношение активной мощности Р к кажущейся 5 называют коэффициентом мощности или косинусом фи (созф). По величине этого коэффициента судят о степени использования электроэнергии установки чем больше значение созф, тем выше степень использования таких установок. [c.152]

Вернуться к основной статье

Электротравматизм и его предупреждение

Наибольшую опасность при эксплуатации электрического оборудования как на подвижном составе, так и в депо и на ремонтных заводах представляет поражение электрическим током.

По характеру воздействия на человека различают электрический ток неощутимый, ощутимый, неотпускающий, фибрилля-ционный, особо опасный. Ощутимый ток (до 10 мА), проходя через тело человека, вызывает раздражения. Неотпускающий ток (от 10 до 100 мА) приводит к непреодолимым судорожным сокращениям мышц руки, которой человек прикоснулся к проводнику. Фиб-рилляционный ток (более 100 мА) вызывает хаотическое разновременное сокращение волокон сердечной мышцы, что может привести к прекращению кровообращения и смерти. Особо опасным является ток более 1 А.

На степень поражения оказывают влияние электрическое сопротивление тела человека, площадь контакта, род тока и уровень напряжения, частота тока, путь протекания и продолжительность его действия, параметры окружающей среды (влажность температура).

Сопротивление тела человека — величина непостоянная. Оно зависит от состояния кожи, площади и плотности контакта человека с проводником, его психофизиологических и физиологических особенностей. Для расчетов принимается условно среднее сопротивление тела человека, равное 1000 Ом. Оно снижается при потоотделении, увлажнении, загрязнении кожи, при повышении напряжения и частоты тока, увеличении площади контакта с проводником и длительности протекания тока. Снижение сопротивления тела увеличивает опасность поражения током. На степень поражения влияют место контакта человека с электродом и путь тока. Наиболее опасны следующие пути тока: рука — рука, рука — нога, голова — нога, голова — рука. На исход поражения влияют пол и возраст человека. Женщины и дети более подвержены поражению, чем мужчины. Повышенной восприимчивостью к электрическому току обладают утомленные и больные люди, алкоголики, люди с нарушенной психикой.

Постоянный ток менее опасен, чем переменный. Пробои рогового слоя кожи в результате действия постоянного тока происходит при более высоком напряжении, чем при переменном токе частотой 50 Гц.

Опасно любое прикосновение к электроустановкам с напряжением более 42 В. Возникновение фибрилляции и остановка сердца происходят при продолжительности действия тока более 0,8 с или при совпадении времени прохождения тока со средней фазой кардиологического цикла, когда сердце находится в расслабленном состоянии. Эта фаза в общем периоде цикла занимает 0,2 с. Поэтому все отключающие устройства тока должны иметь время срабатывания менее 0,2 с.

При поражении электрическим током необходимо прежде всего сделать так, чтобы пострадавший не соприкасался с деталями, находящимися под напряжением, и затем оказать медицинскую помощь.

Пострадавшего необходимо отделить (отсоединить) от токоведущих частей или отключить от питающей сети ту часть элекгрообору дования, которой он касается. Оказывающий помощь должен обезопасить себя от попадания под напряжение.

Необходимо помнить, что смерть при поражении электрическим током часто бывает лишь кажущейся. Поэтому, если пострадавший находится в бессознательном состоянии и у него отсутствует дыхание и сердце не бьется, необходимо до прибытия врача делать ему искусственное дыхание и непрямой массаж сердца. Во всех других случаях надо оказать помощь от ожогов, травм (если они имеются) и до прибытия врача обеспечить пострадавшему полный покой.

Приступая к искусственному дыханию, необходимо: освободить пострадавшего от стесняющей его одежды, обеспечить доступ к нему свежего воздуха; удалить лишних людей; освободить рот потерпевшего от посторонних предметов; язык, если он запал глубоко, следует вытянуть, захватив носовым платком.

Искусственное дыхание делают следующим образом: кладут пострадавшего на пол спиной вверх лицом в сторону так, чтобы рот и нос не касались пола; руки его вытягивают вперед, голову слегка приподнимают, положив что-нибудь под нее. Затем надо встать на колени у бедра потерпевшего сбоку, лицом к его голове, положить обе ладони на нижние ребра, наклониться вперед так, чтобы всей тяжестью своего тела нажимать на нижние ребра пострадав шего в течение 3 с; затем снять ладони. Нажатие ладонями производится постепенно. Число нажатий должно соответствовать ритму естественного дыхания (12-14 раз в мин).

Контрольные вопросы 1. Какой ток называется ощутимым?

2. Каковы последствия неотпускающего и фибрилляционного токов?

3. Какие факторы определяют степень поражения током?

⇐Причины производственного травматизма | Электропоезда метрополитена | Правила безопасной работы с инструментами и приспособлениями⇒

Приводы на оперативном переменном токе

Страница 25 из 42

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для автоматического включения и отключения выключателей высокого напряжения в настоящее время применяются главным образом электромагнитные приводы постоянного тока. Однако приводы на оперативном переменном токе также пригодны для автоматического управления выключателями. Кроме того, при их применении отпадает необходимость в установке аккумуляторных батарей, уменьшаются размеры зданий распределительных устройств и облегчаются монтажные работы.

Применение приводов на оперативном переменном токе может быть осуществлено путем создания специальных приводов на оперативном переменном токе либо путем подачи питания электромагнитных приводов постоянного тока от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители или через ионные выпрямители с жидким катодом.

При современных, все возрастающих требованиях к бесперебойности эксплуатации большинство районных, сетевых, фабрично-заводских подстанций и распределительных пунктов имеют двух- или многостороннее питание, что обеспечивает достаточную надежность питания приводов к выключателям на переменном токе, в частности, путем перекрестного питания приводов от различных вводов.
Можно предполагать, что в дальнейшем область применения выключателей с приводами на оперативном переменном токе будет расширяться за счет вытеснения постоянного тока, а также за счет перевода выключателей с ручными приводами на автоматические дистанционные приводы.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРИВОДОВ НА ОПЕРАТИВНОМ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

а) Приводы однофазного тока.

В опубликованных материалах завода «Электроаппарат» было признано наиболее рациональным выполнение привода однофазного и трехфазного тока на базе наиболее массового электромагнитного привода постоянного тока.

Так в однофазном приводе (рис. 8-1), верхняя часть его, которая передает движение от силовой части электромагнита к валу выключателя через механизм со свободным расцеплением, взята от привода типа ПС-10.

Поскольку этот механизм взят от привода, зарекомендовавшего себя положительно в эксплуатации, то можно считать, что работа такого механизма с приводом на переменном токе может быть также вполне удовлетворительной.

Рис. 8-1. Общий вид привода однофазного переменного тока, выполненного на базе привода типа ПС-10.

Большой интерес представляет конструктивное оформление толкающего шихтованного сердечника 1, который набран из листовой трансформаторной стали и имеет ступенчатую форму.

Основой этого сердечника является сварной каркас из двух стальных полос толщиной 3 мм и стального вкладыша с резьбой под шток 2. Около каркаса располагаются пластины трансформаторной стали трех размеров (рис. 8-2) по числу ступеней. На рисунке видно, что жесткое соединение пластин с каркасом осуществлено с помощью трех стальных заклепок, расположенных вдоль оси сердечника. Одна заклепка проходит через вкладыш и состоит из двух половинок. Чтобы предотвратить выгибание наружных пластин сердечника при склепывании и в работе, поверх пакета пластин каждого размера помещены прижимные стальные планки. Неподвижные части магнитопровода остаются почти теми же, что и в приводе постоянного тока.

Рис. 8-2. Шихтованный сердечник, набранный из листовой трансформаторной стали.

В отличие от его исполнения в приводе постоянного тока кожух 3 (рис. 8-1) имеет продольный шлиц и отделен от кронштейна и основания привода изолирующими прокладками 4 и 5 во избежание образования короткозамкнутого витка. Сердечник привода имеет несколько больший диаметр по сравнению с таким у привода постоянного тока, поэтому основание 6 привода переменного тока и его механизм ручного включения 7 имеют несколько иную конструкцию и размеры при тех же габаритах. Обмотка привода 8 выполнена на гетинаксовом каркасе 9, который фиксирует ее относительно сердечника 1. Число витков обмотки в приводе переменного тока меньше, чем в приводе постоянного тока. Следовательно, удельные усилия, приходящиеся на один виток, в этом случае значительно выше. Для более надежного предохранения от деформаций обмотка катушки выполнена из ленточной меди, намотанной на ребро. При исследовании характеристик привода однофазного тока установлено, что тяговые усилия, потребляемый из сети ток и форма характеристики при одном и том же сечении магнитной цепи определяются не только числом витков обмотки включающего электромагнита, но и распределением их по длине обмотки.

Отсюда следует, что можно изменять форму тяговой характеристики за счет надлежащего распределения витков обмотки.

Применяя различные толщины межвитковой изоляции, можно легко осуществить неравномерное распределение витков по длине обмотки, если в этом будет необходимость. Из этого следует, что один и тот же привод однофазного тока можно применять для управления различными выключателями высокого напряжения в пределах прочности механизма привода.

б) Приводы трех фазного тока.

 Работы, проведенные на заводе «Электроаппарат», показали, что электромагнитный привод трехфазного тока удовлетворяет требованиям, предъявляемым к приводу выключателей высокого напряжения. Оказалось, что характеристики включения выключателей типов ВМБ-10, ВМГ-133, ВМ-16 и ВМ-22 приводом переменного тока, разработанным на заводе «Электроаппарат», вполне удовлетворительны, причем тяговые усилия электромагнитных приводов переменного тока могут изменяться в широких пределах путем изменения числа витков в обмотке, схемы соединения (звезда или треугольник), включением в цепь фазных обмоток регулировочного активного сопротивления и т. д. При этом мгновенное значение усилия на штоке сердечника есть величина постоянная и равна сумме средних значений усилий на каждом сердечнике привода.

Сравнительные испытания приводов трехфазного и однофазного тока показали, что характеристики приводов трехфазного тока при тех же тяговых усилиях значительно лучше характеристик приводов однофазного тока.
Токи включения привода переменного тока загружают сеть на промежуток времени, измеряемый десятыми долями секунды. Это обстоятельство позволяет использовать для питания приводов трансформаторы, полностью загруженные другими приемниками энергии. Привод трехфазного тока может быть снабжен встроенным блоком защиты, состоящим из реле максимального тока и минимального напряжения. Электромагнитный привод трехфазного переменного тока имеет следующие весьма существенные технико-экономические показатели по сравнению с другими приводами:

а)  Простота конструкции и изготовления. Механизм привода можно использовать от электромагнитного привода постоянного тока.
б)  Относительная дешевизна вместе с блоком защиты (для него не требуются специальные аккумуляторные батареи и специальные помещения).

в)  Небольшие габаритные размеры.
г)   Малое собственное время.

д)  Возможность простого регулирования тяговой характеристики в широких пределах.

В приводе трехфазного тока (рис. 8-3), как и в приводе однофазного тока, представляет интерес магнитная система, подвижная часть которой состоит из трех пакетов Г-образных пластин, набранных из трансформаторной стали и расположенных симметрично вокруг штока со сдвигом между горизонтальными осями на 120°.

