Значок переменного напряжения: ГОСТ IEC 60027-1-2015 Обозначения буквенные, применяемые в электротехнике. Часть 1. Основные положения (Переиздание)

Постоянный ток — Direct current

Однонаправленный поток электрического заряда

Постоянный ток (DC) (красная линия). Вертикальная ось показывает ток или напряжение, а горизонтальная ось «t» измеряет время и показывает нулевое значение.

Постоянный ток ( DC ) — это однонаправленный или однонаправленный поток электрического заряда . Электрохимическая ячейка является ярким примером постоянного напряжения. Постоянный ток может течь через проводник, такой как провод, но также может течь через полупроводники , изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках . Электрический ток течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока. Термин , ранее используемый для этого типа тока был гальванический ток .

Аббревиатуры AC и DC часто используются для обозначения просто переменного и постоянного тока , когда они изменяют ток или напряжение .

Постоянный ток может быть преобразован из источника переменного тока с помощью выпрямителя , который содержит электронные элементы (обычно) или электромеханические элементы (исторически), которые позволяют току течь только в одном направлении. Постоянный ток можно преобразовать в переменный с помощью инвертора .

Постоянный ток имеет множество применений, от зарядки аккумуляторов до больших источников питания для электронных систем, двигателей и многого другого. Очень большие количества электроэнергии, получаемой от постоянного тока, используются при выплавке алюминия и других электрохимических процессах. Он также используется на некоторых железных дорогах , особенно в городских районах . Постоянный ток высокого напряжения используется для передачи большого количества энергии от удаленных объектов генерации или для соединения электрических сетей переменного тока.

История

Центральная электростанция Brush Electric Company с динамо-машинами, вырабатывающими постоянный ток для питания дуговых ламп для общественного освещения в Нью-Йорке. Начав работу в декабре 1880 года по адресу 133 West Twenty-Fifth Street, он работал под высоким напряжением, что позволило ему запитать цепь длиной 2 мили (3,2 км).

Постоянный ток был произведен в 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта батарея «s, его Вольтова кучу . Природа того, как течет ток, еще не была понята. Французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что ток движется в одном направлении от положительного к отрицательному. Когда французский производитель инструментов Ипполит Пиксии построил первый динамо-электрический генератор в 1832 году, он обнаружил, что, когда используемый магнит проходил петли проволоки каждые пол-оборота, он заставлял электрический ток реверсировать, создавая переменный ток . По предложению Ампера, Pixii позже добавила коммутатор , тип «переключателя», в котором контакты на валу работают вместе с «щеточными» контактами для получения постоянного тока.

В конце 1870-х — начале 1880-х годов электричество начали вырабатывать на электростанциях . Первоначально они были предназначены для электрического дугового освещения (популярный тип уличного освещения), работающего от постоянного или переменного тока очень высокого напряжения (обычно выше 3000 вольт). За этим последовало широкое распространение низковольтного постоянного тока для внутреннего электрического освещения в офисах и домах после того, как изобретатель Томас Эдисон в 1882 году выпустил свою электрическую « утилиту » на основе лампы накаливания . Из-за значительных преимуществ переменного тока над постоянным в использовании трансформаторы для повышения и понижения напряжения, чтобы обеспечить гораздо большие расстояния передачи, постоянный ток был заменен в течение следующих нескольких десятилетий переменным током в подаче энергии. В середине 1950-х годов была разработана высоковольтная передача постоянного тока , которая теперь является опцией вместо высоковольтных систем переменного тока на большие расстояния. Для протяженных подводных кабелей (например, между странами, такими как NorNed ), этот вариант постоянного тока является единственным технически осуществимым вариантом. Для приложений, требующих постоянного тока, таких как энергосистемы третьего рельса , переменный ток распределяется на подстанцию, которая использует выпрямитель для преобразования мощности в постоянный ток.

Различные определения

Виды постоянного тока

Термин « постоянный ток» используется для обозначения энергосистем, в которых используется только одна полярность напряжения или тока, и для обозначения постоянного, нулевого или медленно меняющегося местного среднего значения напряжения или тока. Например, напряжение на источнике постоянного напряжения постоянно, как и ток через источник постоянного тока . Решение для электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую стационарную форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму составляющей постоянного тока и изменяющейся во времени составляющей с нулевым средним значением; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение или среднее значение напряжения или тока за все время.

Хотя DC означает «постоянный ток», DC часто означает «постоянная полярность». Согласно этому определению, напряжения постоянного тока могут меняться во времени, что видно по необработанному выходному сигналу выпрямителя или колебаниям голосового сигнала на телефонной линии.

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

Схемы

Цепь постоянного тока — это электрическая цепь , состоящая из любой комбинации источников постоянного напряжения, источников постоянного тока и резисторов . В этом случае напряжения и токи в цепи не зависят от времени. Конкретное напряжение или ток цепи не зависит от прошлых значений напряжения или тока в цепи. Это означает, что система уравнений, представляющая цепь постоянного тока, не включает интегралы или производные по времени.

Если к цепи постоянного тока добавляется конденсатор или катушка индуктивности , полученная цепь, строго говоря, не является цепью постоянного тока. Однако большинство таких схем имеют решение постоянного тока. Это решение выдает напряжения и токи в цепи, когда цепь находится в установившемся режиме постоянного тока . Такая схема представлена ​​системой дифференциальных уравнений . Решение этих уравнений обычно содержит изменяющуюся во времени или переходную часть, а также постоянную или установившуюся часть. Именно эта часть установившегося состояния и является решением постоянного тока. Есть некоторые схемы, которые не имеют решения постоянного тока. Двумя простыми примерами являются источник постоянного тока, подключенный к конденсатору, и источник постоянного напряжения, подключенный к катушке индуктивности.

В электронике цепь, которая питается от источника постоянного напряжения, такого как аккумулятор, или выход источника постоянного тока, обычно называют цепью постоянного тока, даже если имеется в виду, что эта схема питается постоянным током.

