Переменный постоянный ток ac dc: Электрический двигатель — Electric motor

Электрический двигатель — Electric motor

Машина приводится в действие электричеством, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию (вращение)

Анимация, показывающая работу щеточного электродвигателя постоянного тока.

Электродвигатель является электрической машиной , которая преобразует электрическую энергию в механическую энергию . Большинство электродвигателей работают за счет взаимодействия между магнитным полем двигателя и электрическим током в обмотке провода для создания силы в виде крутящего момента, приложенного к валу двигателя. Электродвигатели могут питаться от источников постоянного тока (DC), таких как батареи, автомобили или выпрямители, или от источников переменного тока (AC), таких как электросеть, инверторы или электрические генераторы. Электрический генератор механически идентичен электрический двигатель, но работает с обратным потоком мощности, преобразование механической энергии в электрическую энергию.

Электродвигатели можно классифицировать по таким критериям, как тип источника питания, внутренняя конструкция, применение и тип выходного движения.

В дополнение к типам переменного и постоянного тока двигатели могут быть щеточными или бесщеточными , могут иметь различную фазу (см. Однофазные , двухфазные или трехфазные ) и могут иметь воздушное или жидкостное охлаждение. Двигатели общего назначения стандартных размеров и характеристик обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые большие электродвигатели используются для движения судов, сжатия трубопроводов и гидроаккумулирующих устройств с номинальной мощностью до 100 мегаватт. Электродвигатели используются в промышленных вентиляторах, нагнетателях и насосах, станках, бытовых приборах, электроинструментах и ​​дисководах. Маленькие моторы можно найти в электрических часах.

В некоторых приложениях, например, при рекуперативном торможении с помощью тяговых двигателей , электродвигатели могут использоваться в обратном направлении в качестве генераторов для восстановления энергии, которая в противном случае могла бы быть потеряна в виде тепла и трения.

Электродвигатели создают линейную или вращательную силу ( крутящий момент ), предназначенную для приведения в движение какого-либо внешнего механизма, такого как вентилятор или лифт. Электродвигатель обычно предназначен для непрерывного вращения или для линейного перемещения на значительное расстояние по сравнению с его размером. Магнитные соленоиды создают значительную механическую силу, но на рабочем расстоянии, сопоставимом с их размером. Преобразователи, такие как громкоговорители и микрофоны, преобразуют электрический ток и механическую силу для воспроизведения сигналов, например речи. По сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания (ДВС) электродвигатели легче, физически меньше, обеспечивают большую выходную мощность, механически проще и дешевле в сборке, обеспечивая мгновенный и постоянный крутящий момент на любой скорости, с большей отзывчивостью, более высокой общей эффективностью и меньшее тепловыделение. Однако электродвигатели не так удобны или распространены, как ДВС в мобильных приложениях (например, в автомобилях и автобусах), поскольку для них требуется большая и дорогая батарея, а для ДВС требуется относительно небольшой топливный бак.

Вид в разрезе через статор асинхронного двигателя.

История

Ранние моторы

Электромагнитный эксперимент Фарадея, 1821 г.

Первые электродвигатели были простыми электростатическими устройствами, описанными в экспериментах шотландского монаха Эндрю Гордона и американского экспериментатора Бенджамина Франклина в 1740-х годах. Теоретический принцип, лежащий в их основе, закон Кулона , был открыт, но не опубликован, Генри Кавендишем в 1771 году. Этот закон был независимо открыт Шарлем-Огюстеном де Кулоном в 1785 году, который опубликовал его, так что теперь он известен под его именем. Изобретение Алессандро Вольта в 1799 году электрохимической батареи сделало возможным производство постоянных электрических токов. После открытия Гансом Кристианом Эрстедом в 1820 году взаимодействия между таким током и магнитным полем, а именно электромагнитного взаимодействия , вскоре был достигнут большой прогресс. Андре-Мари Амперу потребовалось всего несколько недель, чтобы разработать первую формулировку электромагнитного взаимодействия и представить силовой закон Ампера , описывающий возникновение механической силы при взаимодействии электрического тока и магнитного поля.

Первую демонстрацию эффекта с вращательным движением дал Майкл Фарадей в 1821 году. Свободно висящий провод был погружен в бассейн с ртутью, на который был помещен постоянный магнит (ПМ) . Когда через провод пропускался ток, он вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывает близкое круговое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в физических экспериментах, заменяя (токсичную) ртуть рассолом . Колесо Барлоу было ранним усовершенствованием этой демонстрации Фарадея, хотя эти и подобные униполярные двигатели оставались непригодными для практического применения до конца века.

Jedlik «s„собственная электромагнитная ротор“, 1827 (Музей прикладного искусства, Будапешт). Исторический мотор отлично работает и сегодня.

В 1827 году венгерский физик Аньош Йедлик начал эксперименты с электромагнитными катушками . После того, как Джедлик решил технические проблемы непрерывного вращения с изобретением коммутатора , он назвал свои ранние устройства «электромагнитными самовращающимися роторами». Хотя они использовались только для обучения, в 1828 году Джедлик продемонстрировал первое устройство, содержащее три основных компонента практических двигателей постоянного тока: статор , ротор и коммутатор. В устройстве не использовались постоянные магниты, так как магнитные поля как стационарных, так и вращающихся компонентов создавались исключительно токами, протекающими через их обмотки.

Двигатели постоянного тока

Первый коммутаторный электродвигатель постоянного тока, способный вращать механизмы, был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1832 году. Следуя работе Стерджена, американский изобретатель Томас Дэвенпорт построил электродвигатель постоянного тока коммутаторного типа , который он запатентовал в 1837 году. со скоростью до 600 оборотов в минуту, а также механизированные станки и печатный станок. Из-за высокой стоимости энергии первичной батареи двигатели не имели коммерческого успеха и обанкротили Davenport. Несколько изобретателей последовали за Sturgeon в разработке двигателей постоянного тока, но все столкнулись с одними и теми же проблемами стоимости батарей.

Поскольку в то время не было системы распределения электроэнергии, для этих двигателей не существовало практического коммерческого рынка.

После многих других более или менее успешных попыток с относительно слабым вращающимся и возвратно-поступательным устройством прусский Мориц фон Якоби в мае 1834 года создал первый настоящий вращающийся электродвигатель. Он развил замечательную механическую выходную мощность. Его мотор установил мировой рекорд, который Якоби улучшил четыре года спустя, в сентябре 1838 года. Его второй мотор был достаточно мощным, чтобы переправить лодку с 14 людьми через широкую реку. Также в 1839/40 году другим разработчикам удалось создать двигатели с аналогичными, а затем и более высокими характеристиками.

В 1855 году Джедлик построил устройство, основанное на принципах, аналогичных тем, которые использовались в его электромагнитных роторных двигателях, которое было способно выполнять полезную работу. В том же году он построил модель электромобиля .

Важный поворотный момент наступил в 1864 году, когда Антонио Пачинотти впервые описал кольцевой якорь (хотя первоначально он был задуман как генератор постоянного тока, то есть динамо-машина). Он имел симметрично сгруппированные катушки, замыкающиеся друг на друга и подключенные к шинам коммутатора, щетки которого подавали практически не флуктуирующий ток. Первые коммерчески успешные двигатели постоянного тока последовали за разработками Зеноба Грамма, который в 1871 году заново изобрел конструкцию Пачинотти и принял некоторые решения от Вернера Сименса .

Выгода для машин постоянного тока появилась благодаря открытию обратимости электрической машины, о которой Сименс объявил в 1867 году и которую наблюдал Пачинотти в 1869 году. Грамм случайно продемонстрировал это на Всемирной выставке в Вене 1873 года , когда он соединил два таких Устройства постоянного тока на расстоянии до 2 км друг от друга, используя одно из них как генератор, а другое как двигатель.

Барабанный ротор был представлен Фридрихом фон Хефнер-Альтенеком из Siemens & Halske для замены кольцевой арматуры Пачинотти в 1872 году, что повысило эффективность машины. В следующем году компания Siemens & Halske представила многослойный ротор, благодаря чему удалось снизить потери в стали и повысить наведенное напряжение. В 1880 году Йонас Венстрём снабдил ротор пазами для размещения обмотки, что еще больше повысило эффективность.

В 1886 году Фрэнк Джулиан Спраг изобрел первый практический двигатель постоянного тока, неискрящее устройство, которое поддерживало относительно постоянную скорость при переменных нагрузках. Другие электрические изобретения Sprague примерно в это время значительно улучшили распределение электроэнергии в сети (предыдущая работа была проделана, когда использовалась Томасом Эдисоном ), позволили вернуть энергию от электродвигателей в электрическую сеть, обеспечив ее распределение между тележками через воздушные провода и опору троллейбуса. и предоставили системы управления электрическими операциями. Это позволило Спрэгу использовать электродвигатели для изобретения первой системы электрических тележек в 1887–1888 годах в Ричмонде, штат Вирджиния , электрического лифта и системы управления в 1892 году, а также электрического метро с вагонами с автономным приводом и централизованным управлением. Последние были впервые установлены в 1892 году в Чикаго на южной стороне надземной железной дороги , где они стали широко известны как « L ». Двигатель Спрэга и связанные с ним изобретения вызвали взрыв интереса к электродвигателям в промышленности. Разработка электродвигателей приемлемого КПД была отложена на несколько десятилетий из-за непонимания чрезвычайной важности воздушного зазора между ротором и статором. Эффективные конструкции имеют сравнительно небольшой воздушный зазор. Двигатель Сент-Луиса, долгое время использовавшийся в классах для иллюстрации принципов работы двигателя, крайне неэффективен по той же причине, а также не похож на современный двигатель.

Электродвигатели произвели революцию в отрасли. Промышленные процессы больше не ограничивались передачей энергии с использованием линейных валов, ремней, сжатого воздуха или гидравлического давления. Вместо этого каждая машина может быть оснащена собственным источником питания, обеспечивающим простое управление в месте использования и повышающим эффективность передачи энергии. Электродвигатели, применяемые в сельском хозяйстве, лишили силы мускулов человека и животных из таких задач, как обработка зерна или перекачка воды. Использование электродвигателей в быту (например, в стиральных машинах, посудомоечных машинах, вентиляторах, кондиционерах и холодильниках (замена ледяных ящиков )) сократило объем тяжелого домашнего труда и сделало возможными более высокие стандарты удобства, комфорта и безопасности. Сегодня электродвигатели потребляют более половины электроэнергии, производимой в США.

Двигатели переменного тока

В 1824 году французский физик Франсуа Араго сформулировал существование вращающихся магнитных полей , названных вращениями Араго , которые, вручную включая и выключая переключатели, Вальтер Бейли продемонстрировал в 1879 году как фактически первый примитивный асинхронный двигатель . В 1880-х годах многие изобретатели пытались разработать работоспособные двигатели переменного тока, потому что преимущества переменного тока в передаче высокого напряжения на большие расстояния были компенсированы невозможностью работы двигателей от переменного тока.

Первый асинхронный двигатель переменного тока без коммутатора был изобретен Галилео Феррарисом в 1885 году. Феррарис смог улучшить свою первую конструкцию, выпустив более совершенные установки в 1886 году. В 1888 году Королевская академия наук Турина опубликовала исследование Феррариса, в котором подробно описывались основы двигателя. операции, при этом в то время заключив, что «устройство, основанное на этом принципе, не может иметь никакого коммерческого значения в качестве двигателя».