Каркасом трехстержневого сердечника служат перевернутые П-образные стальные пластины, между которыми укладываются Г-образные пластины пакетов. Горизонтальная часть этих пластин в средней части изогнута, а вертикальная часть служит основанием смежных пакетов.
В трехфазном приводе, как и в однофазном приводе, крепление набранных пластин к пластинам каркаса производится посредством стальных заклепок, расположенных по вертикальной оси пакетов, а соединение пакетов сердечника со штоком 5 выполнено три помощи стального вкладыша 6 в виде трехгранной призмы с резьбой под шток. Для упрощения изготовления и повышения надежности каркас сердечника выполнен сварным.

На нижней части кронштейна привода 1 укреплена подвижная часть магнитопровода, выполненного в виде ленточного сердечника 2, вместе с тремя катушками 3, оси которых параллельны и смещены в горизонтальной плоскости относительно штока на угол 120°. Для опоры катушек и направления сердечника в средней части привода введена текстолитовая плита 4.

Рис. 8-3. Общий вид привода трехфазного тока на базе привода ПС-10.

В приводе применены встроенные реле минимального напряжения 10 и два максимального тока 11 аналогично тому, что выполняется в ручных автоматических приводах. Так как в этом приводе работа, производимая исполнительными органами реле, значительно меньше работы отключающих катушек привода постоянного тока, то механизм отключения переделан.

В механизме изменена форма серьги 7 и введена дополнительная собачка 8, которая удерживает своим зубом серьгу в этом положении. При действии штока реле минимального напряжения 10 или реле максимального тока 11 на хвост собачки 8 зуб ее освобождает серьгу 7, после чего механизм свободного расцепления складывается. Если по каким-либо причинам механизм свободного расцепления не сложится, то три дальнейшем движении штока реле хвост собачки упрется в серьгу 7 и заставит ее повернуться в сторону складывания механизма. Механизм реле минимального напряжения заводится при отключении привода заводным рычагом 13, который связан с тягой 14 и с рычагом 15 на валу 16.
Привод может включить выключатель, если на катушке 9 (реле минимального напряжения) будет необходимое напряжение, если же напряжение будет ниже необходимого для удержания сердечника, то как только заводной рычаг освободит релейный валик 12, сразу же произойдет отключение привода.

Во включенном положении привода заводной рычаг отведен от рычажка релейного валика, и защита может произвести отключение. Надлежащий выбор кинематической связи вала с заводным рычагом обеспечивает работу защиты и отключение привода на большой части хода. Как было указано, в привод могут быть встроены реле максимального тока 11, но они могут быть заменены вынесенным реле с нормально замкнутыми контактами, включенными в цепь катушки реле минимального напряжения. Кроме того, в этот привод могут быть встроены и реле с механической выдержкой времени.
Другая конструкция магнитной системы трехфазного привода была разработана на заводе «Уралэлектроаппарат» (по предложению инж. Е. С. Хейнштейна и др.). Эта система содержит два Ш-образных сердечника с катушками. Катушки крайних фаз соединены с перекрещиванием. Такое соединение позволило значительно увеличить тяговую силу привода, но конструктивно эта система отличается сложностью.

ГОСТ IEC 60477-2-2013 Меры сопротивления лабораторные. Часть 2. Меры сопротивления переменного тока лабораторные (с Поправкой), ГОСТ от 11 марта 2014 года №IEC 60477-2-2013

ГОСТ IEC 60477-2-2013

МКС 17.220.20*
_______________
* В ИУС 10-2014 ГОСТ IEC 60477-2-2013 приводится с ОКС 17.220.20, 31.040.10. —
Примечание изготовителя базы данных.

Дата введения 2015-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации» (ОАО «ВНИИС») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 сентября 2013 г. N 59-П)

За принятие проголосовали:

(Поправка. ИУС N 7-2019).

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 марта 2014 г. N 131-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60477-2-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2015 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 60477-2:1979* + А1:1997 «Меры сопротивления лабораторные. Часть 2. Меры сопротивления переменного тока лабораторные» («Laboratory resistors — Part 2: Laboratory a.c. resistors», IDT).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

Международный стандарт разработан подкомитетом 13B технического комитета МЭК/ТК 13 «Электрическое измерительное оборудование»

6 Настоящий межгосударственный стандарт взаимосвязан с техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования», принятым Комиссией Таможенного союза 16 августа 2011 г. N ТР ТС 004/2011, и реализует его существенные требования безопасности.

Соответствие взаимосвязанному межгосударственному стандарту обеспечивает выполнение существенных требований безопасности технического регламента

7 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

8 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 7, 2019 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения

Настоящий стандарт применяют совместно с IEC 60477 «Резисторы постоянного тока лабораторные».

1.1 Настоящий стандарт распространяется на лабораторные меры электрического сопротивления переменного тока, предназначенные для использования в диапазоне частот от нуля (постоянный ток) до 100 кГц (далее — меры сопротивления переменного тока).

1.2 Кроме того, для соответствия требованиям IEC 60477 меры сопротивления, отвечающие требованиям настоящего стандарта, проектируют таким образом, чтобы они обладали минимальным отклонением сопротивления и небольшим сдвигом фаз в установленном диапазоне частот.

1.3 Из-за неопределенности свойств, которые могут возникнуть при переменном токе по причине паразитных индуктивностей и емкостей, вихревых токов и диэлектрических потерь, меры сопротивления переменного тока, на которые распространяется настоящий стандарт, классифицируют согласно их конструкции следующим образом:

1.3.1 В зависимости от числа основных выводов по одному из следующих типов:

a) меры сопротивления, имеющие пару выводов в каждой точке соединения;

b) меры сопротивления, имеющие один вывод в каждой точке соединения.

1.3.2 В зависимости от способа защиты от внешних электрических полей по одному из следующих типов:

a) меры сопротивления, не имеющие электрического экрана*;
________________
* Свойства неэкранированной меры сопротивления переменного тока зависят от паразитных емкостей, которые имеются в мере сопротивления. Условия испытаний могут таким образом значительно воздействовать на ее свойства на переменном токе. В 4.5.6 установлены условия испытаний относительно электрического экранирования.

b) меры сопротивления, имеющие электрический экран, который постоянно присоединен к одной из точек соединения;

c) меры сопротивления, имеющие электрический экран, который не присоединен к выводам меры сопротивления, но снабжен специальным выводом, называемым «вывод защиты».

1.4 В настоящем стандарте под переменным напряжением и током подразумеваются напряжение и ток, изменяющиеся в целом по синусоидальному закону.

Примечание — Общая информация о мерах сопротивления переменного тока содержится в приложениях В и С.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 представление свойств меры сопротивления переменного тока (representation of the a.c. properties of a resistor): Меры сопротивления переменного тока имеют следующие характеристики:

2.1.1 эквивалентное сопротивление переменному току при последовательном подключении с эквивалентной индуктивностью или

2.1.2 эквивалентное сопротивление переменному току при параллельном подключении с эквивалентной емкостью .

2.2 эквивалентное сопротивление переменному току (equivalent а.с. resistance): Значение сопротивления ( или ), которое является активной составляющей сопротивления меры сопротивления (см. 2.1).

2.3 постоянная времени (time constant): Постоянная времени обозначается и определяется как:

2.3.1 / или

2.3.2 , имеющее положительное значение (см. приложение С).

Примечания

1 Единица измерения постоянной времени — секунда, измеряется в генри, и — в омах, — в фарадах.

2 При определении постоянной времени вместо эквивалентного сопротивления переменному току может быть использовано сопротивление постоянному току.

3 Сдвиг фаз между током, протекающим через меру сопротивления, и приложенным к нему напряжением определяется величиной постоянной времени / (ток отстает от напряжения) или (ток опережает напряжение), если и имеют положительные значения.

4 Для случаев, когда простое представление будет причиной предположительно отрицательной постоянной времени (см. С.2 приложения С), постоянная времени не используется, а вместо этого устанавливается реактивная составляющая.

2.4 индекс постоянной времени (time constant index): Величина, которая указывает допустимый верхний предел постоянной времени нескольких мер сопротивления, каждая из которых обозначается той же величиной и соответствует требованиям настоящего стандарта, касающимся постоянной времени. Индекс постоянной времени выражают в секундах с соответствующими приставками Международной системы единиц (СИ).

2.5 отклонение сопротивления в зависимости от частоты (variation due to frequency): Разность между эквивалентным сопротивлением переменному току при фиксированной частоте и сопротивлением постоянному току. Отклонение сопротивления в зависимости от частоты выражают в процентах (%) или в миллионных долях (млн) сопротивления постоянному току.

2.6 верхний предел номинального диапазона частоты (upper limit of the nominal range of use for frequency): Заданная частота, до которой отклонение сопротивления в зависимости от частоты не превышает допустимую основную погрешность сопротивления постоянному току, соответствующую обозначению класса сопротивления постоянному току (см. IEC 60477).

2.7 индекс частоты (frequency index): Величина, которая указывает верхний предел номинального диапазона частоты, выраженная в килогерцах (см. таблицу 1).

3 Определение параметров мер сопротивления

Меры сопротивления переменного тока, соответствующие настоящему стандарту, характеризуются в зависимости от:

3.1 классов, относящихся к их точности по постоянному току в соответствии с IEC 60477;

3.2 индексов постоянной времени в соответствии с 4.1.2 и

3.3 индексов частоты в соответствии с 5.2.

4 Общие требования

4.1 Сопротивление постоянному току, сопротивление переменному току и постоянная времени

4.1.1 Характеристики мер сопротивления постоянного тока должны соответствовать IEC 60477.

Примечание — Сопротивление переменному току обычно считают эквивалентным последовательным соединением с сопротивлением для мер сопротивления до 100 Ом и эквивалентным параллельным соединением для мер сопротивления свыше 100 Ом.

4.1.2 Постоянная времени в точках присоединения мер сопротивления переменного тока не должна превышать соответствующего значения индекса постоянной времени, выбранного из ряда: 1 нс, 2 нс, 5 нс, 10 нс,…, 100 мкс.

Примечание — Значение постоянной времени заданной меры сопротивления зависит от частоты, на которой она измерена. Однако целью при этом является классификация мер сопротивления без обеспечения точного значения постоянной времени, и измерения на частоте 1 кГц (или ниже) являются соответствующими.

4.2 Многозначные меры сопротивления

4.2.1 Многозначные меры сопротивления, исключая многодекадные меры сопротивления, могут иметь различный индекс постоянной времени для каждого выбранного значения.

4.2.2 Для многозначных мер сопротивления, в которых наименьшее выбираемое значение сопротивления условно равно нулю, изготовитель должен установить значение остаточного сопротивления в этих условиях.

4.3 Многодекадные меры сопротивления

Многодекадные меры сопротивления должны иметь один индекс постоянной времени для всех выбранных значений на каждой декаде, используемой отдельно. Некоторые декады могут иметь различный индекс постоянной времени.

Индекс постоянной времени заданной декады должен также применяться при любой настройке декады, когда эта декада используется совместно с любой настройкой любой декады (декад) ниже ее значения.

4.4 Соединительные провода

4.4.1 Для меры сопротивления, имеющей пару выводов для каждой точки соединения, должны быть сделаны отдельные соединения токовых цепей и потенциалов, если изготовителем не установлены другие условия. Взаимные индуктивности между проводами ввода и вывода тока и между каждым из этих проводов и мерой сопротивления должны быть сведены к минимуму.

4.4.2 Провода, присоединяемые к мере сопротивления, имеющей один вывод для каждой точки соединения, должны быть размещены таким образом, чтобы обеспечить минимум их индуктивности.

Примечание — Это особенно важно для мер сопротивления с сопротивлением, не превышающим 10 Ом.