Приложения

Бытовые и коммерческие здания

Этот символ , который может быть представлен Unicode , символ U + 2393 (⎓) находится на многих электронных устройствах , которые либо требуют или производят постоянный ток.

Постоянный ток обычно используется во многих приложениях со сверхнизким напряжением и некоторых приложениях с низким напряжением , особенно там, где они питаются от батарей или солнечных энергетических систем (поскольку оба они могут производить только постоянный ток).

Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока .

В бытовых установках постоянного тока обычно используются розетки , разъемы , выключатели и приспособления , отличные от тех, которые подходят для переменного тока. В основном это связано с более низким используемым напряжением, что приводит к более высоким токам для получения того же количества энергии .

Обычно важно соблюдать полярность при работе с устройствами постоянного тока, если только устройство не оснащено диодным мостом, позволяющим это исправить.

EMerge Alliance — открытая отраслевая ассоциация, разрабатывающая стандарты распределения электроэнергии постоянного тока в гибридных домах и коммерческих зданиях .

Автомобильная промышленность

В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток. Автомобильная батарея обеспечивает питание для запуска двигателя, освещения и системы зажигания. Генератор представляет собой устройство переменного тока , который использует выпрямитель для создания постоянного тока для зарядки аккумулятора. Большинство шоссе легковых автомобилей используют номинально 12  V систем. Во многих тяжелых грузовиках, сельскохозяйственной технике или землеройной технике с дизельными двигателями используются системы на 24 В. В некоторых старых автомобилях использовалось напряжение 6 В, например, в оригинальном классическом Volkswagen Beetle . В какой-то момент электрическая система на 42 В рассматривалась для автомобилей, но это не нашло применения. Для экономии веса и уменьшения количества проводов металлический каркас автомобиля часто подключается к одному полюсу батареи и используется в качестве обратного проводника в цепи. Часто отрицательный полюс является заземлением шасси, но положительный полюс может использоваться в некоторых колесных или морских транспортных средствах.

Телекоммуникации

В аппаратуре связи телефонной станции используется стандартный источник питания -48 В постоянного тока. Отрицательная полярность достигается заземлением положительной клеммы системы питания и аккумуляторной батареи . Это сделано для предотвращения отложения электролиза . В телефонных установках используется система батарей, обеспечивающая поддержание питания абонентских линий во время перебоев в подаче электроэнергии.

Другие устройства могут получать питание от телекоммуникационной системы постоянного тока с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный для обеспечения любого удобного напряжения.

Многие телефоны подключаются к витой паре проводов и используют тройник смещения, чтобы внутренне отделить переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от составляющей постоянного напряжения между двумя проводами (используется для питания телефона. ).

Передача электроэнергии высокого напряжения

В системах передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения (HVDC) постоянный ток используется для основной передачи электроэнергии, в отличие от более распространенных систем переменного тока. Для передачи на большие расстояния системы HVDC могут быть менее дорогими и иметь более низкие электрические потери.

Другие

Приложения, использующие топливные элементы (смешивание водорода и кислорода вместе с катализатором для производства электроэнергии и воды в качестве побочных продуктов), также производят только постоянный ток.

Электрические системы легких самолетов обычно имеют напряжение 12 В или 24 В постоянного тока, аналогичные автомобильным.

Смотрите также

Ссылки

внешние ссылки

Как пользоваться мультиметром, основные обозначения

В данной статье будет предложена инструкция по использованию мультиметра. В качестве примера будет представлено цифровое устройство, так как оно намного проще своих аналогов и обеспечивает довольно неплохое качество замеров.

Мультиметр или «мультитестер» — это измерительный прибор, предназначенный для снятия широкого спектра показателей:

• измерение переменного напряжения;
• измерение постоянного напряжения;
• измерение сопротивления тока;
• измерение силы тока;
• проверка целостности диодов и определение их полярности.

Многие современные мультитестеры также могут рассчитывать коэффициент усиления транзисторов, проводить прозванивание цепи на короткое замыкание.

Более дорогие модели этого измерительного устройства имеют ряд дополнительных функций:

• замер температуры с помощью температурного щупа;
• замер емкости конденсаторов;
• замер индуктивности катушки.

Инструкция по использованию мультиметра будет представлена на примере китайского устройства «XL830L», которое относится к бюджетной ценовой группе и стоит около 15 долларов.

Погрешность измерений:

• до 3 процентов от номинального значение постоянного тока;
• до 5 процентов от максимального значение переменного тока;
• до 10 процентов от величины сопротивления.

Технические характеристики цифрового мультитестера «XL830L»:

• тип дисплея: LCD;
• автоматическая индикация полярности;
• относительная влажность рабочей среды – не более 70 процентов;
• масса – 0,242 килограмма;
• размеры: длина – 14 сантиметров, ширина – 7 сантиметров, толщина – 3,5 сантиметров;
• резиновый чехол.

На фотографии ниже, в качестве примера представлен, стрелочный мультиметр.Главный элемент такого прибора – это электромеханическая головка, на которую через резисторы подается электроток. Он протекает по рамке из витого провода,находящегося в магнитном поле. Рамка висит на тонких пружинах, которые в зависимости от силы тока отклоняются на определенный угол, показывающий величину на дуговой шкале.

От истории переходим к нашему тестеру. Для начала остановимся на его технических характеристиках. Цифровое устройство поставляется с набором обычных щупов (черный и красный провода на фотографии), при помощи которых, собственно, и производятся замеры. При необходимости их можно заменить более удобными и качественными аналогами.

Важно: места входа проводов в пластиковые держатели нужно зафиксировать изоляционной лентой или скотчем. Дело в том, что проводники не имеют жесткой фиксации и при изгибах или поворотах «щупа», они с легкостью могут оторваться у основания наконечника, в виду довольно слабого припоя.