Возможное промышленное развитие было предвидено Никола Тесла , который независимо изобрел свой асинхронный двигатель в 1887 году и получил патент в мае 1888 года. В том же году Тесла представил AIEE свою статью «Новая система для двигателей и трансформаторов переменного тока», в которой описывались три запатентованных Типы двухфазных четырехполюсных двигателей: один с четырехполюсным ротором, образующим несамозапускающийся реактивный двигатель , другой с фазным ротором, образующим самозапускающийся асинхронный двигатель , а третий — истинный синхронный двигатель с отдельным подача возбужденного постоянного тока на обмотку ротора. Однако в одном из патентов, поданных Теслой в 1887 году, также был описан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Джордж Вестингауз , который уже приобрел права у Ferraris (1000 долларов США), быстро купил патенты Tesla (60 000 долларов США плюс 2,50 доллара США за проданную мощность до 1897 года), нанял Tesla для разработки своих двигателей и поручил CF Скотту помочь Tesla; однако в 1889 году Тесла ушел для других занятий. Было обнаружено, что асинхронный двигатель переменного тока с постоянной скоростью не подходит для уличных автомобилей, но инженеры Westinghouse успешно адаптировали его для работы на горнодобывающих предприятиях в Теллуриде, штат Колорадо, в 1891 году. Westinghouse впервые применил индукционный двигатель. в 1892 году и разработал линейку многофазных асинхронных двигателей с частотой 60 Гц в 1893 году, но эти ранние двигатели Westinghouse были двухфазными двигателями с намотанными роторами. Позднее Б.Г. Ламме разработал ротор намотки с вращающимся стержнем.

Стойкий в своем продвижении трехфазной разработки, Михаил Доливо-Добровольский в 1889 году изобрел трехфазный асинхронный двигатель обоих типов с клетчатым ротором и ротором с пусковым реостатом, а также трехлепестковый трансформатор в 1890 году. между AEG и Maschinenfabrik Oerlikon Доливо-Добровольски и Чарльз Юджин Ланселот Браун разработали более крупные модели, а именно беличью клетку мощностью 20 л.с. и ротор с фазовой головкой 100 л.с. с пусковым реостатом. Это были первые трехфазные асинхронные двигатели, пригодные для практической эксплуатации. С 1889 года Венстрём начал аналогичные разработки трехфазных машин. На Международной электротехнической выставке во Франкфурте 1891 года была успешно представлена ​​первая трехфазная система для больших расстояний. Он был рассчитан на напряжение 15 кВ и простирался на 175 км от водопада Лауффен на реке Неккар. Электростанция Lauffen включала генератор переменного тока мощностью 240 кВт, 86 В, 40 Гц и повышающий трансформатор, а на выставке понижающий трансформатор питал трехфазный асинхронный двигатель мощностью 100 л. с., который приводил в действие искусственный водопад, что представляет собой передачу оригинала источник питания. Трехфазная индукция сейчас используется в подавляющем большинстве коммерческих приложений. Михаил Доливо-Добровольский утверждал, что двигатель Теслы был непрактичным из-за двухфазных пульсаций, которые побудили его продолжать свою трехфазную работу.

Компания General Electric начала разработку трехфазных асинхронных двигателей в 1891 году. К 1896 году General Electric и Westinghouse подписали соглашение о взаимном лицензировании на конструкцию ротора со стержневой обмоткой, позже названного ротором с короткозамкнутым ротором . Усовершенствования асинхронного двигателя, вытекающие из этих изобретений и инноваций, были таковы, что асинхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил в настоящее время имеет те же установочные размеры, что и двигатель мощностью 7,5 лошадиных сил в 1897 году.

Составные части

Ротор электродвигателя (слева) и статор (справа)

Ротор

В электродвигателе движущейся частью является ротор, который вращает вал для передачи механической энергии. В ротор обычно проложены проводники, по которым проходят токи, которые взаимодействуют с магнитным полем статора, создавая силы, вращающие вал. В качестве альтернативы некоторые роторы несут постоянные магниты, а статор удерживает проводники.

Подшипники

Ротор поддерживается подшипниками , которые позволяют ротору вращаться вокруг своей оси. Подшипники, в свою очередь, поддерживаются корпусом двигателя. Вал двигателя проходит через подшипники за пределы двигателя, где действует нагрузка. Поскольку силы нагрузки действуют за пределы самого внешнего подшипника, говорят, что нагрузка является выступающей .

Статора

Статор — это неподвижная часть электромагнитной цепи двигателя и обычно состоит из обмоток или постоянных магнитов. Сердечник статора состоит из множества тонких металлических листов, называемых пластинами. Ламинирование используется для уменьшения потерь энергии, которые могут возникнуть при использовании твердого сердечника. Двигатели со смолой, используемые в стиральных машинах и кондиционерах, используют демпфирующие свойства смолы (пластика) для снижения шума и вибрации. Эти двигатели полностью покрывают статор пластиком .

Воздушный зазор

Расстояние между ротором и статором называется воздушным зазором. Воздушный зазор имеет важное значение и, как правило, минимален, так как большой зазор оказывает сильное отрицательное влияние на производительность. Это основной источник низкого коэффициента мощности, с которым работают двигатели. Ток намагничивания увеличивается с увеличением воздушного зазора. По этой причине воздушный зазор должен быть минимальным. Очень маленькие зазоры могут создавать механические проблемы в дополнение к шуму и потерям.

Явнополюсный ротор

Обмотки

Обмотки — это провода, уложенные в катушки , обычно намотанные вокруг многослойного магнитного сердечника из мягкого железа, чтобы образовывать магнитные полюса при подаче тока.

Электрические машины бывают двух основных конфигураций полюсов магнитного поля: явнополюсных и несоциальных . В явнополюсной машине магнитное поле полюса создается обмоткой, намотанной вокруг полюса под лицевой стороной полюса. В машине с несоциальными полюсами , с распределенным полем или с круглым ротором обмотка распределяется по пазам на поверхности полюсов. Затененной-полюсный двигатель имеет обмотку вокруг части полюса , что задержки фазы магнитного поля для этого полюса.

У некоторых двигателей есть проводники, которые состоят из более толстого металла, такого как стержни или листы металла, обычно меди , или алюминия . Обычно они питаются от электромагнитной индукции .

Коммутатор

Маленький двигатель постоянного тока игрушки с его коммутатором

Коммутатор представляет собой механизм , используемый для переключения на вход большинства машин постоянного тока и переменного тока некоторых машин. Он состоит из сегментов контактных колец, изолированных друг от друга и от вала. Ток якоря двигателя подается через неподвижные щетки, контактирующие с вращающимся коммутатором, что вызывает требуемое изменение направления тока и подает мощность на машину оптимальным образом, когда ротор вращается от полюса к полюсу. В отсутствие такого реверсирования тока двигатель остановился бы. В свете усовершенствованных технологий в области электронного контроллера, бессенсорного управления, асинхронного двигателя и двигателя с постоянными магнитами, индукционные двигатели с внешней коммутацией и двигатели с постоянными магнитами вытесняют двигатели с электромеханической коммутацией.

Электропитание и управление двигателем

Питание двигателя

Электродвигатель постоянного тока обычно получает питание через контактный коллектор, как описано выше. Коммутация двигателей переменного тока может быть достигнута с использованием контактного кольца или внешней коммутации, может быть с фиксированной или регулируемой скоростью, а также может быть синхронной или асинхронной. Универсальные двигатели могут работать как от переменного, так и от постоянного тока.

Блок управления двигателем

Двигатели постоянного тока могут работать с переменной скоростью, регулируя напряжение постоянного тока, подаваемое на клеммы, или используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).

Электродвигатели переменного тока, работающие с фиксированной скоростью, обычно получают питание напрямую от сети или через устройства плавного пуска двигателя .

Электродвигатели переменного тока, работающие с переменной скоростью, питаются от различных мощных инверторов , частотно-регулируемых приводов или электронных коммутаторов.

Термин «электронный коммутатор» обычно ассоциируется с бесколлекторным электродвигателем постоянного тока с автоматической коммутацией и реактивным электродвигателем с переключаемым сопротивлением .

Основные категории

Электродвигатели работают на трех различных физических принципах: магнетизм , электростатика и пьезоэлектричество .

В магнитных двигателях магнитные поля образуются как в роторе, так и в статоре. Продукт между этими двумя полями создает силу и, следовательно, крутящий момент на валу двигателя. Одно или оба из этих полей должны изменяться при вращении двигателя. Это делается путем включения и выключения шестов в нужное время или изменения силы шеста.

Основными типами двигателей являются двигатели постоянного и переменного тока, причем первые все чаще вытесняются вторыми.

Электродвигатели переменного тока бывают асинхронными или синхронными.

После запуска синхронному двигателю требуется синхронизация с синхронной скоростью движущегося магнитного поля для всех нормальных условий крутящего момента.

В синхронных машинах магнитное поле должно создаваться средствами, отличными от индукции, такими как отдельно возбужденные обмотки или постоянные магниты.

Двигатель дробно-сильный мотор либо имеет рейтинг ниже примерно 1 лошадиных сил (0,746 кВт), или изготавливается с размером стандартного кадра меньше , чем стандартный 1 л.с. двигателя. Многие бытовые и промышленные двигатели относятся к классу малой мощности.

Основные категории
по
типу коммутации двигателя

Самокоммутируемый			С внешней коммутацией
Механические коллекторные двигатели		ЭЛЕКТРОННО Коллектор (EC) Motors	Асинхронные машины	Синхронные машины 2
AC	ОКРУГ КОЛУМБИЯ	AC 5 , 6	AC 6
	Двигатель постоянного тока с электрическим возбуждением: Отдельно взволнован Серии Шунт Соединение Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами	С ротором PM: С ферромагнитным ротором:	Трехфазные двигатели: Двигатели переменного тока: 10	Трехфазные двигатели: WRSM PMSM или BLAC двигатель Гибридный Двигатели переменного тока: 10 Постоянно разделенный конденсатор Гистерезис Шаговый SyRM SyRM-PM гибрид
Простая электроника	Выпрямитель, линейный транзистор (ы) или прерыватель постоянного тока	Более сложная электроника	Самая сложная электроника ( ЧРП ), если таковая имеется

Примечания:

1. Вращение не зависит от частоты переменного напряжения.
2. Вращение равно синхронной скорости (скорость двигателя-статора-поля).
3. В SCIM вращение с фиксированной скоростью равно синхронной скорости, за вычетом скорости скольжения.
4. В системах с нескользящей рекуперацией энергии WRIM обычно используется для запуска двигателя, но может использоваться для изменения скорости нагрузки.
5. Работа с переменной скоростью.
6. В то время как приводы с асинхронными и синхронными двигателями обычно имеют шестиступенчатый или синусоидальный выходной сигнал, приводы с BLDC-двигателями обычно имеют форму сигнала трапецеидального тока; Однако поведение как синусоидальных, так и трапецеидальных машин с постоянным магнитом идентично с точки зрения их фундаментальных аспектов.
7. При работе с регулируемой скоростью WRIM используется в системах рекуперации энергии скольжения и в индукционных машинах с двойной подачей.
8. Обмотка клетки — это короткозамкнутый короткозамкнутый ротор с короткозамкнутым ротором, витая обмотка подключена снаружи через контактные кольца.
9. В основном однофазные, некоторые — трехфазные.

Сокращения:

Самокоммутируемый двигатель

Матовый двигатель постоянного тока

По определению, все двигатели постоянного тока с автоматической коммутацией работают от электроэнергии постоянного тока. Большинство двигателей постоянного тока представляют собой типы небольших постоянных магнитов (PM). Они содержат щеточную внутреннюю механическую коммутацию для реверсирования тока обмоток двигателя синхронно с вращением.

Двигатель постоянного тока с электрическим возбуждением

Работа щеточного электродвигателя с двухполюсным ротором и статором ПМ. («N» и «S» обозначают полярности на внутренних гранях магнитов; внешние грани имеют противоположные полярности.)