4.4.3 Провода, присоединяемые к мере сопротивления, не должны значительно изменять эквивалентную параллельную емкость, при необходимости это обеспечивается электростатическим экраном для каждого провода и использованием соответствующей измерительной цепи.

Примечание — Изменение емкости зависит от значений сопротивления и постоянной времени.

4.5 Условия определения характеристик на постоянном и переменном токах

4.5.1 Все испытания характеристик на постоянном токе должны быть проведены в соответствии с IEC 60477.

Примечание — На низких частотах погрешность характеристик меры сопротивления переменного тока по существу такая же, как и погрешность при постоянном токе. На высоких частотах допустимо дополнительное отклонение в соответствии с 5.1.

4.5.2 Все испытания характеристик на переменном токе должны быть проведены в нормальных условиях, установленных в IEC 60477.

4.5.3 Постоянная времени меры сопротивления переменного тока должна быть измерена на частоте 1 кГц или на частоте, соответствующей ее индексу частоты, если последний ниже (см. раздел 5).

4.5.4 Остаточная индуктивность меры сопротивления переменного тока (см. 4.2.2) должна быть измерена при нормальном применении меры сопротивления на частоте 1 кГц или на частоте, соответствующей ее индексу частоты, если последний ниже (см. раздел 5).

4.5.5 Мера сопротивления, имеющая электрический экран [см. 1.3.2, перечисления b) и с)], должна быть испытана с подключенным экраном, как заявлено изготовителем.

4.5.6 Мера сопротивления, не имеющая электрического экрана [см. 1.3.2, перечисление а)], должна быть испытана в заземленной проводящей камере в соответствии с тем, как заявлено изготовителем. Если условия испытаний в камере не заданы, мера сопротивления должна быть испытана в заземленной проводящей камере, отделенной от поверхности меры сопротивления на 10-20 мм в любой точке.

4.5.7 Любые другие необходимые условия должны быть установлены изготовителем.

4.5.8 При необходимости особенности метода испытаний должны быть согласованы между изготовителем и потребителем.

5 Допустимые отклонения

Изменения воздействующих величин свыше номинального диапазона, установленные в IEC 60477, не вызовут никакого значительного влияния на характеристики меры сопротивления переменного тока. Требования, касающиеся отклонения характеристик на переменном токе, отличные от тех, которые зависят от частоты, не включены в настоящий стандарт.

5.1 Если мера сопротивления переменного тока функционирует в нормальных условиях, установленных в IEC 60477, отклонение эквивалентного сопротивления переменному току в зависимости от частоты для любой частоты номинального диапазона не должно превышать допустимую погрешность внутреннего сопротивления постоянному току, соответствующую обозначению класса сопротивления (постоянному току).

5.2 Верхний предел номинального диапазона частоты определяется с помощью индекса частоты по таблице 1.

Таблица 1 — Верхний предел номинального диапазона частоты как функция индекса частоты

5.3 Многозначные меры сопротивления, кроме многодекадных мер сопротивления, могут иметь различный индекс частоты для каждого выбранного значения.

5.4 Многодекадные меры сопротивления должны иметь один индекс частоты для всех выбранных значений каждой декады, используемой отдельно. Некоторые декады могут иметь различный индекс частоты. Индекс частоты заданной декады должен применяться, когда эта декада используется совместно с любой декадой (декадами) ниже ее значения.

5.5 В зависимости от частоты рассматривают следующие условия для определения отклонения сопротивления:

5.5.1 Соединительные провода должны быть размещены в соответствии с 4.4.

5.5.2 При необходимости особенности метода испытаний должны быть согласованы между изготовителем и потребителем.

6 Дополнительные требования к электрическим и механическим параметрам

6.1 Меры сопротивления переменного тока должны соответствовать дополнительным требованиям к электрическим и механическим параметрам, установленным в IEC 60477.

6.2 Изготовитель должен указать метод(ы) присоединения экрана при его наличии.

6.3 При необходимости (см. примечание к 4.1.1) изготовитель должен установить, задаются ли характеристики, относящиеся к эквивалентной последовательной модели (см. 2.1.1) или эквивалентной параллельной модели (см. 2.1.2).

7 Маркировка и символы

Примеры маркировки приведены в приложении А.

7.1 В дополнение к маркировке, установленной IEC 60477 (за исключением 7.4), меры сопротивления переменного тока должны также иметь маркировку, содержащую индексы постоянной времени и частоты.

7.1.1 Индекс постоянной времени наносят, используя соответствующее значение, выбранное из ряда значений, приведенных в 4.1.2.

7.1.2 Индекс частоты наносят, используя соответствующее значение, выбранное по таблице 1 и выраженное в килогерцах.

7.2 Для многозначной меры сопротивления, у которой значение самого низкого выбранного сопротивления является номинально нулевым, должно быть промаркировано значение остаточной индуктивности.

7.3 Маркировка, указанная в 7.1.1 и 7.1.2, должна быть нанесена на табличку или оболочку и должна следовать за маркировкой для класса точности (постоянный ток), как указано в IEC 60477, в той же строке или в последующих строках в последовательности, приведенной выше.

Маркировка, указанная в 7.2, должна быть нанесена на табличку или оболочку и должна следовать за маркировкой значения остаточной индуктивности, как указано в IEC 60477.

7.4 Вместо маркировки «Лабораторная мера сопротивления переменного тока» (см. пункт 8.2.1 IEC 60477) на меры сопротивления переменного тока следует наносить маркировку «Лабораторная мера сопротивления постоянного/переменного тока». Маркировку приводят на любом языке.

Приложение А (справочное). Примеры маркировки

Приложение А
(справочное)

А.1 Пример маркировки для однозначной меры сопротивления

Рисунок 1 — Пример маркировки для однозначной меры сопротивления

Маркировка указывает, что индекс постоянной времени равен 100 нс. Это означает, что постоянная времени, измеренная на частоте 1 кГц, не превышает 100 нс. Значение постоянной времени не будет значительно изменяться в пределах номинального диапазона частоты.

Также индекс частоты равен 10. Это указывает на то, что отклонение эквивалентного сопротивления переменному току на любой частоте между постоянным током и 10 кГц не превысит 0,002% номинального значения.

Для других маркировок см. IEC 60477.

А.2 Пример маркировки для пятидекадной меры сопротивления

Рисунок 2 — Пример маркировки для пятидекадной меры сопротивления

Маркировка указывает, что остаточная индуктивность (со всеми установленными на нуль декадами) равна 12 мкГн.

Значения, заданные в наносекундах и микросекундах, указывают, что постоянная времени не превышает 100 мкс на любой частоте до 100 Гц на декаде 0,1 Ом, 10 мкс до 200 Гц на декаде 1 Ом, 1 мкс до 5 кГц на декаде 10 Ом и 100 нс до 10 кГц на других декадах.

Так как постоянная времени не изменяется значительно в пределах номинального диапазона частоты, ее измеряют на частоте 1 кГц или на частотах, соответствующих индексу частоты, если он ниже (см. примечание к 4.1.2).

Числа, стоящие перед единицей измерения килогерц (кГц), являются индексами частоты. Они указывают на то, что отклонение эквивалентного сопротивления переменному току каждой декады на любой частоте между постоянным током и соответствующим верхним пределом номинального диапазона частоты (определяемым соответствующим индексом частоты) не превысит погрешности, соответствующей необходимому обозначению класса сопротивления постоянному току.

Числа, стоящие перед единицами измерения наносекунда (микросекунда) (нс, мкс) и килогерц (кГц), для любой декады обозначают, что указанные параметры будут получены независимо от того, какие декады находятся в использовании, хотя они меньше по значению.

Другие маркировки см. в IEC 60477.

Приложение В (справочное). Общие сведения о лабораторных мерах сопротивления переменного тока

Приложение В
(справочное)

Настоящий стандарт на меры сопротивления переменного тока был подготовлен с целью расширить требования IEC 60477, применяемого к мерам сопротивления, предназначенным для использования на переменном токе так же, как и на постоянном.

Меры сопротивления переменного тока в дополнение к расширению диапазона значений, например от десятка миллиом до мегаом, разработаны для значительно отличающихся друг от друга диапазонов частот. Некоторые меры сопротивления могут применяться только на частотах 50 или 60 Гц, в то время как остальные используются в качестве лабораторных мер сопротивления на нижних радиочастотах. Настоящий стандарт устанавливает верхний предел частоты, равный 100 кГц, с учетом требований для различного применения.

Несмотря на то что стандарт прост в применении, меры сопротивления переменного тока имеют свойства, которые трудноразличимы и сложны по характеру. Для использования в качестве критерия оценки меры сопротивления переменного тока самая информативная характеристика — частота, до которой она будет функционировать как мера сопротивления при соответствующих сопротивлении и фазовом угле. С применением частоты как основного параметра для классификации мер сопротивления переменного тока появилась возможность подготовить стандарт, который будет востребованным и простым в применении.

Фазовый угол — величина, которая является наиболее удобной и подходящей для определения постоянной времени, так как она не зависит или несущественно зависит от частоты.

Меры сопротивления переменного тока разделяют на три категории в соответствии с их значениями, как показано ниже. Однако настоящий стандарт не требует разделения. Достаточно установить особенности и условия, которые являются необходимыми и достаточными.

Категория А

Нижние значения сопротивления менее 100 Ом. Преобладает влияние индуктивности и вихревых токов.

Категория В

Промежуточные значения сопротивления между категориями А и С. Значительными будут влияния, относящиеся к категориям А и С.

Категория С

Верхние значения сопротивления более 1000 Ом. Как правило, преобладает влияние емкости.

Меры сопротивления категории А могут иметь одну или две пары выводов, так как это необходимо для получения наименьших неопределенностей индуктивности и сопротивления.

Меры сопротивления категории В могут быть разработаны таким образом, чтобы неопределенности индуктивности и емкости, появляющиеся от соединения проводов, были незначительными.

Меры сопротивления категории С так же, как и меры сопротивления категории В большого номинала должны быть экранированы, если требуется высокая точность постоянной времени.

Для наивысшей точности постоянной времени при значении сопротивления более 1 кОм необходим экран, который является независимым от резистивного элемента, а меры сопротивления могут быть использованы только в цепях, которые совместимы с приборами, имеющими три вывода.

Для каждой меры сопротивления, соответствующей настоящему стандарту, степень, для которой параметры на переменном токе являются значительными, будет связана с их индексами постоянной времени и частоты.

Приложение С (справочное). Эквивалентные цепи меры сопротивления переменного тока

Приложение С
(справочное)

С.1 Несмотря на то, что точная эквивалентная цепь меры сопротивления переменного тока может не быть эффективной или даже достижимой, для соответствующего представления меры сопротивления всегда могут быть использованы цепи, которые образованы сочетанием резистивных, емкостных и индуктивных элементов. Подобным образом график значений реальных и мнимых компонентов меры сопротивления в зависимости от частоты может быть использован для выражения характеристик на переменном токе. Для целей настоящего стандарта используют простое определение свойств на переменном токе, которое является не таким полным, как при других методах.

С.2 На заданной частоте любая мера сопротивления может быть определена или как индуктивность, соединенная с сопротивлением последовательно (последовательное представление), или как емкость, соединенная с сопротивлением параллельно (параллельное представление).

Эти два случая могут быть выражены следующим образом:

a) ;

b) ,

где — напряжение, возникающее на приборе при протекании тока ;

— эквивалентное последовательное сопротивление;

— эквивалентное параллельное сопротивление;

— эквивалентная последовательная индуктивность;

— эквивалентная параллельная емкость.