Перед началом использования мультиметра, нужно внимательно изучить его устройство:

В верхней части цифрового тестера находится табло на семь сегментов, которое вмещает четыре цифры, то есть 9999 – это максимальное значение. При зарядке устройства на этом экране появляется надпись «Bat»

Под табло расположены две кнопки:

• левая кнопка называется «Hold» — она возвращает на экран последнее значение, чтобы не приходилось держать его в памяти;
• правая кнопка называется «Back Light» — она активирует синюю подсветку экрана, что важно при плохом освещении.
• Сзади прибора находится встроенная откидная ножка, позволяющая поставить тестер на ровную поверхность.
• В качестве источника энергии применяется батарейка типа «Крон» на 9 вольт. Чтобы до нее добраться, нужно снять защитный чехол из резины и открыть заднюю крышку мультитестера.
• Внизу корпуса красным цветом обведен элемент питания, а вверху вставлен плавкий предохранитель, который предназначен для защиты устройства в случае перегрузки.
• Перед тем, как начать пользовать устройством, к нему нужно подсоединить измерительные «щупы».
• Общий принцип здесь такой:

Черный провод – это минус или, по иному, масса. Он подсоединяется к гнезду на корпусе мультиметра с надписью «COM». Красный провод соединяется со вторым гнездом, расположенным справа– это плюс.

Гнездо, расположенное слева от массы, предназначено для измерения постоянного тока с максимальным значением – 19 ампер и без предохранителя. Над ним имеется предупреждающая надпись «unfused».

Также следует обратить внимание на красный треугольник с надписью Max 600V – максимально допустимый предел напряжения для данного устройства.

Важно! Если измеряемые параметры силы тока и напряжения неизвестны, то переключатель нужно устанавливать на максимально возможный предел. Если же показания окажутся слишком малыми или неточными, то только тогда прибор можно переключить на предел по ниже.

Работа с устройством заключается в подборе нужного режима с помощью кругового переключателя, на котором размещена указывающая стрелка. В обычном состоянии стрелка должна быть выставлена в положение «OFF». Переключатель можно вращать в любом направлении, выбирая тем самым подходящий предел измерения. Стоит отметить, что цифровой мультиметр позволяет измерять показания, как постоянного тока, так и переменного. Сейчас в промышленности и быту в основном используется переменный ток – он попадает в наши дома от генераторов электрических станций по высоковольтным линиям.

Переменный ток, в отличие от постоянного, значительно легче преобразовывать в другое напряжение – для этого его пропускают через трансформаторы. Допустим, по линии электропередач идет ток, напряжением 10 тысяч Вольт, что для бытовых нужд очень много. Тогда он пропускается через трансформаторную будку и превращается в привычные 220 Вольт, которыми питается большинство домашней техники.

Второй отличительной особенность переменного тока является простота его производства в промышленных масштабах и возможность передачи с минимальными потерями на значительные расстояния.

Переходим дальше. Системный блок компьютера питается постоянным током низкого напряжения, который преобразуется блоком питания из переменного.
При использовании тестера нужно учитывать выше сказанное и запомнить 4 важных сокращений:

• ACA–обозначается сила тока переменного напряжения;
• ACV – обозначается переменное напряжение;
• DCA–обозначается сила тока переменного напряжения;
• DCV– обозначается постоянное напряжение.

От теории переходим к практике. Если присмотреться к циферблату измерительного прибора, то можно заметить, что он разделен на две части:

• одна часть – отвечает за измерение постоянного напряжения;
• вторая часть – отвечает за измерение переменного напряжения.

В левом нижнем углу на фотографии можно увидеть две буквы «DC» — они обозначают, что слева от положения «OFF», мультиметр измеряет постоянные значения силы и напряжения тока, а справа, соответственно, переменные показатели.
Для закрепления полученных знаний, рассмотрим пример использования мультитестера для замера емкости батареи для Биоса номиналом 3,3 Вольта.

Сначала вспоминаем теорию, что выставляемый предел на тестере должен быть выше, чем измеряемое значение. Батарея пропускает постоянный ток, а ее напряжение составляет 3,3 Вольта. Следовательно, вращаем круговой переключатель в зону постоянного тока и останавливаемся на значение 20 Вольт. Пример можно посмотреть на фотографии ниже.

Теперь берем исследуемый гальванический элемент, то есть батарейку для Биос, и прикладываем к ней измерительные «щупы». Пример можно посмотреть на фотографии ниже.

Как видим, на батарейке красным цветом отмечен плюс – к нему прикладываем красный измерительный «щуп», а к обратной стороне, соответственно, черный. Если перепутать полярность, то ничего катастрофического не произойдет – на экране появится результат со знаком минус.

Итак, замер произведен и что же на экране – значение 1,42. Это значит, что в батарейке сейчас только 1,42 Вольта, а заявлено, как мы знаем, 3. Следовательно, данный гальванический элемент можно смело отправлять в мусорное ведро. Если использовать далее такое питание, то после каждого выключения компьютера настройки Биоса будут автоматически сбрасываться.

Для каких еще целей можно применять этот прибор. К примеру, Вам нужно выяснить, как правильно подключить внешний разъем USB к материнской плате. У нас есть USB-разъем с 4 коннекторами:

• на одном коннекторе имеется надпись «+5», он используется для питания устройства;
• второй коннектор выступает в роли «земли»;
• остальные два коннектора применяются для передачи информации из флешки на компьютер и обратно.

На материнской плате имеется специальное место с контактами для подключения разъема USB. Находим его и видим, что там у нас аж восемь штырьков.

Каждая линия контактов соответствует одному выходу USB-разъема, то есть всего можно подключить два разъема. Чтобы USBуспешно работал и не сгорел, необходимо узнать, какие штырьки находятся под напряжением. Конечно, все можно сделать стандартным методом «научного тыка», но есть один нюанс, если перепутать штырек с напряжениям 5 Вольт и подсоединить к нему коннектор отвечающий за передачу информации, то придется попрощаться с подключаемой флешкой – она попросту сгорит.