Коммутируемый двигатель постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу. На валу также находится коммутатор — долговечный поворотный электрический переключатель, который периодически меняет направление тока в обмотках ротора по мере вращения вала. Таким образом, каждый щеточный двигатель постоянного тока имеет переменный ток, протекающий через его вращающиеся обмотки. Ток протекает через одну или несколько пар щеток, установленных на коммутаторе; щетки подключают внешний источник электроэнергии к вращающемуся якорю.

Вращающийся якорь состоит из одной или нескольких катушек проволоки, намотанных на ламинированный магнитно «мягкий» ферромагнитный сердечник. Ток от щеток протекает через коммутатор и одну обмотку якоря, делая его временным магнитом ( электромагнитом ). Магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым либо PM, либо другой обмоткой (катушкой возбуждения), являющейся частью корпуса двигателя. Сила между двумя магнитными полями приводит к вращению вала двигателя. Коммутатор переключает питание на катушки при вращении ротора, предотвращая полное совпадение магнитных полюсов ротора с магнитными полюсами поля статора, так что ротор никогда не останавливается (как это делает стрелка компаса), а скорее продолжает вращаться. пока подано питание.

Многие ограничения классического коллекторного двигателя постоянного тока связаны с необходимостью прижимания щеток к коммутатору. Это создает трение. Искры создаются щетками, замыкая и размыкая цепи через катушки ротора, когда щетки пересекают изолирующие промежутки между секциями коллектора. В зависимости от конструкции коммутатора, это может включать в себя замыкание щеток между соседними секциями — и, следовательно, концами катушки — на мгновение при пересечении зазоров. Кроме того, индуктивность катушек ротора вызывает повышение напряжения на каждой из них при размыкании цепи, что увеличивает искрение щеток. Это искрение ограничивает максимальную скорость машины, так как слишком быстрое искрение приведет к перегреву, разрушению или даже расплавлению коллектора. Плотность тока на единицу площади щеток в сочетании с их удельным сопротивлением ограничивает мощность двигателя. Замыкание и размыкание электрического контакта также вызывает электрический шум ; искрение порождает радиопомехи . Щетки со временем изнашиваются и требуют замены, а сам коллектор подлежит износу и техническому обслуживанию (на более крупных двигателях) или замене (на небольших двигателях). Узел коллектора на большом двигателе является дорогостоящим элементом, требующая точность сборки из многих частей. В небольших двигателях коммутатор обычно постоянно встроен в ротор, поэтому для его замены обычно требуется замена всего ротора.

Хотя большинство коммутаторов имеют цилиндрическую форму, некоторые из них представляют собой плоские диски, состоящие из нескольких сегментов (обычно не менее трех), установленных на изоляторе.

Большие щетки желательны для большей площади контакта щеток, чтобы максимизировать мощность двигателя, но маленькие щетки желательны для малой массы, чтобы максимизировать скорость, с которой двигатель может работать, без чрезмерного подпрыгивания щеток и искрения. (Маленькие щетки также желательны для более низкой стоимости.) Более жесткие щеточные пружины также могут использоваться для того, чтобы заставить щетки определенной массы работать с более высокой скоростью, но за счет больших потерь на трение (более низкая эффективность) и ускоренного износа щеток и коллектора. Следовательно, конструкция щетки двигателя постоянного тока предполагает компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью / износом.

Машины постоянного тока определяются следующим образом:

• Цепь якоря — обмотка, по которой проходит ток нагрузки, например, неподвижная или вращающаяся часть двигателя или генератора.
• Цепь возбуждения — набор обмоток, создающих магнитное поле, так что электромагнитная индукция может иметь место в электрических машинах.
• Коммутация: механический метод, с помощью которого можно достичь выпрямления или получить постоянный ток в машинах постоянного тока.

A: шунт B: серия C: составной f = катушка возбуждения

Есть пять типов щеточных двигателей постоянного тока:

• Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
• Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
• Составной двигатель постоянного тока (две конфигурации):
  • Накопительное соединение
  • Дифференциально сложный
• Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (не показан)
• Отдельно возбужден (не показан).

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Двигатель с постоянными магнитами (PM) не имеет обмотки возбуждения на раме статора, а вместо этого полагается на магнитные поля, которые создают магнитное поле, с которым поле ротора взаимодействует для создания крутящего момента. Компенсирующие обмотки, включенные последовательно с якорем, могут использоваться на больших двигателях для улучшения коммутации под нагрузкой. Поскольку это поле является фиксированным, его нельзя настроить для управления скоростью. Поля с постоянными магнитами (статоры) удобны в миниатюрных двигателях, чтобы исключить потребление энергии обмоткой возбуждения. Большинство более крупных двигателей постоянного тока относятся к типу «динамо», которые имеют обмотки статора. Исторически сложилось так, что PM нельзя было заставить сохранять высокий магнитный поток, если они были разобраны; обмотки возбуждения были более практичными для получения необходимого количества магнитного потока. Однако большие PM являются дорогостоящими, опасными и сложными в сборке; это благоприятствует намотанным полям для больших машин.

Чтобы минимизировать общий вес и размер, в миниатюрных двигателях с постоянными магнитами могут использоваться высокоэнергетические магниты, сделанные из неодима или других стратегических элементов; большинство из них — сплав неодим-железо-бор. Благодаря своей более высокой плотности потока электрические машины с высокоэнергетическими ФЭУ по крайней мере конкурентоспособны со всеми оптимально спроектированными синхронными и индукционными электрическими машинами с однополярным питанием . Миниатюрные двигатели напоминают структуру на иллюстрации, за исключением того, что у них есть по крайней мере три полюса ротора (для обеспечения запуска, независимо от положения ротора), а их внешний корпус представляет собой стальную трубку, которая магнитно связывает внешние части изогнутых магнитов поля.

Электродвигатель с электронным коммутатором (EC)

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Некоторые проблемы щеточного двигателя постоянного тока устранены в конструкции BLDC. В этом двигателе, механический «поворотный переключатель» или коммутатор заменен внешний переключатель, синхронизированный с положением ротора. Двигатели BLDC обычно имеют КПД 85–90% или более. Сообщается о КПД двигателя BLDC до 96,5%, тогда как электродвигатели постоянного тока с щеткой обычно имеют КПД 75–80%.

Характерная форма сигнала трапециевидной противодвижущей силы (CEMF) двигателя BLDC частично обусловлена ​​равномерным распределением обмоток статора, а частично размещением постоянных магнитов ротора. Также известные как электродвигатели постоянного тока с электронной коммутацией или двигатели постоянного тока наизнанку, обмотки статора трапециевидных двигателей с BLDC могут быть однофазными, двухфазными или трехфазными и использовать датчики на эффекте Холла, установленные на их обмотках для определения положения ротора и недорогие закрытые. -контурное управление электронным коммутатором.

Двигатели BLDC обычно используются там, где необходимо точное регулирование скорости, например, в дисководах компьютеров или кассетных видеомагнитофонах, шпинделях в приводах компакт-дисков, компакт-дисков (и т. копировальные аппараты. У них есть несколько преимуществ перед обычными моторами:

• По сравнению с вентиляторами переменного тока, использующими двигатели с экранированными полюсами, они очень эффективны и работают намного холоднее, чем эквивалентные двигатели переменного тока. Эта холодная операция приводит к значительному увеличению срока службы подшипников вентилятора.
• Без изнашиваемого коммутатора срок службы двигателя BLDC может быть значительно больше по сравнению с двигателем постоянного тока, использующим щетки и коммутатор. Коммутация также имеет тенденцию вызывать большое количество электрических и радиочастотных помех; Без коммутатора или щеток двигатель BLDC может использоваться в электрически чувствительных устройствах, таких как аудиооборудование или компьютеры.
• Те же датчики на эффекте Холла, которые обеспечивают коммутацию, также могут обеспечивать удобный сигнал тахометра для приложений с замкнутым контуром (сервоуправлением). В вентиляторах сигнал тахометра может использоваться для получения сигнала «вентилятор исправен», а также для обеспечения обратной связи по скорости вращения.
• Двигатель можно легко синхронизировать с внутренними или внешними часами, что позволяет точно контролировать скорость.
• Двигатели BLDC не имеют шансов искрообразования, в отличие от двигателей с щеточным покрытием, что делает их более подходящими для сред с летучими химическими веществами и топливом. Кроме того, искрение генерирует озон, который может накапливаться в плохо вентилируемых зданиях, опасаясь причинения вреда здоровью людей.
• Двигатели BLDC обычно используются в небольшом оборудовании, таком как компьютеры, и обычно используются в вентиляторах, чтобы избавиться от нежелательного тепла.
• Они также являются очень тихими в акустическом отношении двигателями, что является преимуществом при использовании в оборудовании, подверженном вибрации.

Современные двигатели BLDC имеют мощность от долей ватта до многих киловатт. В электромобилях используются более крупные двигатели BLDC мощностью до 100 кВт. Они также находят значительное применение в высокопроизводительных электрических моделях самолетов.

Коммутируемый реактивный двигатель

6/4 полюсный реактивный двигатель

В SRM нет щеток или постоянных магнитов, а в роторе нет электрического тока. Вместо этого крутящий момент возникает из-за небольшого несовпадения полюсов ротора с полюсами статора. Ротор выравнивается с магнитным полем статора, в то время как обмотки возбуждения статора последовательно возбуждаются для вращения поля статора.

Магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, следует по пути наименьшего магнитного сопротивления, что означает, что магнитный поток будет проходить через полюса ротора, которые находятся ближе всего к возбужденным полюсам статора, тем самым намагничивая эти полюса ротора и создавая крутящий момент. Когда ротор вращается, различные обмотки будут запитаны, поддерживая вращение ротора.

SRM используются в некоторых приборах и транспортных средствах.

Универсальный двигатель переменного / постоянного тока

Современный недорогой универсальный мотор от пылесоса. Обмотки возбуждения окрашены в темно-медный цвет с обеих сторон назад. Ламинированный сердечник ротора серый металлик с темными пазами для намотки катушек. Коммутатор (частично скрыт) потемнел от использования; он направлен вперед. Большая коричневая деталь из формованного пластика на переднем плане поддерживает направляющие и щетки (с обеих сторон), а также передний подшипник двигателя.

Коммутируемый двигатель с последовательным или параллельным возбуждением с электрическим возбуждением называется универсальным двигателем, поскольку он может быть разработан для работы от источника переменного или постоянного тока. Универсальный двигатель может хорошо работать на переменном токе, потому что ток как в поле, так и в катушках якоря (и, следовательно, результирующие магнитные поля) будут чередоваться (обратная полярность) синхронно, и, следовательно, результирующая механическая сила будет возникать в постоянном направлении вращения. .

Универсальные двигатели, работающие на нормальных частотах линии электропередачи , часто имеют мощность менее 1000 Вт . Универсальные двигатели также легли в основу традиционного железнодорожного тягового двигателя на электрических железных дорогах . В этом приложении использование переменного тока для питания двигателя, изначально предназначенного для работы на постоянном токе, привело бы к потерям эффективности из-за вихретокового нагрева их магнитных компонентов, особенно полюсных наконечников поля двигателя, которые для постоянного тока использовали бы твердые неламинированный) чугун и сейчас они используются редко.

Преимущество универсального двигателя заключается в том, что источники питания перемен

Группа AC/DC — фото, история создания, состав, новости, песни 2020

Биография

Мир музыки небогат на группы, хиты которых знакомы каждому от мала до велика. Рокерам AC/DC посчастливилось стать одним из таких коллективов. Пик популярности приходится на 1980-е и 1990-е, но даже сейчас, в XXI веке, ни один молодежный рейв, ни одно массовое мероприятие не обходится без Highway to Hell, Thunderstruck и Back In Black.

История создания и состав

В ноябре 1973 года в Сиднее началась история создания AC/DC. Идея принадлежала братьям Малькольму и Ангусу Янг – уроженцам Шотландии, которые 10 годами ранее переехали с семьей в Австралию из-за аномально холодной зимы.