На любой конкретной частоте для описания свойств меры сопротивления и имитации влияния этой частоты может быть использовано последовательное или параллельное представление. Для любой конкретной меры сопротивления, представление которой имеет положительную реактивную составляющую, создают модель, которая является точной для установленной частоты и достаточно хорошим приближением в используемом диапазоне частот. За исключением редких случаев, остальные представления неосуществимы физически и обеспечивают модель цепи, действительную только для установленной частоты, имеющей отрицательную реактивную составляющую или индуктивность (последовательное представление), или емкость (параллельное представление). В последних моделях значение или имеет значительное отклонение в зависимости от частоты. Обычно последовательная модель наиболее точно представляет низкоомную меру сопротивления, а параллельная модель — высокоомную меру сопротивления.

С.3 Третья характеристика меры сопротивления переменного тока также общеупотребительна. Это определяет такие характеристики меры сопротивления переменного тока, как и , сопротивление и постоянная времени соответственно, но не создает простую модель цепи, как показано в С.2. Значения и незначительно подвержены влиянию частоты во всем диапазоне частот, в котором используется мера сопротивления.

Приведенные характеристики являются эквивалентными для заданной частоты (см. С.2). Они взаимоувязаны в следующих независимых формулах:

c) ;

d) или

e) .

Поскольку для данной меры сопротивления на заданной частоте значения и будут иметь противоположные знаки, то значение постоянной времени , рассчитанной по перечислениям d) и е), будут также иметь противоположные знаки, но одинаковые значения. Из этих двух результатов выбирают значение с положительным знаком. Постоянная времени должна иметь вещественное значение для анализа переходных процессов, поэтому постоянная времени не может иметь отрицательного значения для физически реализуемых пассивных элементов.

Если необходимо подключить к сети две или более меры сопротивления и при этом результирующий режим работы будет затруднен, следует обратиться к теории электрических цепей для определения приблизительной результирующей постоянной времени.

С.4 Полное сопротивление равно:

,

а его модуль равен:

для последовательного и параллельного соединений соответственно.

С.5 Полная проводимость равна:

,

а ее модуль равен:

.

С.6 Если для меры сопротивления предусмотрены отдельные токовый вывод и вывод потенциала, применяют также выражение, приведенное в С.2, где является разностью между выводами потенциала в результате протекания тока/между токовыми выводами.

С.7 Если мера сопротивления имеет электрический экран, присоединенный к отдельному выводу [защитному выводу, см. 1.3.2, перечисление с], то он может быть представлен на заданной частоте эквивалентной схемой соединения треугольником, состоящей из трех полных сопротивлений (или трех полных проводимостей), одно из которых присоединено между парой основных выводов и одно между каждым основным выводом и защитным выводом. К ожидаемым характеристикам меры сопротивления переменного тока относят полное сопротивление (или полную проводимость), подключенное между двумя основными выводами. Это представление отражает характеристики меры сопротивления без учета влияния полных сопротивлений (или полных проводимостей), связанных с защитным выводом.

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена
АО «Кодекс»

Переменный ток | Инжиниринг | Fandom

Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока, где направление тока остается постоянным. Обычная форма сигнала в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна, так как это обеспечивает наиболее эффективную передачу энергии. Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, например треугольные или прямоугольные.

В общем, AC относится к форме, в которой электричество доставляется на предприятия и в жилые дома. Однако аудио и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

Уильям Стэнли-младший разработал одну из первых практических катушек для выработки переменного тока. Его конструкция была ранним предшественником современного трансформатора, названного индукционной катушкой.С 1881 по 1889 год система, используемая сегодня, была разработана Николя Тесла, Джорджем Вестингаузом, Люсьеном Голларом, Джоном Гиббсом и Оливером Шалленджером. Эти системы преодолели ограничения, накладываемые использованием постоянного тока, как это было обнаружено в системе, которую Томас Эдисон впервые использовал для коммерческого распределения электроэнергии.

Первая передача переменного тока на большие расстояния произошла в 1891 году недалеко от Теллурида, штат Колорадо, а через несколько месяцев в Германии. Томас Эдисон решительно выступал за использование постоянного тока (DC), имея множество патентов на эту технологию, но в конечном итоге переменный ток стал широко использоваться (см. «Война токов»).Чарльз Протеус Стейнмец из General Electric решил многие проблемы, связанные с производством и передачей электроэнергии с использованием переменного тока.

Распределение и бытовое электроснабжение [править | править источник]

Основная статья: Распределение электроэнергии

Напряжение переменного тока может повышаться или понижаться трансформатором до другого напряжения. Высоковольтные системы передачи электроэнергии постоянного тока контрастируют с более распространенными системами переменного тока как средства массовой передачи электроэнергии.Однако они, как правило, более дорогие и менее эффективные, чем трансформаторы, или не существовали, когда Эдисон, Вестингауз и Тесла проектировали свои системы питания.

Использование более высокого напряжения приводит к более эффективной передаче энергии. Потери мощности в проводнике являются произведением квадрата силы тока и сопротивления проводника, описываемого формулой. Это означает, что при передаче фиксированной мощности по данному проводу, если ток удвоится, потери мощности будут в четыре раза больше.Поскольку передаваемая мощность равна произведению тока, напряжения и косинуса разности фаз φ (), то же количество мощности может передаваться с меньшим током за счет увеличения напряжения. Поэтому при передаче большого количества энергии выгодно распределять мощность с помощью чрезвычайно высоких напряжений (иногда до сотен киловольт). Однако высокое напряжение также имеет недостатки, основными из которых являются повышенная опасность для любого, кто с ними соприкасается, требуется дополнительная изоляция и, как правило, повышенная сложность безопасного обращения с ними.На электростанции напряжение генерируется на трехфазном низком напряжении с частотой 50 или 60 Гц, повышается до высокого напряжения для распределения и понижается с нейтралью до относительно низкого уровня для потребителя. обычно от 200 до 500 В между фазами и от 100 до 250 В между каждой фазой и нейтралью.

Трехфазное производство электроэнергии очень распространено и является более эффективным использованием коммерческих генераторов. Электрическая энергия вырабатывается вращением катушки внутри магнитного поля в больших генераторах с высокими капитальными затратами.Однако относительно просто и экономично включить в статор генератора три отдельные катушки (вместо одной). Эти наборы катушек физически разделены и расположены под углом 120 ° друг к другу. Формируются три формы волны тока, которые не совпадают по фазе на 120 ° друг с другом, но имеют одинаковую величину.

Трехфазные системы спроектированы таким образом, что они сбалансированы по нагрузке; если нагрузка правильно сбалансирована, в нейтральной точке не будет протекать ток. Кроме того, даже в наихудшем случае несимметричной (линейной) нагрузки ток нейтрали не будет превышать наибольший из фазных токов.Для трехфазных при низких (нормальных сетевых) напряжениях обычно используется четырехпроводная система, подобная этой, что снижает требования к кабелям на одну треть по сравнению с использованием отдельной нейтрали для каждой фазы. При понижении трехфазного тока часто используется трансформатор с треугольником первичной обмотки и вторичной звездой, поэтому нет необходимости в нейтрали на стороне питания.

Для небольших клиентов (размер зависит от страны и возраста установки) только одна фаза и нейтраль или две фазы и нейтраль передаются в собственность.Для более крупных установок все три фазы и нейтраль выведены на главную плату. От трехфазной основной платы могут выводиться как однофазные, так и трехфазные цепи (а в некоторых случаях также выводятся цепи с двумя фазами (не путать с двухфазными) и нейтралью).

Трехпроводные однофазные системы с одним трансформатором с центральным отводом, обеспечивающим два токоведущих провода, являются распространенной схемой распределения для жилых и небольших коммерческих зданий в Северной Америке. Подобный метод используется на строительных площадках в Великобритании по другой причине.Электроинструменты и освещение малой мощности должны питаться от местного трансформатора с центральным ответвлением с напряжением 55 В между каждым силовым проводом и землей. Это значительно снижает риск поражения электрическим током в случае, если один из токоведущих проводов станет оголенным из-за неисправности оборудования, при этом сохраняя приемлемое напряжение для работы инструментов.

Третий провод обычно (должен быть всегда , но есть много старых, несовместимых или сторонних установок, где это не так) подключен между отдельными электрическими приборами в доме и основным потребительским блоком или распределительным щитом .Третий провод известен в Великобритании и большинстве других англоязычных стран как провод заземления , но в (англоговорящей) Северной Америке это провод заземления . То, что происходит с заземляющим проводом перед основной платой, меняется, но есть три основных возможности, которые перечислены здесь под их европейскими названиями:

• TT (земля потребителя вообще не подключена к нейтрали)
• TN-S (нейтраль и земля отдельно от нейтрали трансформатора)
• TN-C-S (нейтраль и земля соединены на входе).

Существует также TN-C, где нейтраль и земля соединяются прямо во время установки, но это гораздо менее распространено, чем другие, и требует специальных процедур для обеспечения безопасности.

Система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае замыкания на землю любой части системы предохранитель или прерыватель какой-либо формы сделали систему безопасной. В системе TT высокое сопротивление контура заземления означает, что необходимо использовать устройство защитного отключения (УЗО). В других системах заземления это может быть покрыто обычными устройствами защиты от перегрузки по току.УЗО все еще можно использовать в таких системах, поскольку они могут защитить от небольших замыканий на землю, например, через человека.

Частоты питания переменного тока по странам [править | править источник]

Электрооборудование изготавливается производителем для использования на определенной частоте, как правило, 50 или 60 Гц или для обеих частот. Если указано для одной частоты, это оборудование не может и не должно использоваться на другой частоте из-за возгорания и, следовательно, причин пожара.

Частота электросети зависит от страны; большая часть электроэнергии вырабатывается с частотой 50 или 60 Гц.Страны с частотой 60 герц: Американское Самоа, Антигуа и Барбуда, Аруба, Багамы, Белиз, Бермуды, Канада, Каймановы острова, Колумбия, Коста-Рика, Куба, Доминиканская Республика, Сальвадор, Французская Полинезия, Гуам, Гватемала, Гайана, Гаити, Гондурас, Южная Корея, Маршалловы острова, Мексика, Микронезия, Монтсеррат, Никарагуа, Северные Марианские острова, Палау, Панама, Перу, Филиппины, Пуэрто-Рико, Сент-Китс и Невис, Суринам, Тайвань, Тринидад и Тобаго, Острова Теркс и Кайкос, Соединенные Штаты. Штаты, Венесуэла, Виргинские острова (U.С.), Остров Уэйк. _[1]

В следующих странах используются источники питания с частотой 50 и 60 Гц: Бахрейн, Бразилия (в основном 60 Гц), Япония (60 Гц используется в западных префектурах), Либерия (теперь официально 50 Гц, ранее 60 Гц. и многие независимые электростанции с частотой 60 Гц все еще существуют). _[2]

См. Также Список стран, в которых есть вилки сетевого питания, напряжение и частота.

В очень ранних схемах генерации переменного тока использовались произвольные частоты, основанные на удобстве конструкции парового двигателя, водяной турбины и генератора, поскольку частота не была критичной для ламп накаливания.В различных системах использовались частоты от 16 2/3 Гц до 133 Гц, при этом более низкие частоты были предпочтительны там, где нагрузки в основном состоят из двигателей, а более высокие частоты предпочитались для уменьшения мерцания освещения. Например, в городе Ковентри, Англия, в 1895 году была уникальная однофазная распределительная система с частотой 87 Гц, которая использовалась до 1906. Когда асинхронные двигатели стали обычным явлением, стало важно стандартизировать частоту для совместимости с оборудованием заказчика. Стандартизация на одной частоте позже также позволила объединить генерирующие установки в сеть для экономии и безопасности работы.