Решить эту проблему нам поможет измерительный тестер. Включаем компьютер, если он был отключен, и запускаем мультиметр. Черный измерительный «щуп», отвечающий за «массу», прикладываем к металлическому корпусу системного блока. Далее с помощью «щупа» красного цвета последовательно касаемся всех ножек разъема материнской платы для USB.

Важно! При работе с измерительным «щупом» нужно быть предельно аккуратным, чтобы не закоротить два штырька, иначе можно сжечь USB-контроллер.

Проанализировав показатели всех штырьков, выяснилось, что два крайних имеют по 5 Вольт. Выключаем компьютер и заполняем разъем. Первыми одеваем контакты с маркировкой +5 Вольт, затем два кабеля для передачи данных и последними коннектор «земля». После визуального осмотра нужно включить системный блок. Чтобы проверить правильность действий, вставляем флеш-накопитель в один из только что подключенных к плате портов. Светодиод на флешке загорелся и пошла загрузка операционной системы, значит разъемы в порядке.

Переходим дальше.

Чтобы правильно, а главное эффективно пользоваться мультиметров, нужно знать, как с ним работать и буквально вызубрить следующие обозначения, которые встречаются на всех аналогичных измерителях, независимо от «навороченности» моделей.

Более дорогие и мощные цифровые мультиметры могут показывать емкость элементов и их индуктивность.

Емкость – это характеристика проводника, показывающая его способность накапливать электрический заряд. Измеряется в Фарадах.

Индуктивность – это зависимость между протекаемым по замкнутому контуру током и магнитным потоком, проходящим через его поверхность. Измеряется в Генри.

Рассмотрим основные функции и указатели дискового переключателя. Для визуально восприятия откройте картинку в новой вкладке и по мере прочтения материала, сверяйтесь с положениями переключателя.

Движение начнем от отметки «ОFF» слева-направо. Положение «OFF» мы уже встречали выше – оно означает, что устройство сейчас выключено.

Переходим на шкалу переменного тока. Первая позиция после положения «OFF» — это 600 Вольт. Она чаще всего используется для замеров в бытовой электрической сети (стандартные показатели домашней сети – переменный ток и напряжения 220 Вольт).

Переходим к практическим занятиям. Важно при этом придерживаться техники безопасности – напряжение 220 и 600 Вольт представляют опасность для жизни.

При замере напряжения через розетку, порядок размещения измерительных «щупов» не имеет принципиального значения.

Движемся дальше. Следующая позиция кругового переключателя – это 200 Вольт. В этом положении совать «щупы» в розетку не стоит, в лучшем случае сработает предохранитель, в худшем – сгорит мультиметр.

Правее от значения 200 Вольт находится та же цифра 200, но уже с приставкой «µ». Эта буква означает микроампер. Данные значения используются в различных электрических схемах.

Следующая позиция по шкале – это 2mили два миллиампера. Чаще всего этот показатель используется при замерах силы тока в транзисторах. За ним идет значение 200m, что аналогично предыдущему показателю, но отсчет стартует с двухсот миллиампер.

За миллиамперами следуют уже целые значения – 10 Ампер. Так сказать начинается территория высоких токов, поэтому измерительный «щуп» необходимо переключить в другое гнездо. Оно отмечено маркировкой «10ADC».

Мультитестер можно применять и для замеров значений «hFE» транзисторов с различной степенью проходимости. Рассмотрим на примере один из них.

Три ножки транзистора вставляем в соответствующие гнезда устройства. Нужно запомнить, что:

• B – это база;
• C – это коллектор;
• Е – это эмиттер

Переходим к значку акустической волны, то есть прозвонки линии по короткому замыканию. Для чего это нужно? Рассмотрим один пример.

На следующей фотографии приведен последний этап заключительной части прокладки СКС

Витая пара, состоящая из 100 кабелей, закрепленный в пространстве подвесного потолка.

Представьте ситуацию, что часть кабелей не была подписана. В итоге получается, что на другом конце здания нельзя определить, какому кабелю принадлежит данное окончание. Вот такая незадача.

Вот этом случае, специальный режим прозвона на короткое замыкание и пригодится. Все что нужно – это организовать то самое замыкание. В слаботочных сетях, к которым относятся и компьютерные, это не представляет опасности.

С обеих сторон на концах кабелей необходимо снять защитное покрытие, затем выбирается конкретный кабель и скручивается в пару с другими аналогичными проводниками.

Теперь переходим к «лапше», свисающей с потолка, и переключаем мультиметр в нужно положение.

Затем начинаем прозванить каждый неподписанный кабель. Естественно – выбираем пары цвета, аналогичного скрученнным на другом конце. Один из тестируемых проводников отзовется на усилия особым «писком», сигнализируя, таким образом, о замыкании линии. Граница срабатывания мультитестера – 70 Ом. Если сопротивление между щупальцами меньше, то тестер издает специфический звуковой сигнал.

Порядок прикладывания измерительных «щупов» в данном случае не особо важен. Конечно, правильней использовать в данном методе резистор и измерять его сопротивление через линию, но в сложившейся ситуации, приведенный метод, и проще, и быстрее.

Рассмотрим данную процедуру на трех типах кабеля:

• обжатый сетевой кабель;
• кабель типа VGA;
• силовой кабель компьютера.

Начнем с обжатого сетевого кабеля. Берем один «щуп» и прикладываем его к первой жиле коннектора, а второй, соответственно, ко второй жиле. Не забываем перевести прибор в режим «прозвона».

Примечание: измерительные «щупы» тестера должны быть довольно тонкими, чтобы добраться до пластинок коннектора.

Если обрыва нет, то после замыкания, мультиметр издаст звуковой сигнал. Аналогичным способом проверяются остальные пары.
Теперь проверим VGAкабель, который применяется для передачи сигнала с видеокарты на монитор. Для этого один щуп тестера прикладывается к штырьку в первом разъеме, а второй – к штырьку во втором.