Музыканты, которые усилили состав в начале творческого пути, надолго не задержались: Колин Берджесс играл на барабанах не больше года, солист Дейв Эванс ушел в 1974-м, бас-гитарист Гарри Ван Кридт продержался до 1975 года.

Embed from Getty ImagesГруппа AC/DCв молодости: Малькольм Янг, Бон Скотт, Ангус Янг, Клифф Уильямс, Фил Радд

По сей день единственным бессменным участником AC/DC остается Ангус Янг. Малькольм снял ритм-гитару с плеча в 2014 году, завершив 40-летний путь с группой. Также в числе «долгожителей» – бас-гитарист Клифф Уильямс, игравший в коллективе 39 лет, и Брайан Джонсон – его голос звучал на концертах и записях рокеров 36 лет.

Название придумала Маргарет Янг, сестра музыкантов. Увлеченная рукоделием, девушка однажды увидела надпись AC/DC на своей швейной машинке. Она означает «переменный ток/постоянный ток». Исполнители решили, что аббревиатура послужит точным описанием их энергетически заряженного творчества.

Критики относят коллектив к хард-року, хэви-металу и блюз-року, но сама группа описывает жанр, в котором играет, шире и проще – рок-н-ролл.

Музыка

Хронологию бэнда проще вести по вокалистам. Так, в 1974 году наступила эра Бона Скотта. С ним группа записала дебютный альбом High Voltage (1975 г.) и добилась мирового успеха, гастролировала с «мастодонтами» хард-рока Black Sabbath и Rainbow. Авторству Скотта принадлежит 90% текстов песен с пластинок AC/DC до 1979 года, в том числе T.N.T. и Highway to Hell.

Если бы не последовавшая в 1980 году трагедия, Бон Скотт остался бы бессменным голосом – так утверждают поклонники. Он был духом группы, ее музой, одним из лидеров. Исполнителя погубили типичные для рок-звезд пристрастия: наркотики и алкоголь.

Embed from Getty ImagesБрайан Джонсон и Саймон Райт

Бон Скотт умер 19 февраля 1980 года, на 33-м году жизни. Официальной причиной смерти коронеры назвали острое алкогольное отравление. Джесси Финк, биограф коллектива, в своей книге Bon: The Last Highway (2017) указал, что вокалиста убила передозировка героина.

После кончины 1-го вокалиста группа подумывала о распаде. На продолжении истории настояли родители умершего. Пришлось искать нового исполнителя. В 1980 году началась эра Брайана Джонсона. Позже Ангус Янг вспоминал:

«Впервые имя Брайана я услышал от Скотта. Он сказал так: «Брайан Джонсон – великий рок-н-ролльщик, второй Литл Ричард». А ведь Литл Ричард был для Скотта кумиром! Когда мы решили продолжить историю AC/DC, Брайан Джонсон стал первым вокалистом, которого мы с Малькольмом хотели услышать».

Официально Брайайн Джонсон стал вокалистом 1 апреля 1980 года. Первое, чем занялась группа в обновленном составе, – дописала легендарный альбом Back in Black (1980). Он породил хиты Hells Bells, You Shook Me All Night Long, Rock and Roll Ain’t Noise Pollution и Back in Black и стал самым известным в дискографии AC/DC на тот момент.

За успехом последовал провал. Смерть Скотта, смена продюсера, наркотическая и алкогольная зависимость барабанщика Фила Радда и его увольнение, попадание в рейтинг журнала Kerrang! «Разочарование 1984 года» усложнило не только творчество коллектива, но и взаимоотношения его участников. Лишь к 1988 году благодаря 11-му студийному альбому Blow Up Your Video рокерам удалось вернуться в строй.

Логотип группы AC/DC

В 1990-х и 2000-х AC/DC поддерживали любовь поклонников концертными фильмами, делюкс-изданиями с фотографиями и историями, новыми клипами. Рокеры совершили 4 крупных турне, финальное из которых – Black Ice World Tour – занимает 4-е место в рейтинге самых успешных по всему миру. Гастроли включали 168 шоу, которые принесли $441 млн (по курсу 2019 года – $517 млн).

Впрочем, время шло и не щадило музыкантов. В 2016-м Rock or Bust World Tour оказался под угрозой из-за того, что Брайан Джонсон начал стремительно терять слух. 18 ноября 2017 года умер 64-летний Малькольм Янг, который к тому времени редко выходил на сцену.

Проблемы Джонсона со слухом положили начало эре Эксла Роуза, бывшего лидера Guns N’ Roses. Сперва его называли временным вокалистом. После финального шоу Rock or Bust World Tour он полноправно вступил в свои права.

AC/DC сейчас

В состав сейчас входят вокалист Эксл Роуз, соло-гитарист Ангус Янг, ритм-гитарист Стиви Янг (племянник Малькольма) и барабанщик Крис Слэйд. Номинально группа существует, но деятельность не ведет.

Адаптер переменного тока • ru.knowledgr.com

Адаптер переменного тока, адаптер AC/DC или конвертер AC/DC — тип внешнего источника питания, часто прилагаемого в случае, подобном штепселю AC. Другие имена включают пакет штепселя, адаптер программного расширения, блок адаптера, внутренний адаптер сети, адаптер мощности на линии, стенную бородавку, кирпич власти и адаптер питания. Адаптеры для работающего от аккумулятора оборудования могут быть описаны как зарядные устройства или зарядные устройства (см. также зарядное устройство батареи).

Адаптеры переменного тока используются с электрическими устройствами, которые требуют власти, но не содержат внутренние компоненты, чтобы получить необходимое напряжение и власть от власти сети. Внутренняя схема внешнего источника питания очень подобна дизайну, который использовался бы для встроенной или внутренней поставки.

Внешние источники питания используются и с оборудованием без другого источника власти и с работающим от аккумулятора оборудованием, где поставка, когда включено, может иногда заряжать батарею в дополнение к включению оборудования.

Использование внешнего источника питания позволяет мобильность оборудования, приведенного в действие или сетью или батареей без добавленной большой части внутренних компонентов власти, и делает ненужным произвести оборудование для использования только с указанным источником энергии; то же самое устройство может быть приведено в действие от сети на 230 В переменного тока или на 120 В переменного тока, транспортного средства или батареи самолета при помощи различного адаптера.

Режимы работы

Первоначально, большинство адаптеров AC/DC было линейным электроснабжением, содержа трансформатор, чтобы преобразовать напряжение электричества сети в более низкое напряжение, ректификатор, чтобы преобразовать его в пульсацию DC и фильтра, чтобы сглаживать пульсирующую форму волны к DC, с остаточными изменениями ряби, достаточно маленькими, чтобы оставить приведенное в действие устройство незатронутым. Размер и вес устройства были в основном определены трансформатором, который в свою очередь был определен частотой сети и выходной мощностью. Рейтинги по нескольким ваттам сделали устройства слишком большими и тяжелыми, чтобы быть физически поддержанными сетевой розеткой. Выходное напряжение этих адаптеров менялось в зависимости от груза; для оборудования, требующего более стабильного напряжения, была добавлена линейная схема регулятора напряжения. Потери в трансформаторе и линейном регуляторе были значительны; эффективность была относительно низкой, и значительной властью, рассеянной как высокая температура, не ведя груз.

В начале двадцать первого века, электроснабжение переключенного способа (SMPSs) стало почти повсеместным с этой целью. Напряжение сети исправлено к высокому постоянному напряжению, ведя переключающую схему, которая содержит трансформатор, работающий в высокой частоте и постоянный ток продукции в желаемом напряжении. Высокочастотная рябь более легко отфильтрована, чем частота сети. Высокая частота позволяет трансформатору быть маленьким, который уменьшает его потери; и переключающийся регулятор может быть намного более эффективным, чем линейный регулятор. Результат — намного более эффективное, и более легкое устройство меньшего размера. Безопасность обеспечена, как в более старой линейной схеме, потому что есть все еще трансформатор, который электрически изолирует продукцию от сети.

Линейная схема должна быть разработана для определенного, узкого ассортимента входных напряжений (например, 220–240VAC) и должна использовать трансформатор, подходящий для частоты (обычно 50 или 60 Гц), но поставка переключенного способа может работать эффективно по очень широкому диапазону напряжений и частот; единственная 100–240VAC единица будет обращаться почти с любым электропитанием от сети в мире.

Однако, если очень тщательно не разработано и использование подходящих компонентов, переключающиеся адаптеры, более вероятно, потерпят неудачу, чем более старый тип, частично благодаря сложной схеме и использованию полупроводников. Если не разработано хорошо, эти адаптеры могут быть легко повреждены перегрузками, даже переходными, которые могут прибыть из молнии, краткое перенапряжение сети (иногда вызываемый лампой накаливания на том же самом провале силовой цепи), составляющая деградация, и т.д. Очень общий режим неудачи происходит из-за использования электролитических конденсаторов, эквивалентное серийное сопротивление (ESR) которых увеличивается с возрастом; переключающиеся регуляторы очень чувствительны к высокому ESR (более старая линейная схема также использовала электролитические конденсаторы, но эффект деградации намного менее существенный). Хорошо разработанные схемы обращают внимание на ESR, колыхают номинальный ток, операцию на пульсе и температурный рейтинг конденсаторов.

Преимущества

Внешние адаптеры переменного тока широко используются, чтобы привести маленькие или портативные электронные устройства в действие. Преимущества включают:

• Безопасность — Внешние адаптеры питания могут проектировщики бесплатного продукта от волнения по поводу некоторых проблем безопасности. Большая часть этого стиля оборудования использует только напряжения достаточно низко, чтобы не быть угрозой безопасности внутренне, хотя электроснабжение должно из необходимости использовать опасное напряжение сети. Если внешний источник питания используется (обычно через соединитель власти, часто коаксиального типа), оборудование не должно быть разработано с беспокойством об опасных напряжениях во вложении. Это особенно важно для оборудования с легкими случаями, которые могут сломать и выставить внутренние электрические части.
• Тепловое сокращение — Высокая температура уменьшает надежность и долговечность электронных компонентов, и может заставить чувствительные схемы становиться неточными или сбой. Отдельное электроснабжение удаляет источник высокой температуры от аппарата.
• Электрическое шумоподавление — поскольку излученный электрический шум уменьшается с квадратом расстояния, это к преимуществу изготовителя, чтобы преобразовать потенциально шумную мощность линии переменного тока или автомобильную власть «убрать», фильтровал DC во внешнем адаптере, на безопасном расстоянии от чувствительной к шуму схемы.
• Вес и сокращение размера — Удаление компонентов власти и вилки сети от оборудования, приведенного в действие аккумуляторами, уменьшает вес и размер, который нужно нести.
• Непринужденность замены — Электроснабжение более подвержена неудаче, чем другая схема из-за их воздействия шипов власти и их внутреннего поколения отбросного тепла. Внешние источники питания могут быть заменены быстро пользователем без потребности отремонтировать приведенное в действие устройство.
• Многосторонность конфигурации — Внешне приведенная в действие электронная продукция может использоваться с различными источниками энергии по мере необходимости (например, 120 В переменного тока, 240 В переменного тока, 12 В постоянного тока, или внешней аккумуляторной батареей), для удобного использования в области, или путешествуя.
• Упрощенный инвентарь продукта, распределение и сертификация — электронный товар, который продается и используется на международном уровне, должен быть приведен в действие из широкого диапазона источников энергии и должен выполнить инструкции безопасности товаров во многой юрисдикции, обычно требуя дорогой сертификации национальными или региональными службами безопасности, такими как Underwriters Laboratories или Technischer Überwachungsverein. Единственная версия устройства может использоваться на многих рынках с различными требованиями власти, отвеченными различными внешними источниками питания, так, чтобы только одна версия устройства должна была быть произведенной, снабженной и проверенной. Если дизайн устройства изменяется в течение долгого времени (частое возникновение), сам дизайн электроснабжения не должен быть повторно проверен (и наоборот).