Принято считать, что Никола Тесла выбрал 60 герц как самую низкую частоту, при которой уличное освещение не мерцает заметно. Происхождение частоты 50 Гц, используемой в других частях мира, открыто для обсуждения, но, вероятно, это округление 60 Гц до структуры 1-2-5-10, называемой набором предпочтительных чисел, популярным в метрической системе. стандарты.

Другие частоты были довольно распространены в первой половине 20-го века и используются в отдельных случаях сегодня, часто привязанные к системе 60 Гц через вращающийся преобразователь или статический преобразователь частоты инвертора.Электроэнергия 25 Гц использовалась в Онтарио, Квебеке, на севере США, а также для электрификации железных дорог. В 1950-х годах большая часть этой электрической системы, от генераторов до бытовых приборов, была преобразована и стандартизирована на 60 Гц. Около 25 Гц генераторы все еще существуют на электростанциях Beck 1 и Rankine около Ниагарского водопада для обеспечения энергией крупных промышленных потребителей, которые не хотели заменять существующее оборудование; и около 25 Гц двигателей в насосах для паводков Нового Орлеана [3]. Низкая частота упрощает конструкцию низкоскоростных электродвигателей, особенно для подъемных, дробильных и прокатных систем, а также тяговых электродвигателей коллекторного типа для таких применений, как железные дороги, но также вызывает заметное мерцание при освещении лампами накаливания и нежелательное мерцание люминесцентных ламп.Мощность 16,67 Гц (1/3 частоты сети) все еще используется в некоторых европейских железнодорожных системах, например, в Швеции и Швейцарии.

В оффшорной, текстильной, морской, компьютерной, авиационной и космической отраслях иногда используется частота 400 Гц, что позволяет снизить вес устройства или увеличить скорость двигателя.

Приборы с питанием от переменного тока могут издавать характерный гул на частотах, кратных используемым ими переменным токам. Большинство стран выбрали свой телевизионный стандарт, соответствующий (или, по крайней мере, приблизительно) частоте их электросети.Это помогает предотвратить появление нефильтрованного шума линии электропередач и магнитных помех, вызывающих видимые частоты биений на отображаемом изображении.

Математика переменного напряжения [править | править источник]

Синусоидальная волна, 360 градусов за один цикл

Переменные токи обычно связаны с переменными напряжениями. Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения:

где

A — это амплитуда в вольтах (также называемая пиковым напряжением ),

ω — угловая частота в радианах в секунду, а

t — время в секундах.

Поскольку угловая частота представляет больший интерес для математиков, чем для инженеров, ее обычно переписывают так:

где

f — частота в герцах.

Размах напряжения переменного тока определяется как разница между его положительным пиком и отрицательным пиком. Поскольку максимальное значение sin ( x ) равно +1, а минимальное значение — -1, напряжение переменного тока колеблется от + A до — A .Размах напряжения, записанный как В _P-P , следовательно, составляет (+ A ) — (- A ) = 2 × A .

В распределительной сети напряжение переменного тока почти всегда задается как среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение), записанное в формате В _{действующее значение} .

Для информации в Великобритании используется питание 240 В переменного тока (следует отметить, что в настоящее время в Великобритании официально составляет 230 В + 10% –6%, но на самом деле в большинстве случаев напряжения все еще ближе к 240 В, чем 230 В).Он так называется, потому что его действующее значение составляет (по крайней мере номинально) 240 В. Это означает, что он имеет такой же эффект нагрева, что и 240 В постоянного тока.

Европейский Союз (включая Великобританию) официально согласовал поставку 230 В, 50 Гц. Однако они сделали диапазоны допусков очень широкими — ± 10%. Некоторые страны фактически устанавливают более строгие стандарты, чем этот, например, Великобритания устанавливает 230 В + 10% -6%. Таким образом, большинство расходных материалов по старым стандартам соответствуют новым и не нуждаются в замене.

• « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
• « AC-DC: внутри генератора переменного тока ». Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
• Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим схемам: Том II — AC ». 8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
• Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
• « Переменный ток (AC) «.Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
• « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
• Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
• « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
• « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ». Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
• Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «. JC Physics, 2002.

.

• « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
• Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
• « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
• Экскурсия профессора Марка Челе по электростанции Ренкина 25 Гц
• 50/60 Гц, информация
• Цепи переменного тока Анимация и пояснения векторного (векторного) представления цепей RLC

15.S: Цепи переменного тока (Резюме) — Physics LibreTexts

Ключевые термины

Уравнение

Ключевые уравнения

Резюме

15.2 источника переменного тока

• Постоянный ток (dc) относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
• Переменный ток (ac) относится к системам, в которых напряжение источника периодически изменяется, особенно синусоидально.
• Источник напряжения системы переменного тока выдает напряжение, которое рассчитывается по времени, пиковому напряжению и угловой частоте.
• В простой схеме ток определяется делением напряжения на сопротивление.Переменный ток рассчитывается с использованием пикового тока (определяемого делением пикового напряжения на сопротивление), угловой частоты и времени.

15,3 Простые цепи переменного тока

• Для резисторов сквозной ток и напряжение совпадают по фазе.
• Что касается конденсаторов, мы обнаруживаем, что когда на конденсатор подается синусоидальное напряжение, напряжение следует за током на одну четверть цикла. Поскольку конденсатор может останавливать ток при полной зарядке, он ограничивает ток и предлагает другую форму сопротивления переменному току, называемую емкостным реактивным сопротивлением, которое измеряется в омах.
• Для катушек индуктивности в цепях переменного тока мы обнаруживаем, что когда на индуктор подается синусоидальное напряжение, оно опережает ток на одну четверть цикла.
• Противодействие катушки индуктивности изменению тока выражается как тип реактивного сопротивления переменного тока. Это индуктивное реактивное сопротивление, измеряемое в омах, зависит от частоты источника переменного тока.

Цепи серии 15,4 RLC с AC

• Последовательная цепь RLC представляет собой последовательную комбинацию резистора, конденсатора и индуктора через источник переменного тока.
• Одинаковый ток течет через каждый элемент последовательной цепи RLC во все моменты времени.
• Сопротивлением в цепи постоянного тока является импеданс, который измеряет комбинированное воздействие резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Максимальный ток определяется версией закона Ома для переменного тока.
• Импеданс измеряется в омах и определяется как сопротивление, емкостное и индуктивное сопротивление.

15.5 Питание в цепи переменного тока

• Средняя мощность переменного тока определяется путем умножения среднеквадратичных значений тока и напряжения.
• Закон Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится делением действующего напряжения на полное сопротивление.
• В цепи переменного тока существует фазовый угол между напряжением источника и током, который можно найти, разделив сопротивление на полное сопротивление.
• Средняя мощность, подаваемая в цепь RLC , зависит от фазового угла.
• Коэффициент мощности колеблется от –1 до 1.

15,6 Резонанс в цепи переменного тока

• На резонансной частоте индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению.
• График зависимости средней мощности от угловой частоты для цепи RLC имеет пик, расположенный на резонансной частоте; резкость или ширина пика называется полосой пропускания.
• Ширина полосы связана с безразмерной величиной, называемой коэффициентом качества.Высокое значение коэффициента качества — это острый или узкий пик.

15,7 Трансформаторы

• Электростанции передают высокое напряжение при малых токах, чтобы снизить омические потери на многокилометровых линиях передачи.
• Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
• Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Основы электротехники — концепции переменного тока

Основы электротехники — концепции переменного тока

А.Бхатия, Б.

Краткое содержание курса

Электричество
вы получаете от электрической розетки переменный ток (AC). Есть много
устройства, такие как компьютеры и телевизоры, которые работают от постоянного тока, в то время как другие электрические
бытовые приборы, такие как холодильники, кондиционеры, освещение и т. д. могут быть спроектированы
как для переменного, так и для постоянного тока.

Так как некоторые виды
Для питания нагрузок требуется только постоянный ток, а другие могут легко работать на любом
Переменного или постоянного тока, естественно возникает вопрос: «Почему бы полностью не отказаться от
AC и просто использовать DC для всего? »Этот вопрос дополняется тем фактом, что
что в некотором смысле с AC труднее обращаться, а также использовать.Тем не менее, там
является очень практической причиной, которая отменяет все другие соображения для широко распространенного
распределенная электрическая сеть. Все сводится к вопросу о стоимости.

Этот 3-часовой курс
материал дает представление об основных понятиях переменного тока и
полностью основан на материалах для военно-морского образования и обучения (NAVEDTRA 14173), Электричество
и электронные учебные серии; Модуль-2 «Понятия переменного тока».
и охватывает главу 1.

Курс включает
тест с несколькими вариантами ответов в конце, который предназначен для улучшения понимания
конечно материалы.

Обучение
Цель

По завершении этого курса студент сможет:

• Укажите разницу
  между переменным и постоянным напряжением и током;
• Назовите преимущества
  передачи энергии переменного тока над передачей энергии постоянного тока;
• Государство лево
  ручная линейка для дирижера;
• Укажите отношения
  между током и магнетизмом;
• Укажите методы
  с помощью которых может производиться мощность переменного тока;
• Укажите отношения
  между частотой, периодом, временем и длиной волны;
• Вычислить полный размах,
  мгновенные, действующие и средние значения напряжения и тока;
• Вычислить
  разность фаз между синусоидальными волнами; и Объясните, как использовать закон Ома в переменном токе.
  схемы.

Целевая аудитория

Этот курс
нацелен на студентов, профессиональных инженеров, техников по обслуживанию, энергоаудиторов,
эксплуатационный и обслуживающий персонал, инженеры по эксплуатации и широкая публика.

Введение в курс

AC — это переменный
Текущий. Ток течет в одном направлении в течение определенного периода времени, а затем переключается
направление, идущее в обратном направлении. Он меняет направление снова и снова
непрерывно.В Соединенных Штатах переменный ток в линиях электропередачи переключается.
направление, вперед-назад, затем назад-вперед, 60 раз в секунду.
Это частота 60 циклов и называется электричеством переменного тока 60 Гц.

Обычная форма сигнала в цепи питания переменного тока представляет собой синусоидальную волну, что приводит к
наиболее эффективная передача энергии. Однако в некоторых приложениях разные
используются формы волны, такие как треугольные или прямоугольные волны. Переменное напряжение
и ток имеют ряд свойств, связанных с любой такой формой волны.В
наиболее важными из этих свойств являются частота и амплитуда, поскольку некоторые типы
оборудования с электрическим приводом должны быть спроектированы с учетом частоты и
напряжение ЛЭП. В этом контексте длина волны обычно не важна,
но становится гораздо более важным, когда мы начинаем работать с сигналами на значительном
более высокие частоты.

Содержание курса

В этом курсе вы
необходимы для изучения военно-морских учебных и учебных материалов (NAVEDTRA 14173),
Учебные серии по электричеству и электронике; Модуль-2 «Концепции чередования.
Текущая «Глава 1:

Концепции
переменного тока (Глава 1, NAVEDTRA 14173)

Пожалуйста
нажмите на подчеркнутые выше гипертексты, чтобы просмотреть, загрузить или распечатать документы
для вашего исследования.Из-за большого размера файла мы рекомендуем сначала
сохраните файл на свой компьютер, щелкнув правой кнопкой мыши и выбрав «Сохранить»
Target As … «, а затем откройте файл в Adobe Acrobat Reader.