Важно! Щуп должен касаться только самого штырька. Если его приложить ко внутренней стороне разъема, то звуковой сигнал будет раздаваться независимо от того, какой штырек закорачивается.

Переходим к силовому кабелю компьютера. Любой щуп измерительного устройства вставляется в разъем на одном его конце, а второй прикладывается к одному из выходов вилки кабеля.

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов

Задумайтесь: что вам прежде всего хотелось бы понять, когда вы смотрите на измерительный прибор? Скорее всего, это будет его назначение. «Если оно похоже на утку, двигается как утка и крякает как утка, то это, должно быть, и есть утка». Но с техническими приборами задача резко усложняется. Легко по внешнему виду узнать весы, какими бы они ни были: рычажными, пружинными, или электронными. Можно прикинуть, что если измерительный прибор круглый и расположен вертикально, то, наверное, он измеряет какие-то параметры жидкости или газа, из которых первыми приходят в голову расход и давление. Конечно, мы так или иначе представляем счетчики электрической энергии. Но что, если мы зайдем в электротехническую лабораторию или трансформаторную будку?

Электричество – вещь необыкновенная. Оно невидимо, но может совершать колоссальную работу и обладает рядом параметров со своими единицами измерения:

• Напряжение: В или V – вольт
• Ток: А — ампер
• Мощность:
• Активная: Вт или W – ватт
• Реактивная: вар или var
• Полная: В·А или VA – вольт-ампер
• Коэффициент активной и реактивной мощности: безразмерная величина
• Энергия: кВт·ч или kWh – киловатт-час, реже – Дж или J — джоуль
• Угол сдвига фаз между током и напряжением: ° — градусы, от -90° до +90°
• Количество фаз: в квартирах – 1, в трансформаторных подстанциях и электрощитах – 3, в некоторых электроприемниках (например, компьютерах) количество фаз может доходить до 24
• Частота: Гц или Hz – герц.

Электричество передается по проводникам и преобразовывается различными электроустановками, у которых есть свои характеристики:

• Сопротивление: активное и реактивное, а также полное, называемое импедансом — Ом
• Емкость: Ф или F — фарад
• Индуктивность: Гн или H — генри
• Магнитная индукция: Тл или T — тесла

Соответственно, каждый параметр требует своего измерительного прибора. Например, прибор для измерения постоянного тока может не подходить для измерения переменного. Или прибор может не выдержать прикладываемого напряжения, хотя может выдержать измеряемый ток. Для этого рядом со шкалой наносят условные обозначения, которые зафиксированы в ГОСТ 23217-78. Приведем некоторые из них. Начнем с тока:

Рис.1 — Условные обозначения тока

Перейдем к классам испытательного напряжения: это напряжение, которое может выдержать изоляция данного прибора. Если измеряется в кВ – киловольтах, т.е. тысячах вольт, то значение указывается внутри звездочки.

Рис.2 — Условные обозначения классов испытательного напряжения

Далее посмотрим на условные обозначения принципа действия аналоговых измерительных приборов, то есть приборов, в которых значение измерения может принять любое значение в пределах шкалы, грубо говоря, это «стрелочные» приборы. О том, каким образом происходит преобразование электрической величины в показания прибора, говорилось в этой статье.

Надо обращать внимание на приведенные ниже символы, когда дело касается рода тока или напряжения: постоянные они или переменные. Например, магнитоэлектрическим прибором измеряют постоянные величины. Если этими приборами измерять переменный ток, стрелка начнет дрожать около нулевого показания шкалы. Электромагнитными приборами могут измеряться как постоянные, так и переменные величины. Ферродинамические приборы менее точны, но зато просты и могут использоваться в щитах, расположенных в местах с повышенной тряской и вибрациями. Индукционные приборы применялись во времена СССР как счетчики электрической энергии. Электростатические приборы имеют высочайшие классы точности (0.005) и выпускаются на напряжения в милливольты и киловольты.

Рис.3 — Обозначение приборов

Класс точности прибора помещают в круг на циферблате, записывают перед ГОСТом или через дробную черту вроде 0,02/0,01. Для определения погрешности с помощью значений класса точности используют определенные формулы, которые находятся в справочниках или ГОСТ 8.401-80.  И, конечно, надо отметить знаки  и ⊥, что означает соответственно положение (шкалы) прибора горизонтально и вертикально.

Рис.4,5 — Панель приборов

Огромное количество производителей и колоссальное разнообразие моделей цифровых электроизмерительных приборов не позволяет в этой статье охватить весь спектр их обозначений, но общие принципы просты: главное – правильно выбрать род тока или напряжения и предел измерения, и, разумеется, соблюдать технику безопасности. О цифровых приборах, которыми мы пользуемся в «ТМРсила-М», читайте здесь.

Как видно, электрические измерения – ответственная работа, требующая понимания метрологии, электротехники, а также электроники и магнитных систем. Если вы хотите провести качественные электрофизические измерения, обращайтесь к специалистам в «ТМРсила-М». 

7. Несколько слов о «полярности» переменного тока | 2. Комплексные числа | Часть2

7. Несколько слов о «полярности» переменного тока

Несколько слов о «полярности» переменного тока

Комплексные числа полезны для анализа цепей переменного тока, поскольку они обеспечивают удобный метод символического обозначения фазового сдвига между такими величинами как напряжение и ток. Однако, большинство людей не совсем понимают эквивалентность между абстрактными векторами и реальными величинами цепи. Ранее мы с вами видели, что значение переменного напряжения обозначается комплексным числом (величина и фазовый угол), а так же полярностью. Так как у переменного напряжения не существует полярностей в том же понимании, что и у постоянного напряжения, маркировка этих полярностей и их отношение к фазовому углу может немного вас запутать. Данная статья написана с целью прояснения некоторых из этих вопросов.