Проблемы

В то время как полезный во многих целях, некоторые внешние адаптеры переменного тока привлекли критику. Проблемы с этим типом электроснабжения включают, но не ограничены:

• Размер — Электроснабжение, которое включает сеть непосредственно, не используя штепсель на кабеле (истинные стенные бородавки) более большое, чем голые штепселя; иногда они слишком большие, чтобы включить электророзетки с ограниченным пространством, или в смежные гнезда на полосах власти.
• Вес — Некоторые адаптеры переменного тока могут быть тяжелыми, проявив избыточный вес на электророзетке (это зависит от дизайна гнезда рассматриваемой страны). Некоторые внешние источники питания — «кирпичи власти» (также известный как «глыбы линии») наличие короткого шнура AC, таким образом, они могут лечь на пол, таким образом уменьшив напряжение, за счет беспорядка. Другие типы настенного ковра сделаны длинными и тонкими, минимизировав рычаги их вектора веса, который вытаскивает штепсель, но усиление проблемы размера. Вес для оборудования, которое нужно нести (например, для путешествия) не является недостатком внешних поставок, как альтернатива — одинаково тяжелая внутренняя поставка; но во многих случаях единственная универсальная поставка могла заменить несколько составляющих собственность.
• Неэффективность — Некоторая не работающая власть потрачена впустую, поскольку электроснабжение оставляют, бегая, когда выключатель питания оборудования выключен, или оборудование разъединено от электроснабжения. В последние годы это стало распространено для оборудования с внутренними поставками, чтобы разделить эту проблему из-за использования «мягкого» выключателя питания.
• Беспорядок — Внешние источники питания часто универсальны и не ясно отмеченные, чтобы определить оборудование, которое они разработаны, чтобы привести в действие. Это очень легко отделить электроснабжение и оборудование, и может быть трудно к ответному матчу много устройств с их электроснабжением.
• Проблемы совместимости — нет никакой стандартизации соединителей; тот же самый соединитель часто используется для различных напряжений, и и для поставок DC и для AC-to-AC трансформаторов. Несовместимое напряжение или полярность могут присутствовать на физически взаимозаменяемых соединителях. Это легко приводит к использованию неправильного электроснабжения, которое может разрушить оборудование.

Обзор потребителей показал широко распространенную неудовлетворенность стоимостью, неудобством и расточительностью обильности адаптеров питания, используемых электронными устройствами. Писатель-фантаст и сатирик Дуглас Адамс написали эссе, оплакивающее обильность и беспорядок адаптеров питания, и призывающее к большему количеству стандартизации.

Опасные и ненадежные адаптеры

Производители оборудования, поставляемого адаптерами переменного тока часто, поставляют замены по высоким ценам; это поощрило изготовление совместимых сторонних подержанных замен, которые могут иметь удовлетворительное качество и работу на значительно более низких ценах. Однако у некоторых адаптеров, обычно по очень низким ценам, и иногда с неизвестными брендами или иногда мошеннически отмеченный с именем уважаемого изготовителя, есть различные дефициты, которые могут вызвать несоответствующую работу (например, плохое регулирование и рябь, способность максимальной мощности ниже, чем указанное, горячее управление), ненадежность (например, перегревание к температурам чрезмерные составляющие рейтинги), и электрическая или опасность возгорания для пользователей (например, изоляция, которая изнашивается с изнашиванием, отсутствием плавкого предохранителя).

Могут присутствовать поддельные отметки соответствия стандартам; в одном случае сообщалось, что «китайские изготовители представляли хорошо спроектированные электрические продукты, чтобы получить отчеты о тестировании соответствия, но тогда удаление несущественных компонентов в производстве, чтобы уменьшить затраты». Тест 27 зарядных устройств нашел, что все восемь, законно выпущенные под брендом с уважаемым именем, встретили стандарты безопасности, но ни один из без клейма или с незначительными именами не сделал, несмотря на отношение отметки соответствия.

Эффективность

Проблема неэффективности некоторого электроснабжения стала известной с американским президентом Джорджем У. Бушем, обращающимся в 2001 к таким устройствам как «энергетические Вампиры». Законодательство предписывается в ЕС и многих Американских штатах, уменьшить уровень энергии, потраченной впустую некоторыми из этих устройств. Такие инициативы включают резервную власть и Инициативу на Один ватт.

Но другие утверждали, что эти неэффективные устройства низко приведены в действие, например, устройства, которые используются для маленьких зарядных устройств батареи, поэтому даже если у них есть низкая эффективность, сумма энергии, которую они тратят впустую, составляют меньше чем 1% домашнего потребления электроэнергии.

Рассматривая общую эффективность электроснабжения для маленького электронного оборудования, более старая частота сети, которой линейное основанное на трансформаторе электроснабжение было найдено в 2002, сообщает, чтобы иметь полезные действия от 20-75% и иметь значительную энергетическую потерю, даже когда приведено в действие, но не поставку власти. Электроснабжение переключенного способа (SMPSs) намного более эффективно; хороший дизайн может быть на 80-90% эффективным, и также намного меньше и легче. В 2002 большая часть внешнего программного расширения «настенные адаптеры питания» бородавки, обычно используемые для устройств бытовой электроники низкой власти, имела линейный дизайн, а также поставки, встроенные в некоторое оборудование.

Внешние поставки обычно оставляют включенными, даже когда не в использовании, и потребляют от нескольких ватт до 35 ватт власти в том государстве. Доклад завершился тем, что приблизительно 32 миллиарда часов киловатта (kWh) в год, приблизительно 1% полного потребления электроэнергии, могли быть спасены в Соединенных Штатах, заменяя все линейное электроснабжение (средняя эффективность 40-50%) с продвинутыми проектами переключения (эффективность 80-90%), заменяя более старые поставки переключения (полезные действия меньше чем 70%) с продвинутыми проектами (эффективность по крайней мере 80%), и уменьшая резервное потребление поставок к не больше чем 1 ватту.

Так как отчет был опубликован, SMPSs действительно заменили линейные поставки в значительной степени, даже при стенных бородавках. Отчет 2002 года оценил, что 6% электроэнергии использовали в американских «потоках посредством» электроснабжения (не подсчитывающий только стенные бородавки). Веб-сайт, где отчет был опубликован, сказал в 2010, что несмотря на распространение SMPSs, «сегодняшнее электроснабжение потребляет по крайней мере 2% всего американского производства электроэнергии. Более эффективные проекты электроснабжения могли сократить то использование в половине».

Так как потраченная впустую электроэнергия выпущена как высокая температура, неэффективное электроснабжение горячее на ощупь, как тот, который тратит впустую власть без электрической нагрузки. Это отбросное тепло — самостоятельно проблема в теплой погоде, так как это может потребовать, чтобы дополнительное кондиционирование воздуха предотвратило перегревание, и даже удалило нежелательную высокую температуру из больших поставок.

Повторное использование

Адаптеры переменного тока часто снова используются на других приборах, но есть 5 параметров, которые все должны удовлетворить прибору:

«Универсальные» адаптеры доступны, на котором пользователь может приспособить эти параметры, за исключением регулирования напряжения (который является фиксированной особенностью данного дизайна электроснабжения).

Универсальные адаптеры питания

Внешние адаптеры питания могут потерпеть неудачу и могут стать отделенными от продукта, который они предназначены, чтобы привести в действие. Следовательно есть рынок для адаптеров замены. Замена должна соответствовать напряжениям входа и выхода, соответствовать или превысить текущую способность и быть оснащена соответствующим соединителем. Много электрических продуктов плохо маркированы информацией относительно электроснабжения, которого они требуют, таким образом, благоразумно сделать запись технических требований оригинального электроснабжения заранее, ослабить замену, если оригинал позже потерян. Тщательная маркировка адаптеров питания может также уменьшить вероятность путаницы, которая могла нанести ущерб оборудования.

Некоторое «универсальное» электроснабжение замены позволяет выходному напряжению и полярности быть переключенным, чтобы соответствовать диапазону оборудования. С появлением поставок способа выключателя адаптеры, которые могут работать с любым напряжением от 110 В переменного тока до 240 В переменного тока, стали широко доступными; ранее или 100-120Vac или 200-240Vac версии использовались. Адаптеры, которые могут также использоваться с властью автомашины и самолета (см. EmPower) доступны.

С четырьмя путями X соединителей или звездные соединители с шестью путями, также известные как соединители паука, с многократными размерами штепселя и типами, распространены на универсальном электроснабжении. У другого электроснабжения замены есть меры для изменения соединителя власти с четырьмя — девятью различными альтернативами, доступными, когда куплено в наборе. RadioShack продает универсальные адаптеры переменного тока различных мощностей, выпущенных под брендом «Enercell Adaptaplug» и оснащенных 2-штыревыми женскими гнездами, совместимыми с их очередью соединителя Adaptaplug. Это позволяет многим различным конфигурациям адаптеров переменного тока быть соединенными, не требуя спаивания. Philmore и другие конкурирующие бренды предлагают подобные адаптеры переменного тока со взаимозаменяемыми соединителями.

Этикетка на электроснабжении может не быть надежным справочником по фактическому напряжению, которое она поставляет при переменных условиях. Много поставок дешевой энергии «нерегулируемые», в котором их напряжение может измениться значительно с грузом. Если они слегка загружены, они могут произвести намного больше, чем номинальное напряжение «заводской таблички», которое могло повредить груз. Если они в большой степени загружены, выходное напряжение может свиснуть заметно, в некоторых случаях значительно ниже номинального напряжения этикетки даже в пределах номинального номинального тока, вызвав оборудование, поставляемое, чтобы работать со сбоями или поврежденным. Поставки с линейным (по сравнению с переключенным) регуляторы тяжелые, большие, и дорогие.

Современное электроснабжение переключенного способа (SMPSs) меньше, легче, и более эффективно. Они производят намного больше постоянного напряжения, чем нерегулируемые поставки, поскольку входное напряжение и ток груза варьируются. Когда введено, их цены были высоки, но к началу 21-го века цены компонентов способа выключателя понизились в известной степени, который позволил даже дешевым поставкам использовать эту технологию, экономя стоимость более крупного и более тяжелого трансформатора частоты сети.

Автоматическое распознавание адаптеров

Некоторые универсальные адаптеры автоматически устанавливают свое выходное напряжение и ток максимума, согласно которому из диапазона взаимозаменяемых чаевых приспособлен; подсказки доступны подгонке и поставляют соответствующую власть многим ноутбукам и мобильным устройствам. Различные подсказки могут использовать тот же самый соединитель, но автоматически поставлять различную власть; важно использовать правильный наконечник для приводимого в действие аппарата, но никакой выключатель не должен быть установлен правильно пользователем. Появление импульсных источников питания позволило адаптерам работать от любого электропитания от сети AC от 100 — 240 В с соответствующим штепселем; операция от стандартных 12-вольтовых поставок транспортного средства и самолета DC может также быть поддержана. С соответствующим адаптером, аксессуарами и подсказками, множество оборудования может быть приведено в действие из почти любого источника власти.

«Зеленый Штепсель» система был предложен, основан на технологии USB, с помощью которой устройство потребления скажет внешний источник питания, какая власть необходима.