Краткое содержание курса

Переменный ток,
или синусоида, создается источником переменного напряжения, достигающего максимума
в одном направлении (+), уменьшается до нуля, разворачивается и продолжается в
в противоположном направлении, пока не будет достигнут максимум.Цикл повторяется непрерывно.
Синусоидальная волна является наиболее распространенным типом формы волны. Он назван так потому, что
изменяется значение со скоростью нарастания, так как тригонометрическая функция, известная как
синус.

коробка передач переменного тока
использует напряжения от 200 до 600 тысяч вольт. Для удовлетворения требований клиентов
энергетическая компания устанавливает трансформатор в разных точках сети переменного тока
линия передачи для понижения выходного напряжения. Задействованы разные потенциалы.
Для жилых домов и коммерческих построек его понижают до уровня 220/120 вольт.
а для промышленного использования — 220 вольт и выше.Напряжение переменного тока обычно
передается при более высоких напряжениях, что означает меньший ток при той же мощности,
и менее резистивные потери. Это главное преимущество переменного тока перед постоянным током для больших
дистанционные передачи.

Этот курс знакомит с
вам с определениями следующих терминов, на которые даны ссылки.

• Амплитуда =
  величина волны и представлена ​​векторной стрелкой, длина которой
  указывает величину и направление.
• Пиковое значение =
  мгновенное максимальное значение как для положительного, так и для отрицательного чередования.Это значение можно рассматривать как максимальную амплитуду сигнала. Пиковое значение = один
  половинное значение размаха.
• от пика до пика
  значение = значение между положительным и отрицательным максимумом любого напряжения
  или текущий. Это в два раза больше пикового значения того же сигнала. Vpp = пик x
  2.
• Среднеквадратичное значение
  (rms) = эффективное (DC) значение, эквивалентное переменному току. Rms = 0,707 × пик
  ценить. Вариации: пиковое значение = среднеквадратическое значение / 0,707 и максимальное значение = среднеквадратичное значение x 1,414. Напряжение переменного тока
  всегда даются в среднеквадратичных значениях, и исходя из этого значения пиковые и размагниченные значения
  может быть получено математически.Это значение говорит нам, насколько хорошо синусоида будет
  делают свою работу с точки зрения постоянного тока. Поскольку максимальные значения мгновенные,
  переменное напряжение или ток не могут обеспечивать такую ​​же мощность, как эти значения, если они
  были постоянным током. Однако для этого доступно 70,7% амплитуды переменного тока.
• Среднее значение
  = длина вектора каждого интервала в 1 градус положительного или отрицательного
  чередование. Это составляет 0,637. Формула переменного или пульсирующего
  Пик постоянного тока: Vaverage = 0.637 х пик. Среднее значение полного цикла равно нулю,
  потому что положительные и отрицательные средние отменяются.
• Частота =
  количество повторений периодической волны за одну секунду. Его символ — f, а
  единица измерения — герцы. Частота обратно пропорциональна времени, где f
  (герц) = 1 / т. Когда время известно, можно вычислить частоту.
• Период =
  время, t (секунды) = 1 / f, необходимое для завершения одного полного цикла повторяющейся формы волны.
  Цикл — это переход от нуля к положительному пику, к нулю и к отрицательному.
  пик, а затем до нуля.
• Длина волны =
  физическая длина одного полного цикла, измеряемая в метрах. Скорость / частота
  определяет длину (лямбда). Поскольку электромагнитные волны распространяются со скоростью
  света в воздухе, или на скорости 300000000 метров в секунду, высокая частота означает
  короткая длина волны. Лямбда = 3 x 108 / f (Гц). Для длины звуковой волны лямбда
  = 344,4 мс / f, поскольку звук намного медленнее электромагнитных волн.
• Фазовое соотношение
  = угловое соотношение между двумя волнами.В цепи переменного тока обычно
  между напряжением и током. Фазовый сдвиг — это изменение фазового угла. это
  между двумя точками. Разность фаз сигналов выражается в градусах
  вести или отставать.

Тест

Один раз
вы закончите изучение
выше содержания курса,
тебе следует
пройти тест
для получения кредитов PDH .

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Материалы
содержащиеся в онлайн-курсе не являются заявлением или гарантией
со стороны Центра PDH или любого другого лица / организации, упомянутых здесь.Материалы
предназначены только для общей информации. Они не заменяют грамотного профессионала.
совет. Применение этой информации к конкретному проекту должно быть пересмотрено.
зарегистрированным архитектором и / или профессиональным инженером / геодезистом. Кто-нибудь делает
использование информации, изложенной в настоящем документе, делает это на свой страх и риск и предполагает
любую вытекающую из этого ответственность.

Факты о переменном токе для детей

Огни города просматриваются в размытой экспозиции движения.Мигание переменного тока приводит к тому, что линии становятся точечными, а не непрерывными.

Переменный ток ( AC ) — это электрический ток, величина и направление которого меняются, в отличие от постоянного тока, направление которого остается постоянным. Это означает, что направление тока, протекающего в цепи, постоянно меняется взад и вперед. Это делается с любым источником переменного напряжения.

Обычная форма сигнала в силовой цепи переменного тока представляет собой синусоидальную волну, поскольку это приводит к наиболее эффективной передаче энергии.Однако в некоторых приложениях используются разные формы сигналов, например треугольные или прямоугольные. Недорогие силовые инверторы выдают прямоугольную волну с паузой между сменой направления.

Когда говорят об переменном токе, в основном подразумевают форму, в которой электричество доставляется на предприятия и жилые дома. AC поступает от электростанции. Направление электричества меняется 60 раз в секунду (или 50 раз в некоторых частях мира). Это происходит так быстро, что лампочка не перестает светиться.

Звуковые и радиосигналы, передаваемые по электрическому проводу, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

История

Никола Тесла экспериментировал с электрическим резонансом и изучал различные системы освещения. Он изобрел асинхронный двигатель, новые типы генераторов и трансформаторов, а также систему передачи энергии переменного тока.

Уильям Стэнли мл.разработал одно из первых практических устройств для эффективной передачи мощности переменного тока между изолированными цепями. Используя пары катушек, намотанных на общий железный сердечник, его конструкция, названная индукционной катушкой, была ранним предшественником современного трансформатора. Система, используемая сегодня, была разработана в конце девятнадцатого века, в основном Николя Тесла. Взносы также сделали Джордж Вестингауз, Люсьен Голар, Джон Диксон Гиббс, Вильгельм Сименс и Оливер Шалленджер. Системы переменного тока преодолели ограничения системы постоянного тока, которую использовал Томас Эдисон для эффективного распределения электроэнергии на большие расстояния.

Гидроэлектростанция Милл-Крик была построена недалеко от Редлендса, Калифорния, в 1893 году. Спроектированная Алмирианом Декером, она использовала трехфазную электроэнергию напряжением 10 000 вольт, которая в конечном итоге стала стандартным методом для электростанций во всем мире.

Как это работает

Электропитание

переменного тока дешевле и проще в изготовлении электронных устройств. Выключатели питания переменного тока также дешевле в производстве. Это дешевле, чем постоянный ток, потому что вы можете очень легко увеличивать и уменьшать ток.Переменный ток может использовать высокое напряжение с меньшим током, чтобы уменьшить потери при подаче энергии. AC снижает нагрев проводов. Электроэнергия постоянного тока может быть отправлена, но при этом будет потеряно много энергии, и вам придется приложить больше усилий, чтобы отправить ее на большие расстояния. Трансформаторы переменного тока устанавливаются повсюду, в том числе на опорах инженерных сетей и под землей. Переменный ток работает, постоянно переключая ток вперед и назад, пока он возвращается к источнику, из которого он пришел.

• Уильям А.Мейерс, История и размышления о том, как все было: Электростанция Милл-Крик — Создание истории с AC , IEEE Power Engineering Review, февраль 1997 г., стр. 22–24

Связанные страницы

• « AC / DC: в чем разница? «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
• « AC / DC: внутри генератора переменного тока «. Чудо света Эдисона, американский опыт. (PBS)
• Купхальдт, Тони Р., « уроков по электрическим схемам: Том II — AC ».8 марта 2003 г. (Лицензия на научный дизайн)
• Нейв, К. Р., « Концепции цепей переменного тока ». Гиперфизика.
• « Переменный ток (AC) «. Магнитопорошковый контроль, Энциклопедия неразрушающего контроля.
• « Переменный ток «. Аналоговые службы управления процессами.
• Хайоб, Эрик, « Применение тригонометрии и векторов к переменному току ». Технологический институт Британской Колумбии, 2004 г.
• « Введение в переменный ток и трансформаторы ». Комплексное издательское дело.
• « Справочное руководство по энергии ветра, часть 4: Электричество ». Датская ассоциация ветроэнергетики, 2003 г.
• Чан. Килин, « Инструменты переменного тока «. JC Physics, 2002.

.

• « Измерение -> ac «. Аналоговые службы управления процессами.
• Уильямс, Trip «Kingpin», « Общие сведения о переменном токе, еще несколько концепций мощности «.
• « Таблица напряжения, частоты, системы телевещания, радиовещания по странам ».
• Блэлок, Томас Дж., « Эра частотных преобразователей: взаимосвязанные системы переменных циклов «. История различных частот и схем взаимного преобразования в США в начале 20 века

Детские картинки

• Схематическое изображение передачи электроэнергии на большие расстояния. Слева направо: G = генератор, U = повышающий трансформатор, V = напряжение в начале линии передачи, Pt = мощность, подводимая к линии передачи, I = ток в проводах, R = общее сопротивление в проводах, Pw = мощность, потерянная при передаче линии, Pe = мощность, достигающая линии передачи, D = понижающий трансформатор, C = потребители.

• Трехфазные линии электропередачи высокого напряжения используют переменные токи для распределения энергии на большие расстояния между электростанциями и потребителями. Линии на картинке расположены в восточной части штата Юта.

• Венгерская команда «ZBD» (Кароли Зиперновски, Отто Блати, Микса Дери), изобретатели первого высокоэффективного шунтирующего трансформатора с замкнутым сердечником

Часть 9: Основы теории переменного тока

9.1 Преимущества систем переменного тока

Работа с источниками переменного тока (AC) в целом более сложна, чем работа с постоянным током, однако есть определенные преимущества переменного тока, которые привели к тому, что он стал стандартом для источников питания:

(a) Генератор переменного тока (часто называемый генератором переменного тока) более надежен, менее дорог, требует меньшего обслуживания и может обеспечивать более высокое напряжение, чем его аналог постоянного тока.

(b) Потери мощности в линиях передачи зависят от квадрата передаваемого тока (P = I ² R).Если используемое напряжение увеличивается, ток уменьшается, и потери могут быть очень небольшими. Самый простой способ повысить напряжение на передающем конце линии и снова понизить его на приемном конце — это использовать трансформаторы, которые будут эффективно работать только от источников переменного тока.

(c) Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока дешевы, надежны и просты в обслуживании.

(d) Счетчики энергии для регистрации количества используемой электроэнергии намного проще для источников переменного тока, чем для источников постоянного тока.

(e) Газоразрядные лампы (люминесцентные, натриевые, ртутные и т. Д.) Более эффективно работают от источников переменного тока, хотя лампы накаливания одинаково эффективны при любом типе источника питания.

(f) Системы постоянного тока подвержены сильной коррозии, которая практически отсутствует в источниках переменного тока.