Напряжение по своей сути является относительной величиной. При измерении напряжения у нас есть выбор того, как мы подсоединим вольтметр или другой измерительный прибор к источнику этого напряжения, поскольку существуют две точки, между которыми есть напряжение, и два щупа, которыми мы подключаем прибор. Полярность источников напряжения и других напряжений в цепях постоянного тока обозначается в явном виде, используя знаки «+» и «-«, а для их измерения используются щупы измерительных приборов с соответствующей цветовой маркировкой (красный и черный). Если цифровой вольтметр показывает отрицательное постоянное напряжение, то мы знаем, что его щупы подключены «обратно» напряжению (красный щуп подключен к «-«, а черный — к «+»).

Полярность батареи можно определить по ее схематическому обозначению: сторона батареи с короткой линией имеет отрицательную полярность (-), а с длинной линией — положительную (+):

Обозначение напряжения батареи отрицательным числом и обратной полярностью тоже будет математически правильным, но это решение не является традиционным:

Интерпретация такого обозначения может быть более понятной, если знаки «+» и «-» полярности рассматривать в качестве ориентиров для щупов вольтметра, где «+» означает «красный», а «-» — «черный». Вольтметр, подключенный к вышеуказанной батарее красным щупом за нижнюю клемму, а черным — за верхнюю, действительно покажет отрицательное напряжение (-6 В). Такая форма записи и интерпретации на самом деле не столь необычна, как вы думаете. Она часто встречается в задачах анализа цепей постоянного тока, в которых полярности «+» и «-» первоначально проставляются в соответствии с базовыми предположениями, а потом интерпретируются как правильные или «обратные» в соответствии с математическими расчетами.

В цепях переменного тока мы не имеем дел с «отрицательными» величинами напряжений. Вместо этого мы описываем, в какой степени одно напряжение помогает или противодействует другому по фазе (временной сдвиг между двумя волнами). Мы никогда не описываем переменные напряжения отрицательными числами, так как полярная форма представления позволяет векторам указывать в противоположных направлениях. Если одно переменное напряжение полностью противодействует другому, то мы говорим, что они не совпадают друг с другом по фазе на 180 градусов.

Как известно, напряжение всегда соотносится с двумя точками цепи, поэтому у нас есть выбор способа подключения измерительного прибора к этим точкам. Математический знак показаний вольтметра постоянного напряжения зависит только от варианта подключения его щупов к испытываемой схеме: к какой точке будет подключен красный щуп, и к какой точке — черный. Аналогично, фазовый угол переменного напряжения зависит только от того, какая из двух точек цепи будет выбрана в качестве «опорной». Благодаря этому факту, знаки «+» и «-» часто отображаются в электрических схемах на выводах источников переменного напряжения, чтобы дать систему отсчета для фазовых углов.

Давайте рассмотрим эти принципы более наглядно. Сначала мы рассмотрим показания вольтметра постоянного напряжения в зависимости от варианта подключения его щупов к цепи:

Математический знак, отображаемый на дисплее цифрового вольтметра, зависит только от варианта подключения его щупов. А теперь, используя вольтметр мы определим, как работают два источника постоянного напряжения, маркировка полярностей на которых отсутствует (помогают или противодействуют друг другу). Для начала, произведем замер напряжения на первом источнике:

Первое измерение, показавшее +24 вольта на левом источнике постоянного напряжения, говорит нам о том, что черный щуп измерительного прибора действительно подключен к отрицательной клемме данного источника, а красный щуп действительно подключен к его положительной клемме. Таким образом, мы узнали напряжение и полярность источника № 1:

Далее, произведем замер напряжения на втором источнике:

Второе измерение, показавшее отрицательное значение напряжения (-17 вольт) на правом источнике, говорит нам о том, что черный щуп прибора фактически подключен к положительному контакту источника, а красный щуп — к отрицательному. Таким образом, мы узнали напряжение и полярность источника № 2:

Любому опытному радиолюбителю должно быть очевидно, что эти источники подключены противоположно друг другу. По определению, противоположные напряжения вычитаются друг из друга, а значит, отняв 17 вольт от 24 вольт, мы получим общее напряжение равное 7 вольтам.

С другой стороны, мы можем отобразить эти два источника в виде прямоугольников, обозначив их напряжения и полярности в соответствии с тем, как мы подключали щупы измерительного прибора, и какие показания получили:

На этой схеме мы видим, что полярности источников напряжения (отображенные в соответствии с вариантом подключения щупов измерительного прибора) указывают нам на их совместную работу (они помогают друг другу). По определению, напряжения действующих совместно источников складываются, а значит, прибавив к 24 вольтам -17 вольт, мы получим то же самое общее напряжение равное 7 вольтам. Таким образом, вне зависимости от того, как мы обозначим полярности (истинные или в соответствии с подключением щупов измерительного прибора) и математические знаки величин напряжений, общее напряжение (полученное в результате сложения или вычитания этих величин) всегда будет одинаковым. Из всего этого можно сделать вывод, что обозначение полярностей служит отсчетом для написания математических знаков величин напряжений в соответствующем контексте.

То же самое справедливо и для переменных напряжений, за исключением  того, что вместо математического знака здесь ставится фазовый угол. Для связи друг с другом переменных напряжений с разными фазовыми углами нам также понадобится обозначить полярность, которая как раз и будет выступать отсчетом для фазовых углов этих напряжений.

Давайте в качестве примера рассмотрим следующую схему:

Обозначение полярностей в данной схеме говорит о том, что эти два источника действуют совместно (помогают друг другу). Чтобы определить общее напряжение, мы должны сложить 10 В ∠ 0° и 6 В ∠ 45°, получив при этом 14,861 В ∠ 16.59°. Однако, можно представить 6-вольтовый источник и в виде 6 В ∠ 225° с обратным набором полярностей. В результате мы все равно получим то же самое общее напряжение:

6 В ∠ 45° с отрицательным знаком слева и положительным справа эквивалентно 6 В ∠ 225° с положительным знаком слева и отрицательным справа: разворот полярности обеспечивается добавлением 180° к фазовому углу:

В отличии от источников постоянного напряжения, условные обозначения которых явно показывают полярности при помощи длинных и коротких линий, условные обозначения источников переменного напряжения явного отображения полярностей не имеют. Полярности этих источников обозначаются на схеме дополнительными знаками «+» и «-«, «правильного» способа размещения которых не существует. Однако, при помощи этих знаков фазовый угол данного источника напряжения связывается с фазовыми углами других напряжений.