Использование USB

Соединитель USB (и напряжение) появился в качестве фактического стандарта в адаптерах переменного тока низкой власти для многих портативных устройств. В дополнение к последовательному цифровому обмену данными стандарт USB также обеспечивает, до (по USB 3.0). Многочисленные дополнительные устройства («художественные оформления USB») были разработаны, чтобы соединиться с USB только для власти DC а не для обмена данными. Форум Лиц, осуществляющих внедрение USB в марте 2007 выпустил Спецификацию Зарядки аккумулятора USB, которая определяет, «… ограничивает, а также обнаружение, контроль и сообщение, что о механизмы разрешают устройствам тянуть ток сверх спецификации USB 2.0 для зарядки…». Электрические вентиляторы, лампы, тревоги, кофе warmers, зарядные устройства батареи, и даже игрушки были разработаны, чтобы выявить власть от соединителя USB. Адаптеры программного расширения, оборудованные сосудами USB, широко доступны новообращенному или власти или автомобильной власти к власти USB (см. фотографию в праве).

Стандарты

Тенденция к более — компактные электронные устройства вели изменение к micro-USB и соединителям миниusb, которые электрически совместимы в функции с оригинальным соединителем USB, но физически меньше. В 2009 Международный союз электросвязи (ITU) объявил о поддержке «Общей Зарядки Open Mobile Terminal Platform (OMTP) и Местного стандарта» Возможности соединения Данных. ITU издал Рекомендацию ITU-T L.1000, «Универсальный адаптер питания и решение для зарядного устройства для мобильных терминалов и других переносных устройств ICT», который определяет зарядное устройство, подобное в большинстве отношений к тому из предложения GSMA/OMTP и к европейскому Общему Внешнему источнику питания. Рекомендация ITU была расширена и обновлена в июне 2011. Надежда состоит в том, чтобы заметно уменьшить обильность невзаимозаменяемых адаптеров питания.

Европейский союз определил

Твердотельное реле, устройство и принцип работы, схема, подключение, управление

В сфере электротехники набирают популярности устройства, построенные на базе полупроводников и обеспечивающие бесконтактную коммутацию силовых цепей. Одним из таких изделий является твердотельное реле, которое применяется в промышленной сфере и быту.

Что это такое? В каких случаях рекомендуется его использование? О каких конструктивных особенностях важно знать? Как осуществляется подключение и управление устройством? Эти и другие нюансы рассмотрим в статье.

Определение

Твердотельное реле — устройство электронного типа, один из видов реле, в котором нет движущихся элементов. Изделие применяется для подачи тока или разрыва цепи путем внешнего управления (действием небольшого напряжения).

Твердотельное реле (сокращено — ТТР) имеет внутри датчик, реагирующий на подачу управляющего сигнала. Кроме того, в составе изделия имеется твердотельная электроника, в том числе включающая цепочка, способная коммутировать большие I.

Устройство может устанавливаться в цепях переменного и постоянного тока, часто применяется как обычное реле. Главная разница в том, что в ТТР нет механических контактов.

Показания к применению

Твердотельные реле рекомендуются к применению в случаях, когда стандартные устройства не справляются с обязательствами. К примеру, когда в процессе коммутации они плавятся или сгорают.

С помощью ТТР гарантируется надежность цепи и своевременная подача напряжения к нагрузке. В отличие от простых устройств, для ТТР не проблема справиться с нагрузкой индукционного характера.

Кроме того, твердотельное устройство стоит использовать при дефиците места в процессе монтажа и при высоких требованиях надежности цепи.

Где используются?

Твердотельные реле — уникальные устройства, которые после монтажа не требуют особого обслуживания. Здесь работает принцип «установил и забыл». К примеру, в простых моделях очистка контактной группы осуществляется с определенной периодичностью — как правило, через определенное число циклов. Если изделие работает редко, это не вызывает проблем.

Но как быть с аппаратурой, для работы которой требуется частое срабатывание — один раз в секунду или даже чаще? Пример такой техники — станок с клапанами соленоидного типа.

Подача напряжения происходит через реле, которому приходится разрывать до десяти ампер индуктивного I. Если поставить контактное устройство, его замену придется осуществляться раз в 1-2 месяца. Если поставить твердотельный аналог, об этом можно забыть на долгие годы.

Несмотря на надежность работы, ТТР требуют периодического осмотра. Базовые рекомендации в этом вопросе дает производитель изделия. Как правило, речь идет о проверке факта замыкания контактов, целостности корпуса и изоляции.

Виды твердотельных реле

ТТР условно разделяются по двум критериям — принципу действия и конструктивным особенностям. Чтобы упростить классификацию, выделим следующие варианты:

• По виду сигнала управления — переменный или постоянный I.
• По типу основного (коммутируемого) напряжения — постоянное или переменное.
• По числу фаз (для переменного напряжения) — одна, три.
• По наличию реверса — предусмотрен, не предусмотрен.
• По тонкостям конструкции — на ДИН-рейке или на поверхности.

Внутривидовые отличия

Кроме основной классификации, стоит выделить отличия внутри существующих видов ТТР.

Выделяются такие типы:

• ТРЕХФАЗНЫЕ — способны проводить токи величиной 10-120 Ампер одновременно в трех фазах.
• РЕВЕРСИВНЫЕ — устройства, построенные на полупроводниковом принципе, способные работать в схемах с постоянным и переменным током. По назначению и принципу действия они идентичны однофазным. Обязательное условие — наличие управляющей цепи, защищающей устройство от ложного срабатывания. К преимуществам твердотельных трехфазных реле стоит отнести способность работать одновременно по 3-м фазам, а также продолжительный ресурс. Повышенный срок службы объясняется наличием надежной изоляции и продуманной управляющей цепи. В процессе применения твердотельных моделей нет шума, искр, дребезжания при переключениях и других негативных факторов.
• ОДНОФАЗНЫЕ — изделия, обеспечивающие разделение цепи при переходе синусоиды через ноль. ТТР работает в следующем диапазоне — 10-500 А. Управление осуществляется несколькими способами.

В чем особенности?

При создании твердотельного реле удалось исключить появление дуги или искр в процессе замыкания/размыкания контактной группы. В результате срок службы прибора увеличился в несколько раз. Для сравнения лучшие варианты стандартных (контактных) изделий выдерживают до 500 000 коммутаций. В рассматриваемых ТТР такие ограничения отсутствуют.

Стоимость твердотельных реле выше, но простейший расчет показывает выгоду их применения. Это обусловлено следующими факторами — экономией электроэнергии, продолжительным ресурсом работы (надежностью) и наличием управления с помощью микросхем.

Выбор достаточно широк, чтобы подобрать устройство с учетом поставленных задач и текущей стоимости. В продаже имеются как небольшие приборы для установки в бытовых цепях, так и мощные устройства, используемые для управления двигателями.

Как отмечалось ранее, ТТР отличаются по типу коммутируемого напряжения — они могут быть рассчитаны на постоянный или переменный I. Этот нюанс требуется учесть при выборе.

К особенностям твердотельных моделей стоит отнести чувствительность прибора к нагрузочным токам. В случае превышения этого параметра выше допустимой нормы в 2-3 и более раз, изделие ломается.

Чтобы избежать такой проблемы в процессе эксплуатации, важно внимательно подойти к процессу монтажа и установить в цепи ключа защитные устройства.

Кроме того, важно отдавать предпочтение ключам, имеющим рабочий ток в два или три раза превышающий коммутируемую нагрузку. Но и это не все.

Для дополнительной защиты рекомендуется предусмотреть в схеме предохранители или автоматические выключатели (подойдет класс «В»).

Конструктивные особенности

В основе твердотельного реле лежит электронная плата, в состав которой входит три главных элемента — узлы управления и развязки, а также силовой ключ. В роли силовых элементов применяются такие детали:

• Для постоянного I — транзисторы полевого типа, простые транзисторы, модульные элементы класса IGBT, а также MOSFET-транзисторы.
• Для переменного I — сборки на базе тиристоров, а также симисторы.

Развязка цепи обеспечивается оптронами — изделиями, состоящими из излучающего и принимающего свет устройства. Между ними установлен диэлектрик, имеющий прозрачную структуру.

Управляющий узел выполнен в виде стабилизирующей схемы, обеспечивающей оптимальные уровни тока и напряжения для излучающего свет элемента. Напряжение на входе схемы должно быть от 70 до 280 Вольт.

Что касается напряжения нагрузки, его величина — до 480 Вольт. Расположение электроприбора (до или после ТТР) не имеет значения.

Как правило, устройство монтируется после нагрузки с последующим подключением к «земле». При таком варианте схемы удается защитить внутренние элементы от протекания тока КЗ (он потечет через заземляющий провод).

Принцип действия

Зная конструктивные особенности твердотельного реле, легче понять принцип его действия. В приборе взаимодействуют два сигнала — управляющий и управляемый, что обеспечивается благодаря гальванической развязке.

В некоторых моделях ТТР эту функцию берет на себя оптрон. Напряжение, обеспечивающее управление устройством, подается и на светодиод.

Свечение последнего поступает на фотодиод, что приводит к появлению тока, включению МОП или тиристора для управления подключенным аппаратом.

Кроме того, в процессе создания схемы допускается применение специальных оптоэлектронных устройств — опто- и фототиристоров.

Отличия и плюсы твердотельных реле (в сравнении с электромеханическими)

При выборе ТТР у покупателя возникает ряд вопросов — зачем переплачивать за твердотельное реле, в чем его преимущества перед стандартными электромеханическими устройствами. Выделим главные плюсы:

• Небольшие габариты, что исключает проблемы с поиском места для монтажа.
• Отсутствие шума и вибрации. Это важно, если устройство устанавливается в помещениях, где находятся люди.
• Высокая скорость коммутации.
• Продолжительный ресурс, обусловленный отсутствием износа механической и электрической части.
• Постоянное выходное сопротивление, которое не меняется в течение срока эксплуатации. Кроме того, контактные группы не подвержены окислительным процессам.
• Нет резких изменений напряжения в процессе переключения.
• Нет искр, что расширяет сферу применения. Его установка допускается на объектах, где имеются повышенные риски взрывов и появления пожара.
• Низкая чувствительность к внешним факторам, к примеру, появлению магнитных полей, вибрациям, повышенному уровню пыли или магнитным полям.
• Высокий уровень сопротивления между выходом и входом.
• Низкое потребление энергии.
• Большое число коммутаций, которое не ограничивается производителем. В реальности оно достигает 10⁹.

Недостатки

Кроме положительных качеств твердотельных реле, стоит выделить и ряд недостатков:

• В открытом виде происходит нагрев изделия из-за высокого сопротивления в цепи p-n перехода. Чтобы избежать негативных последствий в приборах, пропускающих через себя повышенные токи, требуется предусмотреть охлаждение.
• В закрытом виде сопротивление увеличивается, и появляется обратный ток утечки (измеряется в мА).
• При съеме вольтамперной характеристики заметен ее нелинейный характер.
• Некоторые виды твердотельных реле требуют строго соблюдения полярности при подключении выходных цепей. Это касается тех приборов, которые рассчитаны на работу в условиях постоянного тока.
• В случае поломки высок риск перекрытия контактов на входе. Причиной может стать пробой силового ключа. Для сравнения контакты классических реле (при выходе из строя) остаются в разомкнутом виде.
• Требуется защита от ошибочных срабатываний, вызванных бросками напряжения. Это обусловлено высокой скоростью срабатывания.
• Твердотельные реле пропускают ток по обратному пути с небольшой задержкой, что обусловлено применением полупроводниковых элементов в схеме.

Выбор твердотельного реле

Разница между переменным и постоянным током и их работа

В современном мире электричество для человека является наиболее важным после кислорода. Когда было изобретено электричество, за эти годы произошло много изменений. Темная планета превратилась в планету огней. Фактически, это сделало жизнь такой простой при любых обстоятельствах. Все устройства, производства, офисы, дома, техника, компьютеры работают на электричестве. Здесь энергия будет в двух формах: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC).Что касается этих токов и разницы между переменным и постоянным током, мы подробно обсудим его основные функции и способы их использования. Его свойства также обсуждаются в табличном столбце.