9,2 Волны

Как было отмечено в разделе 6.2, катушка, вращающаяся в магнитном поле, будет производить переменный ток (AC), который заставляет течь переменная ЭДС. Такие генераторы вырабатывают синусоидальные токи и напряжения (раздел 8.5) и уравнения для источника синусоидального переменного напряжения и тока, который он обеспечивает:

и:

где:
e = мгновенная ЭДС (В)
E _м = максимальное или пиковое напряжение (В)
θ = угол катушки относительно магнитного потока (раздел 6.2)
f = частота источника питания (Гц)
t = время, (с)
ω = угловая скорость вращения катушки в магнитном поле (рад / с)
i = мгновенный ток (A)
I _м = максимальный или пиковый ток (A)

В разделе 8.5 мы рассмотрели вращающуюся палочку, которая генерирует синусоидальные волны, но для генераторов переменного тока мы рассматриваем катушку, вращающуюся в магнитном поле. Хотя почти все источники питания переменного тока представляют собой синусоидальные волны, иногда встречаются волны других форм. На рисунке 9.1 показана простая синусоида ЭДС (синусоида тока будет аналогичной), и мы видим, что важны несколько значений:

• Мгновенные значения — это значения в определенные моменты времени, которые будут отличаться от момента к моменту.Символы для мгновенных значений представляют собой символы нижнего регистра, v для напряжения и i для тока, e для ЭДС и т. Д. Эти значения могут быть рассчитаны из приведенных выше уравнений, если известны максимальные значения.
• Максимальные или пиковые значения — это наибольшие значения, достигаемые при чередовании, обычно встречающиеся один раз в каждом полупериоде. Максимальные значения обозначены U _m для напряжения, I _m для тока и так далее.
• Среднее или среднее значение — это среднее значение тока или напряжения.Если среднее значение найдено за полный цикл, положительные и отрицательные полупериоды будут отменены, чтобы дать нулевой результат, если они идентичны. В таких случаях принято брать среднее значение за полупериод. Средние значения имеют символы: U _av и I _av и т. Д.
• Среднеквадратичные значения (RMS) или эквивалентные значения — Значения RMS представляют собой метод усреднения синусоидальных волн для получения эквивалента постоянного тока. Тепло, рассеиваемое в цепи постоянного тока, пропорционально квадрату тока (P = I ² R), эквивалентом в переменном токе является среднеквадратичный ток, а для данного сопротивления постоянный ток 1 А рассеивает такое же тепло, что и среднеквадратичное значение переменного тока ток 1А.Символы, используемые для значения RMS, такие же, как символы DC, то есть U, I и т. Д. Обратите внимание, что с этого момента, если не указано иное, все значения, за которыми следует символ V или A (например, 240 В и 13A), являются значениями RMS.

Рисунок 9.1: Синусоидальная волна для источника переменного тока 110 В с указанием максимального, среднеквадратичного и среднего значений.

На рисунке 9.1 мы видим, что напряжение становится попеременно положительным и отрицательным, что означает, что ток также меняется. В цепи постоянного тока ток течет по цепи только в одном направлении и всегда положительный.В цепи переменного тока ток течет сначала в одном направлении, а затем в другом. В источнике синусоидальной волны ток и напряжение постоянно меняются, это изменение прекращается только в тот момент, когда достигаются пиковые значения; в этих точках скорости изменения тока или напряжения считаются равными нулю. Максимальная скорость изменения возникает, когда волна пересекает ось x (т.е. v или i равны нулю).

Концепция переменного тока может показаться менее интуитивной, чем концепция постоянного тока.В цепях постоянного тока кажется очевидным, что электроны могут переносить энергию по цепи и что эта энергия может использоваться для питания двигателей, лампочек и т. Д. Это может помочь рассмотреть аналогию с циркулярной пилой и ручной пилой. Циркулярная пила похожа на источники постоянного тока, и ее зубья летают в одном направлении, используя подаваемую энергию, чтобы прорезать доску. Ручная пила похожа на источник переменного тока и перемещает зубья пилы вперед и назад, используя подаваемую энергию, чтобы прорезать доску. В любом случае, чтобы разрезать доску, необходимо одинаковое количество энергии.

Пример

На рисунке 9.1 показана синусоида для источника переменного тока с пиковым напряжением 155,6 В. Найдите среднее значение и среднеквадратичное значение.

Выполняя измерения на графике или используя уравнения синусоидальной волны ( v = 155,6 sin θ), мы можем сгенерировать значения для v и v ² для полупериода:

Среднее значение можно найти из:

Среднеквадратическое значение рассчитывается из квадратного корня среднего квадрата значений v .Среднее значение квадратов значений определяется по формуле:

Среднеквадратичное значение определяется по формуле:

Этот пример показывает, что источник RMS 110 В на самом деле имеет пиковое напряжение 155,6 В. Обычно нам не нужно принимать это во внимание, поскольку оборудование переменного тока, рассчитанное на 110 В, означает, что оно рассчитано на RMS 110 В.

Еще одно значение, которое иногда вычисляется для обозначения формы волны, — это форм-фактор : чем выше его значение, тем более «пикообразной» форма волны.Форм-фактор соотношение:

Для приведенного выше примера:

Вышеупомянутый метод может использоваться для определения U _av и значений RMS для любой формы волны, а не только для синусоидальных волн. Следующие сокращения могут использоваться только для синусоидальных сигналов:

Следовательно, максимальное значение напряжения питания 240 В будет 240 ÷ 0,707 = 339,5 В. Обратите внимание, что форм-фактор синусоидальной волны всегда равен 1,11, а sin 45 ° = 0,707.

9.3 Добавление синусоидальных волн переменного тока

В первом примере в разделе 8.7, мы обнаружили, что волны, которые находятся в фазе, можно просто сложить вместе. Мы также можем выполнить простое сложение среднеквадратичного значения, так что два синфазных источника питания 110 В будут иметь общее среднеквадратичное напряжение 220 В и общее максимальное напряжение (155,6 × 2) 311,2 В. То же самое относится и к синфазным токам.

Если напряжения не совпадают по фазе, их нельзя просто сложить. Мы можем сложить несколько мгновенных значений, однако более быстрый метод — использовать правило параллелограмма, как показано во втором примере в разделе 8.7.

Пример

Два источника переменного тока 110 В, U ₁ и U ₂ , сдвинуты по фазе на 60 °. Сложите эти два припаса вместе.

Максимальное напряжение для источника питания 110 В:

Схема параллелограмма (также известная как векторная диаграмма) в масштабе показана на рисунке 9.2. Исходя из этого, мы можем определить, что результирующий источник питания U _R имеет максимальное напряжение 269,7 В, отстает от U ₁ на 30 ° и опережает U ₂ на 30 °. Среднеквадратичное значение U _R составляет:

.

Рисунок 9.2: Добавление двух источников переменного тока, каждый с напряжением 110 В, но не совпадающим по фазе на 60 °.

В приведенном выше примере мы использовали максимальные значения напряжения, хотя мы также могли использовать среднеквадратичные значения на всем протяжении. Для этого мы можем использовать тот же параллелограмм (рисунок 9.2b), но мы должны изменить его масштаб, используя U ₁ = U ₂ = 110 В. Теперь U _R = 190,7В.

9.4 Резистивные цепи переменного тока

Рисунок 9.3: Резистивная цепь переменного тока; (а) схема; (б) волновая диаграмма, v и i синфазны; (в) векторная диаграмма.v — мгновенное напряжение, i — мгновенный ток. I и U — среднеквадратичные значения. Обратите внимание, что v и i не отображаются в одном масштабе.

Ток и напряжение остаются синфазными в чисто резистивной цепи (т. Е. В цепи без индуктивности или емкости). Схема, волновая и фазовая диаграммы показаны на рисунке 9.3. Если переменное напряжение:

приложен к резистору, мгновенный ток:

Таким образом:

или, используя среднеквадратичные значения:

Пример

Источник питания 240 В переменного тока подключен к резистору 80 Ом.Рассчитайте результирующий текущий расход.

Обратите внимание, что эти значения тока и напряжения являются среднеквадратичными значениями.

9,5 Индуктивная цепь переменного тока

Как мы отмечаем в разделе 6.5, любая катушка с проводом, по которой проходит ток, будет создавать магнитное поле и, следовательно, проявлять собственную индуктивность. Согласно закону Ленца (раздел 6.3), если ток в катушке увеличивается, наведенная ЭДС будет противодействовать напряжению питания, ограничивая скорость увеличения. Точно так же, если ток в катушке уменьшается, наведенная ЭДС будет пытаться поддерживать его течение.В цепи постоянного тока ток достигает постоянного значения, в этот момент магнитное поле становится устойчивым и самоиндукция прекращается, поэтому наведенная ЭДС не может предотвратить изменение тока, а только замедляет его. В цепи переменного тока ток постоянно меняется, и дело обстоит сложнее.

На рис. 9.3 показаны электрическая, волновая и векторная диаграммы для чисто индуктивной цепи. Индуцированная ЭДС в катушке всегда будет противодействовать приложенному напряжению, потому что она всегда пытается противодействовать изменению тока, вызываемому источником питания.Таким образом, на рисунке 9.3 показаны наведенная ЭДС ( e ) и напряжение питания ( v ), сдвинутые по фазе на 180 °. Мгновенное значение наведенной ЭДС зависит от скорости изменения тока (раздел 6.5):

Как упоминалось в разделе 8.5, скорость изменения значения будет равна нулю в точках максимума и минимума на графике и будет иметь максимальное значение, когда волна пересечет ось x (то есть значение равно нулю). Следовательно, когда i находится на максимуме или минимуме, скорость изменения i равна нулю, а e равна нулю.Также, когда i = 0, скорость изменения i достигает пика, так что e достигает максимума. Согласно закону Ленца, когда ток становится положительным, ЭДС должна противодействовать этому изменению и, следовательно, будет отрицательной. Следовательно, можно нарисовать волновую диаграмму тока, и рисунок 9.4b показывает, что ток отстает от приложенного напряжения на 90 °, а напряжение опережает ток; Обычно указывается отношение токов к напряжению, поэтому используется описание формы.Таким образом, векторная диаграмма (рисунок 9.4c) показывает ток под напряжением с углом между ними 90 °.

Рисунок 9.4: Индуктивная цепь переменного тока; (а) схема; (b) волновая диаграмма, e и v сдвинуты по фазе на 180 °, i и v сдвинуты по фазе на 90 °; (в) векторная диаграмма. e — мгновенная наведенная ЭДС, v — мгновенное напряжение, i — мгновенный ток. I и U — среднеквадратичные значения. Обратите внимание, что v и i не отображаются в одном масштабе.

Обратите внимание, что мы предполагаем, что схема представляет собой идеальную катушку индуктивности и, следовательно, не имеет сопротивления.Это невозможно, поскольку провод, образующий катушку, будет иметь некоторое сопротивление, однако, чтобы изучить влияние индуктивности, мы проигнорируем это. В цепи, имеющей только сопротивление, ток ограничен этим сопротивлением и I = U / R. Если вы подключите провод с небольшим сопротивлением к клеммам батареи, провод станет очень горячим, и батарея быстро разрядится, потому что будет течь очень большой ток. Кроме того, если бы провод вообще не имел сопротивления, I = U / 0 и протекал бы бесконечный ток.