Иконки высокого напряжения — 253 бесплатные векторные иконки

• Авторы
• Пакеты

• Дополнительные инструменты
  

  Прочие товары

  Freepik
  Бесплатные векторы, фото и PSD

  Онлайн-редактор Freepik
  Редактируйте свои шаблоны Freepik

  Slidesgo
  Бесплатные шаблоны для презентаций

  Рассказы
  Бесплатные редактируемые иллюстрации

  Инструменты

Высокое напряжение — Бесплатные значки

• Авторы
• Пакеты

• Дополнительные инструменты
  

  Прочие товары

  Freepik
  Бесплатные векторы, фото и PSD

  Онлайн-редактор Freepik
  Редактируйте свои шаблоны Freepik

  Slidesgo
  Бесплатные шаблоны для презентаций

  Рассказы
  Бесплатные редактируемые иллюстрации

  Инструменты

Цифровая изоляция для приводов двигателей переменного напряжения

Изоляция является неотъемлемой частью приводов двигателей переменного напряжения.Существует несколько методов обеспечения гальванической развязки, в первую очередь, используются оптопары и цифровые изоляторы. Использование цифровых изоляторов дает несколько преимуществ по сравнению с традиционными оптопарами, некоторые из которых включают снижение стоимости, количество компонентов и повышенную надежность. В этой статье будут сравниваться методы изоляции в традиционной конструкции контроллера мотора, чтобы подчеркнуть преимущества цифровых изоляторов.

Оптопара против. Цифровой изолятор фона

Оптопары

используют свет от светодиодов для передачи данных через изолирующий барьер на фотодиод.Когда светодиод включается и выключается, на электрически изолированной стороне фотодиода генерируются логические сигналы высокого и низкого уровня. Скорость оптопары напрямую связана со скоростью фотодиода детектора и временем, которое требуется для зарядки его емкости диода. Один из способов повысить скорость — увеличить ток светодиода, но это происходит за счет повышенного энергопотребления.

Напротив, цифровые изоляторы на основе трансформаторов используют трансформаторы для магнитной связи данных через изолирующий барьер.Трансформаторы пропускают ток через катушку для создания небольшого локализованного магнитного поля, которое индуцирует ток в другой катушке. Скорость передачи в трансформаторах по своей природе намного выше, чем в оптронах. Трансформаторы также являются дифференциальными и обеспечивают отличную устойчивость к синфазным переходным процессам. Кроме того, поскольку цифровые изоляторы основаны на трансформаторе, а оптопары — на светодиодах, цифровые изоляторы обеспечивают значительно лучшую надежность / MTTF по сравнению с оптопарами.

Изоляция в конструкции моторного привода

На рисунке 1 представлена ​​блок-схема высоковольтного привода управления двигателем FlexMC, разработанного Boston Engineering Corporation (http: // www.boston- engineering.com/), который взаимодействует с процессором управления смешанными сигналами ADSP-CM40x. Привод получает универсальный вход переменного тока, обеспечивает внешний интерфейс с коррекцией коэффициента мощности (PFC) и приводит в действие синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM), обеспечивая необходимую обратную связь для сенсорного или бессенсорного управления, работающего на ADSP-CM40x, ARM ^® Cortex ^™ -M4 Процессор управления смешанными сигналами с 16-битным высокоточным аналоговым интерфейсом. В центре находится изолирующий барьер между силовой электроникой высокого напряжения и контроллером.Силовая электроника двигателя находится под высоким потенциалом напряжения, в то время как процессор ADSP-CM40x привязан к заземлению, поэтому необходима изоляция. В этой статье будет рассмотрено, как выбор цифровых изоляторов вместо оптронов улучшает эту конструкцию.

Рисунок 1. Блок-схема управления двигателем.

Два критических аппаратных элемента для системы управления двигателем с обратной связью — это выходы контроллера с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и обратная связь по фазному току двигателя. Эти сигналы, как показано на блок-схеме, проходят через изолирующий барьер.Кроме того, есть несколько других функций, которые выиграли от использования изоляторов, включая цифровую связь и низковольтное, маломощное, изолированное преобразование постоянного тока в постоянное.

Изоляция ШИМ

Широтно-импульсная модуляция силового каскада лежит в основе всех моторных приводов. Частоты переключения обычно находятся в диапазоне от 10 кГц до 20 кГц. Точный контроль ширины импульса, мертвого времени и межканальной задержки имеет решающее значение при оптимизации характеристик управления. При выборе подходящего устройства развязки для сигналов управления ШИМ цифровые изоляторы обеспечивают значительные преимущества в производительности и стоимости по сравнению с сопоставимыми вариантами оптопар (см. Сравнительную таблицу в таблице 1).2) 0,5 0,45 Стоимость при количестве 1 тыс. Долл. США 3,98 9,72 Количество компонентов 2 6 Максимальная скорость (Мбит / с) 90 50 Максимальная задержка распространения (нс) 32 650 Время нарастания / спада на выходе (нс) 2.6 часов) 318 12,7 Мощность (мВт) 15 105

Например, контроллеры вводят мертвое время между сигналами переключения, чтобы предотвратить одновременное проведение пар транзисторов на стороне высокого и низкого уровня (т. Е. Сквозное прохождение). Это мертвое время является функцией задержек включения / выключения силовых переключателей и неопределенности задержки, вносимой изолирующими цепями.Цифровой изолятор ADuM1310 обеспечивает межканальное согласование всего 2 нс по сравнению с 500 нс для оптопар. Использование цифровых изоляторов позволяет значительно сократить мертвое время, тем самым улучшая характеристики силового инвертора. Более того, как видно из сравнительной таблицы, помимо производительности ADuM1310 обеспечивает гораздо более интегрированное решение, уменьшающее количество компонентов и стоимость спецификации.