Разница между переменным и постоянным током

Электроэнергия может осуществляться двумя способами, например, переменным (переменный ток) и постоянным (постоянный ток). Электричество можно определить как поток электронов по проводнику, например по проводу. Основное различие между переменным и постоянным током в основном заключается в направлении, по которому поступают электроны.В постоянном токе поток электронов будет в одном направлении и в переменном токе; поток электронов изменит свое направление, как вперед, так и назад. Разница между переменным и постоянным током в основном включает следующее:

Разница между переменным и постоянным током

Переменный ток (AC)

Переменный ток определяется как поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.В основном, переменный ток используется для подачи энергии в промышленность, жилые дома, офисные здания и т. Д.

Источник переменного тока

Генерация переменного тока

Переменный ток вырабатывается с помощью генератора переменного тока. Он предназначен для выработки переменного тока. Внутри магнитного поля скручивается проволочная петля, по которой течет индуцированный ток. Здесь вращение провода может происходить от любого средства, например, от паровой турбины, проточной воды, ветряной турбины и так далее. Это связано с тем, что проволока вращается и периодически приобретает разную магнитную полярность, ток и напряжение в проволоке чередуются.

Генерация альтернативного тока

Таким образом, генерируемый ток может иметь множество форм сигналов, таких как синус, квадрат и треугольник. Но в большинстве случаев предпочтительнее использовать синусоидальную волну, потому что ее легко сгенерировать и легко выполнить вычисления. Однако остальная часть волны требует дополнительного устройства для преобразования их в соответствующие формы волны, или форма оборудования должна быть изменена, и вычисления будут слишком сложными. Описание синусоидального сигнала обсуждается ниже.

Описание синусоидальной волны

Как правило, форму волны переменного тока можно легко понять с помощью математических терминов. Для этой синусоидальной волны требуются три вещи: амплитуда, фаза и частота.

Рассматривая только напряжение, синусоидальную волну можно описать как математическую функцию ниже:

V (t) = V _P Sin (2πft + Ø)

V (t): Это функция времени напряжение. Это означает, что со временем меняется и наше напряжение.В приведенном выше уравнении член справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

VP: Это амплитуда. Это указывает, насколько максимальное напряжение может достигать синусоидальная волна в любом направлении, то есть -VP вольт, + VP Вольт или где-то посередине.

Функция sin () утверждает, что напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны и будет действовать как плавные колебания при 0 В.

Здесь 2π — постоянная величина. Он преобразует частоту из циклов в герцах в угловую частоту в радианах в секунду.

Здесь f описывает частоту синусоидальной волны. Это будет в единицах в секунду или в герцах. Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны встречается в течение одной секунды.

Здесь t — зависимая переменная. Измеряется в секундах. При изменении времени изменяется и форма волны.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза определяется как сдвиг формы сигнала во времени. Он измеряется в градусах. Периодический характер синусоидальной волны смещается на 360 °, она становится той же формы волны при смещении на 0 °.

Для приведенной выше формулы значения приложения в реальном времени складываются с учетом США.

Среднеквадратичное значение (RMS) — еще одна небольшая концепция, которая помогает в вычислении электрической мощности.

В (t) = 170 Sin (2π60t)

Применения переменного тока

• Домашние и офисные розетки используются переменного тока.
• Генерация и передача электроэнергии переменного тока на большие расстояния — это просто.
• Меньше потерь энергии при передаче электроэнергии для высоких напряжений (> 110 кВ).
• Более высокое напряжение означает меньшие токи, а для более низких токов в линии питания выделяется меньше тепла, что, очевидно, связано с низким сопротивлением.
• AC можно легко преобразовать из высокого напряжения в низкое и наоборот с помощью трансформаторов.
• Электродвигатели переменного тока.
• Это также полезно для многих крупных приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д.
• Постоянный ток

Постоянный ток (DC) — это движение носителей электрического заряда, т.е.е. электроны в однонаправленном потоке. В постоянном токе сила тока будет меняться со временем, но направление движения остается неизменным все время. Здесь постоянным током называется напряжение, полярность которого никогда не меняется.

Источник постоянного тока

В цепи постоянного тока электроны выходят из отрицательного или отрицательного полюса и движутся к положительному или положительному полюсу. Некоторые физики определяют постоянный ток как переход от плюса к минусу.

Источник постоянного тока

Как правило, основным источником постоянного тока являются батареи, электрохимические и фотоэлектрические элементы.Но больше всего предпочитают кондиционер во всем мире. В этом случае переменный ток можно преобразовать в постоянный. Это будет происходить в несколько этапов. Изначально источник питания состоит из трансформатора, который позже преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя. Он предотвращает реверсирование тока, а фильтр используется для устранения пульсаций тока на выходе выпрямителя. Это явление преобразования переменного тока в постоянный ток

Пример перезаряжаемой батареи

Однако для функционирования всего электронного и компьютерного оборудования им необходим постоянный ток.Для большинства полупроводникового оборудования требуется диапазон напряжений от 1,5 до 13,5 вольт. Текущие потребности меняются в зависимости от используемых устройств. Например, диапазон от практически нуля для электронных наручных часов до более 100 ампер для усилителя мощности радиосвязи. Оборудование, в котором используются мощные радио- или радиовещательные передатчики, или телевидение, или дисплей с электронно-лучевой трубкой, или вакуумные лампы, требует от примерно 150 вольт до нескольких тысяч вольт постоянного тока.

Пример перезаряжаемой батареи

Основное различие между переменным и постоянным током обсуждается в следующей сравнительной таблице

S №	Параметры	переменного тока	постоянного тока
1	Сумма энергии, которая может быть передана	Это безопасно для передачи на большие расстояния по городу и обеспечит большую мощность.	На практике напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию.
2	Причина направления потока электронов	Обозначается вращающийся магнит вдоль провода.	Обозначен устойчивый магнетизм вдоль провода
3	Частота	Частота переменного тока будет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны.	Частота постоянного тока будет равна нулю.
4	Направление	Он меняет направление на противоположное при движении по контуру.	Он течет только в одном направлении в контуре.
5	Ток	Это ток величины, который меняется со временем	Это ток постоянной величины.
6	Поток электронов	Здесь электроны будут менять направление — вперед и назад.	Электроны устойчиво движутся в одном направлении или «вперед».
7	Получено от	Источником доступности является генератор переменного тока и сеть.	Источник доступности — Элемент или Аккумулятор.
8	Пассивные параметры	Это импеданс.	Только сопротивление
9	Коэффициент мощности	Он в основном находится между 0 и 1.	Всегда будет 1.
10	Типы	Это будут разные типы, такие как синусоидальный, квадратно-трапециевидный и треугольный.	Он будет Чистым и пульсирующим.

Ключевые различия переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

Ключевые различия между переменным и постоянным током заключаются в следующем.

• Направление тока будет меняться в нормальном временном интервале, тогда этот вид тока известен как переменный или переменный ток, тогда как постоянный ток является однонаправленным, потому что он течет только в одном направлении.
• Поток носителей заряда в переменном токе будет течь, вращая катушку внутри магнитного поля, иначе вращая магнитное поле внутри неподвижной катушки. В постоянном токе носители заряда будут течь, поддерживая стабильность магнетизма вместе с проводом.
• Частота переменного тока колеблется от 50 до 60 герц в зависимости от национального стандарта, в то время как частота постоянного тока всегда остается нулевой.
• PF (коэффициент мощности) переменного тока находится в диапазоне от 0 до 1, в то время как коэффициент мощности постоянного тока всегда остается равным единице.
• Генерация переменного тока может осуществляться с помощью генератора переменного тока, тогда как постоянный ток может генерироваться с помощью батареи, элементов и генератора.
• Нагрузка переменного тока резистивная; индуктивный, в противном случае — емкостной, тогда как нагрузка постоянного тока всегда является резистивной по своей природе.
• Графическое представление переменного тока может быть выполнено с помощью различных неравномерных сигналов, таких как периодические, треугольные, синусоидальные, квадратные, пилообразные и т. Д., Тогда как постоянный ток представлен в виде прямой линии.
• Переменный ток может передаваться на большие расстояния за счет некоторых потерь, в то время как постоянный ток передает с небольшими потерями на очень большие расстояния.
• Преобразование переменного тока в постоянный может быть выполнено с помощью выпрямителя, тогда как инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный.
• Генерация и передача переменного тока могут выполняться с использованием нескольких подстанций, тогда как постоянного тока используется больше подстанций.
• Применения переменного тока включают фабрики, домашние хозяйства, промышленность и т. Д., Тогда как постоянный ток используется в импульсном освещении, электронном оборудовании, гальванике, электролизе, гибридных транспортных средствах и переключении обмотки возбуждения в роторе.
• Постоянный ток очень опасен по сравнению с переменным током.В переменном токе величина тока будет высокой и низкой в ​​нормальный интервал времени, тогда как в постоянном токе величина также будет такой же. Как только человеческое тело подвергается электрошоку, переменный ток будет входить в человеческое тело, а также выходить из него через нормальный интервал времени, в то время как постоянный ток будет постоянно беспокоить человеческое тело.

Каковы преимущества переменного тока перед постоянным током?

Основные преимущества переменного тока по сравнению с постоянным током заключаются в следующем.

• Переменный ток не дорог и генерирует ток легче по сравнению с постоянным током.
• Пространство, ограниченное переменным током, больше постоянного.
• В переменном токе потери мощности при передаче меньше по сравнению с постоянным током.

Почему переменное напряжение выбирается вместо постоянного?

Основными причинами выбора переменного напряжения над постоянным в основном являются следующие.
Потеря энергии при передаче переменного напряжения мала по сравнению с постоянным напряжением. Когда трансформатор находится на некотором расстоянии, установка очень проста.Преимущество переменного напряжения заключается в повышении и понижении напряжения в зависимости от необходимости.

Истоки переменного и постоянного тока

Магнитное поле вблизи провода может вызвать поток электронов в одном направлении через провод, поскольку они отталкиваются от отрицательной части магнита и притягиваются в направлении положительной части. Таким образом было установлено питание от батареи; это было признано благодаря работе Томаса Эдисона. Генераторы переменного тока постепенно меняли систему батарей постоянного тока Эдисона, поскольку переменный ток очень надежен для передачи энергии на большие расстояния для выработки большего количества энергии.

Ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит вместо постепенного приложения магнетизма через провод. Как только магнит будет наклонен в одном направлении, электроны будут течь в положительном направлении, однако всякий раз, когда направление магнита было повернуто, электроны также будут поворачиваться.

Применение переменного и постоянного тока

Переменный ток используется для распределения электроэнергии и имеет множество преимуществ. Его можно легко преобразовать в другие напряжения с помощью трансформатора, потому что трансформаторы не используют постоянный ток.

При высоком напряжении, когда мощность передается, потери будут меньше. Например, источник питания 250 В имеет сопротивление 1 Ом и мощность 4 А. Поскольку мощность в ваттах равна вольт x амперам, передаваемая мощность может составлять 1000 ватт, тогда как потери мощности составляют I2 x R = 16 ватт.

Переменный ток используется для передачи высоковольтной энергии.

Если линия напряжения передает мощность 4 А, но у нее 250 кВ, то она передает мощность 4 А, но потери мощности такие же, однако вся система передачи несет 1 МВт, а 16 Вт — это приблизительно незначительные потери.

Постоянный ток используется в батареях, некоторых электронных и электрических устройствах, а также в солнечных батареях.
Формулы для переменного тока, напряжения, сопротивления и мощности

Формулы для переменного тока, напряжения, сопротивления и мощности обсуждаются ниже.