В цепи с индуктивностью, но без сопротивления бесконечный ток не течет, и что-то еще ограничивает ток. Очевидно, что из приведенного выше обсуждения ток ограничен, потому что он отстает от напряжения питания и не увеличивается бесконечно, однако полезно иметь дело с простым свойством, аналогичным сопротивлению. Это свойство называется индуктивным реактивным сопротивлением катушки (X _L ), и можно показать, что:

где:
X _L = индуктивное сопротивление катушки (Ом)
U = напряжение, приложенное к катушке (В)
I = результирующий ток (A)
f = частота питания (Гц)
L = индуктивность катушки (H)
ω = 2π f

Обратите внимание, что когда f = 0, индуктивное реактивное сопротивление будет равно нулю.Таким образом, если катушка подключена к источнику постоянного тока, через нее будет протекать постоянный ток, который ограничивается только сопротивлением катушки.

Также (только для цепей с сопротивлением):

9.6 Емкостная цепь переменного тока

Если на конденсатор подается постоянное напряжение, ток постепенно спадает до тех пор, пока конденсатор не будет полностью заряжен, после чего ток перестанет течь (раздел 7.7). Однако, если конденсатор подключен к источнику переменного тока, ток постоянно меняет направление, и конденсатор будет заряжаться и разряжаться соответственно.В цепях переменного тока, хотя ток не течет прямо через конденсатор, в цепи присутствует переменный ток.

Если на незаряженный конденсатор подается переменное напряжение, когда напряжение проходит через ноль и становится положительным, ток немедленно достигает своего максимального значения, когда конденсатор начинает заряжаться. По мере увеличения заряда зарядный ток будет падать, достигая нуля, когда напряжение становится стабильным, что происходит на мгновение при максимальном значении. При падении напряжения конденсатор разряжается, и в результате возникает отрицательный ток.Этот образец показан на рисунке 9.5, на котором показаны электрическая, волновая и векторная диаграммы для емкостной цепи. Из этих диаграмм видно, что в емкостной цепи ток опережает напряжение на 90 ° (и поэтому напряжение отстает от тока на 90 °).

Рисунок 9.5: Емкостная цепь переменного тока; (а) схема; (b) волновая диаграмма, v и i сдвинуты по фазе на 90 °; (в) векторная диаграмма. v — мгновенное напряжение, i — мгновенный ток. I и U — среднеквадратичные значения. Обратите внимание, что v и i не отображаются в одном масштабе.

Очевидно, что, как и в индуктивных цепях, ток ограничен другим свойством, кроме сопротивления. Это свойство называется емкостным реактивным сопротивлением (X _C ). Можно показать, что:

где:
Xc = емкостное реактивное сопротивление (Ом)
U = напряжение питания (В)
f = частота питания (Гц)
I = ток цепи (A)
C = емкость (F)
ω = 2π f

С емкостью в микрофарадах (C ’):

А (только для емкостных цепей):

Базовая электротехника

Что такое переменный ток?

Можете ли вы представить свою жизнь без электричества? Если нет электричества, в нашей жизни не будет прогресса.В этом уроке мы узнаем, что такое переменный ток? Давайте сначала узнаем, как и когда появился электрический ток.

Электричество не изобретено, оно существует в природе в виде энергии. Было проведено много экспериментов с электричеством. Эксперимент с опасным воздушным змеем Бенджамина Франклина доказал, что молния — это электричество. Никола Тесла и Томас Эдисон изобрели переменный ток и постоянный ток. И эти ученые боролись за стандартизацию нынешних обозначений.В конце концов, переменный ток выиграл битву и появился на свет.

Этот переменный ток изобретен известным ученым Николасом Теслой после того, как он указал на неэффективность электростанций постоянного тока Томаса Алвы Эдисона.

Что такое переменный ток?

Ток, который периодически меняет свое направление на противоположное, называется «переменным током». Полярность напряжения периодически меняется на противоположную в источнике переменного тока. Таким образом, ток периодически меняет свое направление.Следовательно, название «Переменный ток» (AC) указывает на то, что ток является переменным (периодически).

Количество раз, когда этот ток меняет свое направление за одну секунду, можно определить как частоту переменного тока. Частота 50 Гц означает, что он меняет направление 50 раз в секунду.

В этом токе заряженные частицы движутся от нуля до максимального значения в одном направлении, падают до нуля и совершают еще один цикл в противоположном направлении с теми же значениями (отрицательными).Значения, обрабатываемые переменным током в обоих направлениях, во всех случаях равны.

Он имеет как величину, так и направление и меняется со временем. Переменный ток течет как в положительном, так и в отрицательном направлении и, следовательно, является двунаправленным. Обычно форма волны переменного тока представлена ​​синусоидальной формой волны, а ее математическая формула —

.

A (t) = A sin (2πƒt)

Где,

А — величина сигнала

т — период времени

f — частота сигнала

Генерация переменного тока

Генераторы переменного тока называются генераторами переменного тока.Переменный ток можно генерировать многими способами и с помощью множества схем. Самый простой метод генерации переменного тока — «Использование базового генератора переменного тока с одной катушкой».

Принцип работы

Генератор переменного тока работает в зависимости от принципа электромагнитной индукции Фарадея для преобразования механической энергии (например, вращения) в электрическую.

Строительство

Простой генератор состоит из двух постоянных магнитов. Они будут создавать фиксированное магнитное поле между северным и южным полюсами.В этом магнитном поле будет одна прямоугольная петля из провода, которая является важной частью генератора переменного тока.

Он будет вращаться вокруг фиксированной оси в магнитном поле, создаваемом полюсными магнитами, и отсекает магнитный поток. Центральная ось перпендикулярна магнитному полю, создаваемому двумя полюсами.

Процесс генерации переменного тока

• Вначале провод параллелен полю и не режет магнитный поток i.е. линии магнитной силы. Итак, нет напряжения , индуцированного в контуре.
• Поскольку проволока вращается против часовой стрелки, стороны проволоки будут разрезать магнитные силовые линии в противоположных направлениях.
• Наведенная ЭДС в петле в любой момент времени пропорциональна углу поворота проволочной петли.
• Когда проволочная петля повернулась на 180, ^o поперек магнитных силовых линий в противоположном направлении, электроны в проволоке текут в противоположном направлении.
• Это означает, что на каждый полный оборот (360 ^o ) провода создается одна полная синусоидальная форма волны.
• Вращающийся провод в магнитном поле всегда соединен с угольными щетками и контактными кольцами.
• Они используются для передачи электрического тока, индуцированного в катушке.
• Количество ЭДС, наведенной в катушке, определяется ее скоростью, силой и длиной.
• Мы знаем, что «частота» — это количество циклов в секунду.
• Количество производимых циклов будет зависеть от скорости вращающейся проволоки. Это означает, что чем больше скорость катушки, тем больше будет частота. Это означает, что f прямо пропорционально n, где n — количество оборотов провода.
• Периодическое изменение полярности приводит к генерации напряжения переменной полярности и, следовательно, переменного тока.

Форма волны переменного тока

Переменный ток может быть представлен в виде волны с его амплитудой и периодом времени.Существует много форм волн, с помощью которых мы можем представить переменный ток в виде прямоугольной или треугольной волны, но проще всего представить его в виде синусоидальной волны.

Для каждого полного цикла синусоидальной волны мы видим положительную половину и отрицательную половину цикла. Эти положительные и отрицательные полупериоды означают, что переменный ток периодически меняет свое направление. Мы обсудим все свойства синусоидальной волны в следующих сеансах.

Сетевое (линейное) питание

Электроэнергия общего назначения, поставляемая в домохозяйства, называется электросетью.Ток в этом источнике переменного тока. Источник питания, который подключается от силовых линий трансформатора (повышающий или понижающий) к внутренним линиям электропередачи, называется «Основным источником или линейным питанием». Основной источник питания, который мы используем для дома в Индии, составляет 220-240 вольт с частотой 50 Гц, тогда как в США (США) это 120 вольт с частотой 60 Гц. Производители электрооборудования проектируют свою продукцию в соответствии с питанием от сети, чтобы она работала в требуемом диапазоне напряжения и частоты.

Преимущества переменного тока над постоянным током

• Если рассматривать стоимость генерации переменного и постоянного тока, то стоимость генерации переменного тока дешевле, чем генерация постоянного тока.
• Машины, использующие переменный ток, просты по конструкции, и их обслуживание также проще по сравнению с машинами, использующими постоянный ток.
• Мы можем использовать переменный ток для передачи на большие расстояния, но не постоянный ток, потому что диапазон напряжений переменного тока велик.
• Переменный ток можно легко преобразовать из низкого напряжения в высокое или из высокого в низкое с помощью трансформатора.Следовательно, диапазон напряжений переменного тока очень широк.
• Без каких-либо потерь мы можем преобразовать переменный ток в постоянный с помощью выпрямителей, и мы можем ограничить величину переменного тока с помощью индуктора или проводника с очень значительными потерями.
• Потери при передаче на большие расстояния при переменном токе намного меньше по сравнению с передачей постоянного тока, когда подаваемое напряжение высокое.

Двигатели переменного тока

• производят более высокую мощность (более высокий крутящий момент), чем двигатели постоянного тока.

Недостатки

• Пиковое значение переменного тока велико, поэтому использование без изоляции очень опасно.
• Стоимость передачи переменного тока очень высока по сравнению с передачей постоянного тока.
• Создает отражающий электрический ток высокого напряжения у человека, который к нему прикасается, и может вызвать поражение электрическим током.
• Есть вероятность помех для сигналов связи.
• Применение переменного тока
• Все электроприборы, которые мы используем в повседневной жизни, работают только от источника переменного тока. Пример: телевизор, холодильник, лампочка, вентилятор, кондиционер и т. Д.
• Переменный ток используется в оборудовании, где передаются сигналы большой мощности.Мы используем переменный ток в системах распределения большой мощности, таких как распространение антенных волн, радиоволн и ультразвуковых волн.
• Мы также используем переменный ток в трансформаторах для передачи на большие расстояния и для многих других целей.
• В основном мы используем этот тип тока в отраслях с высокими требованиями к мощности.

Основные принципы работы с переменным током (AC)

В наших домах и офисах мы часто слышим, что кто-то говорит «включите его в розетку переменного тока», когда собираетесь использовать прибор.Когда мы покупаем электронное устройство, продавец обычно говорит вам, что он рассчитан на 220 или 110 вольт переменного тока. А если вы владелец автомобиля и жалуетесь механику на сбой в электрической системе автомобиля, вы иногда можете услышать, как механик говорит: «Генератор не выдает достаточное напряжение переменного тока». Тогда что это за переменный ток или переменный ток?

Синусоидальная волна

Как следует из названия, переменный ток (AC) — это форма энергии, уровень которой меняется во времени.Генератор, который заряжает аккумулятор SLI вашего автомобиля, является одним из конкретных примеров устройства, вырабатывающего переменное напряжение. Он работает, когда магнит, известный как ротор, вращается вокруг проводника, намотанного в катушках, известных как статор.

Источник изображения: Веб-сайт Wisc-Online

Один полный оборот или цикл (эквивалентный 360) приводит к генерации так называемой «синусоидальной волны». Всякий раз, когда вы слышите термин 60 Гц (единица частоты ), это означает, что в течение 1 секунды происходит 60 циклов синусоидальных волн.Величина напряжения, генерируемого генератором переменного тока, обычно находится в диапазоне от 13,5 до 14,4 вольт переменного тока. Этот диапазон электрического тока будет выпрямляться и регулироваться до 12 вольт постоянного тока, который затем будет использоваться для зарядки батареи SLI.

Источник изображения: Emyrdiniz Website

Напряжение переменного и постоянного тока

Вы можете понять, что переменный ток (AC) играет важную роль в наших домах, в наших транспортных средствах и, фактически, почти во всех электронных устройствах, которые мы используем каждый день.