Фазные токи двигателя

В большинстве современных моторных приводов в качестве первичной обратной связи используется фазный ток двигателя.Чтобы обеспечить непрерывную обратную связь, шунтирующие резисторы с очень низким сопротивлением подключены последовательно с фазами двигателя. Однако это усложняет попытки измерить сигналы уровня милливольт и синфазные колебания напряжения в сотни вольт, переключаясь на высокой частоте с быстрым dv / dt. В этой конструкции использовались два изолированных Σ-Δ модулятора AD7401A для измерения тока обмотки двигателя, а затем цифровой поток битов обрабатывается схемой цифровой фильтрации на ADSP-CM40x. Встроенный sinc-фильтр на ADSP-CM40x позволяет без клея подключать изолированные модуляторы Σ-Δ.Ток третьей фазы может быть получен математически из двух других, чтобы сэкономить на рассеиваемой мощности и стоимости компонентов. AD7401A содержит в одном корпусе дифференциальный каскад слежения и удержания, Σ-Δ модулятор и цифровую развязку. Аналоговый сигнал на стороне высокого напряжения преобразуется в поток цифровых последовательных данных, который затем передается через изолирующий барьер на сторону низкого напряжения. AD7401A также имеет входной провод тактового сигнала, который позволяет проводить измерения на каждом устройстве одновременно с одним источником тактового сигнала.Как видно из таблицы 2, существуют оптопары с аналогичным уровнем интеграции и стоимостью, однако технология цифрового изолятора по-прежнему обеспечивает лучшее энергопотребление, быстродействие и надежность, основанные на фундаментальной конструкции устройств в дополнение к превосходным характеристикам модулятора AD7401A.

Цифровая связь

I ² C — это двухпроводной многоточечный интерфейс связи, который часто используется для обеспечения возможности расширения цифрового или аналогового ввода-вывода для контроллера. Этот подход обычно зарезервирован для «служебных» функций, которые периодически контролируются или обновляются. Плата высокого напряжения FlexMC использует интерфейс I ² C для связи с контроллером PFC, а также с АЦП, контролирующим напряжение шины, ток шины и температуру IGBT.ADuM1250 позволяет контролировать все эти функции на стороне высокого напряжения с помощью контроллера ADSP-CM40x, используя только двухпроводной периферийный интерфейс через единственный изолятор. Напротив, не существует единого устройства с оптопарой, которое могло бы обеспечить изоляцию I ² C. В результате, как видно из Таблицы 3, ADuM1250 представляет собой очевидный выбор среди вариантов оптопары для изоляции I ² C по причинам стоимости, размера, количества компонентов и производительности.

Изолированный источник питания

Другая область, где использование технологии цифровых изоляторов пошло на пользу этой конструкции, — это создание изолированных источников питания очень низкого уровня.Два устройства ADuM5000 использовались для генерации изолированных источников питания 5 В с выходной мощностью до 500 мВт. Они использовались для питания аналоговой стороны преобразователей Σ-Δ, которые плавают вместе с быстро изменяющимся напряжением двигателя. Эти изолированные источники питания используют ту же технологию, что и изоляторы данных, поэтому они имеют внутреннее переключение трансформатора на частоте 180 МГц. Эта частота на три порядка выше, чем у стандартных преобразователей постоянного тока, что позволяет использовать их гораздо меньшего размера. Устройства ADuM5000 — это простой способ обеспечить маломощное изолированное напряжение в корпусе SOIC-16.

ИС для контроля тока / напряжения / мощности | Технология Microchip

Системные проектировщики знают, что прежде чем они смогут управлять мощностью, им необходимо ее измерить. Наши ИС монитора мощности измеряют мощность, напряжение, ток и накопление энергии. Для контроля мощности от 0 до 40 В наши датчики тока высокого напряжения включают интерфейс I ² C, который идеально подходит для встроенных вычислений, сетей, промышленного и искусственного интеллекта. Чтобы опередить тепловую кривую, мы также предлагаем несколько устройств, в которых встроены датчики тока и температуры.

Ключевые преимущества наших решений для мониторинга мощности

• Рассчитайте мощность, уменьшив накладные расходы кода хоста
• Не требуйте схем фильтрации, сокращая затраты на схемы
• Выборка до 2 секунд для лучшего понимания энергопотребления
• Обнаружение пиков с настройкой продолжительности для обеспечения уникального энергетического оповещения

Рекомендуемые ИС монитора мощности

PAC1921

• Цифровой и аналоговый выход для прототипирования
• Точность измерения мощности 1%
• Встроенное измерение средней мощности

Учить больше

EMC1702

• Встроенные датчики температуры
• Обнаружение пиков по амплитуде и продолжительности
• Точность измерения тока 1%

Учить больше

PAC1934

• Счетверенный датчик мощности / тока
• Накапливает показания в течение 36 часов
• От 1 мА до 10 А без изменения конфигурации

Учить больше

Рекомендуемые ИС для контроля мощности переменного тока

MCP39F511A

• Микросхема контроля мощности постоянного и переменного тока в двух режимах
• Автоматическое определение и переключение между режимами питания
• 0.Погрешность 1% в динамическом диапазоне 4000: 1

Учить больше

MCP39F511N

• Двухканальная однофазная ИС контроля мощности
• Погрешность 0,5% в динамическом диапазоне 4000: 1
• Шесть программируемых уведомлений о событиях

Учить больше

MCP39F521

• IC контроля однофазной мощности
• Погрешность 0,1% в динамическом диапазоне 4000: 1
• До четырех устройств на одной шине

Учить больше

MCP6N11, MCP6V26, MCP6V27

MCP3301, MCP41010, MCP6S26, PIC18F2550

Мониторы мощности / тока Видеоканал

.