Переменный ток

Формула для однофазных цепей переменного тока:

I = P / (V * Cosθ) => I = (V / Z)

Формула для трехфазных цепей переменного тока:

I = P / √3 * V * Cosθ

Напряжение переменного тока

Для однофазных цепей переменного тока напряжение переменного тока составляет

В = P / (I x Cosθ) = I / Z

Для трехфазных цепей переменного тока напряжение переменного тока составляет

Для соединения звездой VL = √3 EPH в противном случае VL = √3 VPH

Для соединения треугольником VL = VPH

Сопротивление переменного тока

В случае индуктивная нагрузка, Z = √ (R2 + XL2)

В случае емкостной нагрузки Z = √ (R2 + XC2)

В обоих случаях, как емкостная, так и индуктивная Z = √ (R2 + (XL– XC) 2

переменного тока Мощность

Для 1-фазных цепей переменного тока P = V * I * Cosθ

Активная мощность для 3-фазных цепей переменного тока

P = √3 * VL * IL * Cosθ

P = 3 * VPh * IPh * Cosθ

P = √ (S2 — Q2) = √ (VA2 — VAR2)

Реактивная мощность

Q = VI * Sinθ

VAR = √ (VA2 — P2) & kVAR = √ (kVA2 — kW2 )

Полная мощность

S = √ (P + Q2)

кВА = √кВт2 + кВАр2

Комплексная мощность

S = VI

Для индуктивной нагрузки S = ​​P + jQ

Для емкостной нагрузки S = ​​P — jQ

Формулы для постоянного тока, напряжения, сопротивления и мощности

Формулы для постоянного тока, напряжения, сопротивления и мощности обсуждаются ниже.

Постоянный ток

Уравнение постоянного тока: I = V / R = P / V = ​​√P / R

Напряжение постоянного тока

Уравнение постоянного напряжения:

V = I * R = P / I = √ (P x R)

Сопротивление постоянному току

Уравнение сопротивления постоянному току: R = V / I = P / I2 = V2 / P

DC Power

DC Уравнение мощности: P = IV = I2R = V2 / R

Из приведенных выше уравнений переменного и постоянного тока, где

Из приведенных выше уравнений, где

‘I’ — измерение тока в А (Амперах)

‘В ‘- измерение напряжения в В (вольтах)

‘ P ‘- измерение мощности в ваттах (Вт)

‘ R ‘- измерение сопротивления в омах (Ом)

R / Z = Cosθ = PF (коэффициент мощности)

‘Z’ — полное сопротивление

‘IPh’ — фазный ток

‘IL’ — линейный ток

‘VPh’ — фазное напряжение

‘VL’ — линейное напряжение

‘XL’ = 2πfL, — это индуктивное реактивное сопротивление, где ‘L’ — это индуктивность в пределах Генри.

‘XC’ = 1 / 2πfC, — емкостное реактивное сопротивление, где ‘C’ — емкость в фарадах.

Почему мы используем кондиционер в наших домах?

В наших домах используется источник переменного тока, потому что мы можем очень просто изменить переменный ток с помощью трансформатора. Высокое напряжение испытывает чрезвычайно низкие потери энергии в линии или каналах длинной передачи, и напряжение снижается для безопасного использования дома с помощью понижающего трансформатора.

Потеря мощности в проводе может быть задана как L = I2R

Где

«L» — потеря мощности

«I» — ток

«R» — сопротивление.

Передача мощности может быть задана соотношением вида P = V * I

Где

‘P’ — мощность

‘V’ — напряжение

Когда напряжение увеличивается, ток будет Меньше. Таким образом, мы можем передавать равную мощность, уменьшая потери мощности, потому что высокое напряжение обеспечивает наилучшие характеристики. Поэтому по этой причине в домах используется переменный ток вместо постоянного тока.

Передача высокого напряжения также может осуществляться через постоянный ток, однако непросто снизить напряжение для безопасного использования в домашних условиях.В настоящее время для уменьшения постоянного напряжения используются усовершенствованные преобразователи постоянного тока.

В этой статье подробно объясняется разница между токами постоянного и переменного тока. Я надеюсь, что каждый пункт ясно понимается об переменном токе, постоянном токе, формах сигналов, уравнении, различиях переменного и постоянного тока в табличных столбцах вместе с их свойствами. По-прежнему не в состоянии понять любую из тем в статьях или реализовать последние электрические проекты, не стесняйтесь задавать вопрос в поле для комментариев ниже.Вот вам вопрос, а каков коэффициент мощности переменного тока?

Авторы фотографий:

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

Ключевые термины

Уравнение

переменный ток	ток, который синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой
напряжение переменного тока	напряжение, которое синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой
переменный ток (ac)	Поток электрического заряда, который периодически меняет направление
средняя мощность	среднее время мгновенной мощности за один цикл
полоса пропускания	диапазон угловых частот, в которых средняя мощность больше половины максимального значения средней мощности
емкостное реактивное сопротивление	Противодействие конденсатора изменению тока
постоянный ток (dc)	Поток электрического заряда только в одном направлении
полное сопротивление	переменный ток аналог сопротивления в цепи постоянного тока, который измеряет совокупное влияние сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления
индуктивное сопротивление	Противодействие катушки индуктивности изменению тока
фазовый угол	величина, на которую напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом в цепи
Коэффициент мощности	величина, на которую мощность, передаваемая в цепи, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе
добротность	безразмерная величина, описывающая резкость пика полосы пропускания; высокая добротность — острый или узкий пик резонанса
резонансная частота	частота, при которой амплитуда тока максимальна, и цепь будет колебаться, если не будет управляться источником напряжения
действующее значение тока	среднеквадратичное значение текущего
действующее напряжение	среднеквадратичное значение напряжения
понижающий трансформатор	трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток
повышающий трансформатор	трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток
трансформатор	устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора	, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

Ключевые уравнения

Напряжение переменного тока	\ (\ Displaystyle v = V_0sinωt \)
Переменный ток	\ (\ Displaystyle я = I_0sinωt \)
емкостное реактивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = \ гидроразрыва {1} {ωC} = X_C \)
действующее напряжение	\ (\ Displaystyle V_ {rms} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}} \)
действующее значение тока	\ (\ Displaystyle I_ {rms} = \ frac {I_0} {\ sqrt {2}} \)
индуктивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = ωL = X_L \)
Фазовый угол цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle ϕ = загар ^ {- 1} \ гидроразрыва {X_L − X_C} {R} \)
Вариант закона Ома по переменному току	\ (\ Displaystyle I_0 = \ гидроразрыва {V_0} {Z} \)
Импеданс цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L − X_C) ^ 2} \)
Средняя мощность, связанная с элементом схемы	\ (\ Displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0cosϕ \)
Средняя мощность, рассеиваемая на резисторе	\ (\ displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0 = I_ {rms} V_ {rms} = I ^ 2_ {rms} R \)
Резонансная угловая частота контура	\ (\ Displaystyle ω_0 = \ sqrt {\ frac {1} {LC}} \)
Добротность схемы	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0} {Δω} \)
Добротность схемы по параметрам схемы	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0L} {R} \)
Уравнение трансформатора с напряжением	\ (\ displaystyle \ frac {V_S} {V_P} = \ frac {N_S} {N_P} \)
Уравнение трансформатора с током	\ (\ Displaystyle I_S = \ гидроразрыва {N_P} {N_S} I_P \)

Сводка

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 на основе времени, пикового напряжения и угловой частоты.
• 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, которое измеряется в омах, изменяется в зависимости 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 цепи серии 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 по сопротивлению, емкостному и индуктивному сопротивлению.

15.5 Мощность в цепи переменного тока

• Средняя мощность переменного тока определяется путем умножения действующего значения тока и напряжения.
Закон
• Ом 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 импеданс.
• 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 известна как ширина полосы.
• Ширина полосы связана с безразмерной величиной, называемой добротностью.Высокое значение коэффициента качества — это острый или узкий пик.

15,7 Трансформаторы

• Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь в 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 участвующими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Переменный ток — Energy Education

Переменный ток (AC) — это тип электрического тока, вырабатываемого подавляющим большинством электростанций и используемого в большинстве систем распределения электроэнергии.Переменный ток дешевле генерировать и имеет меньше потерь энергии, чем постоянный ток при передаче электроэнергии на большие расстояния. ^[1] Хотя для очень больших расстояний (более 1000 км) постоянный ток часто может быть лучше. В отличие от постоянного тока направление и сила переменного тока меняются много раз в секунду.

Недвижимость

Рис. 1. Анимация из моделирования ^[2] переменного тока PhET, которое было значительно замедлено.См. Постоянный ток для сравнения.

Переменный ток изменяет направление потока заряда (60 раз в секунду в Северной Америке (60 Гц) и 50 раз в секунду в Европе (50 Гц)). Обычно это вызвано синусоидально изменяющимися током и напряжением, которые меняют направление, создавая периодическое движение назад и вперед для тока (см. Рисунок 1). Несмотря на то, что этот ток течет назад и вперед много раз в секунду, энергия по-прежнему непрерывно течет от электростанции к электронным устройствам.{2} R [/ math]

Мощность, передаваемая по линии, однако, имеет другое выражение:

[математика] P_ {передано} = IV [/ математика]

Как видно из первого уравнения, мощность, потерянная при передаче, пропорциональна квадрату тока через провод. Следовательно, предпочтительно минимизировать ток в проводе, чтобы уменьшить потери энергии.Конечно, минимизация сопротивления также снизит потери энергии, но ток оказывает гораздо большее влияние на количество потерянной энергии из-за того, что его значение возводится в квадрат. Второе уравнение показывает, что если напряжение увеличивается, ток уменьшается эквивалентно для передачи той же мощности. Следовательно, напряжение в линиях передачи очень высокое, что снижает ток, что, в свою очередь, сводит к минимуму потери энергии при передаче. Вот почему переменный ток предпочтительнее постоянного тока для передачи электричества, так как намного дешевле изменить напряжение переменного тока.Однако существует предел, при котором более нецелесообразно использовать переменный ток по сравнению с постоянным током (см. Передачу HVDC).

Использование и преимущества

Большинство устройств (например, большие заводские динамо-машины), которые напрямую подключены к цепям переменного тока

На рис. резистор и источник переменного тока — генератор переменного тока.

Поскольку напряжение и ток достигают своих максимальных значений одновременно, они равны в фазе . Закон Ома и предыдущие выражения для мощности действительны для этой схемы, если используются среднеквадратическое значение (действующее значение) напряжения и действующее значение тока, иногда называемое эффективным значением . Эти соотношения:

Закон Ома выражается следующим образом: В _R = IR , где В _R — среднеквадратичное значение напряжения на резисторе, а I — среднеквадратичное значение в цепи.

Цепи резисторно-конденсаторные

Цепь с резистором, конденсатором и генератором переменного тока называется RC-цепью . Конденсатор — это в основном набор проводящих пластин, разделенных изолятором; таким образом, устойчивый ток не может проходить через конденсатор . Изменяющийся во времени ток может добавлять или снимать заряды с обкладок конденсатора. Простая схема зарядки конденсатора показана на рисунке 2.

Рисунок 2 RC-цепь для зарядки конденсатора.

Изначально, в момент времени t = 0, переключатель (S) разомкнут, и на конденсаторе нет заряда. Когда переключатель замкнут, ток проходит через резистор и заряжает конденсатор. Ток прекратится, когда падение напряжения на конденсаторе сравняется с потенциалом батареи (В) . Как только конденсатор достигнет максимального заряда, ток упадет до нуля.Сразу после замыкания переключателя ток максимален и экспоненциально уменьшается со временем. Емкостная постоянная времени (τ), греческая буква тау) — это время, за которое заряд распадется до 1/ e от его начального значения, где e — натуральный логарифм. Конденсатор с большой постоянной времени будет медленно изменяться. Емкостная постоянная времени τ = RC .

Из правил Кирхгофа получены следующие выражения для разности потенциалов на конденсаторе (V _C ) и тока (I) в цепи:

, где В, — потенциал аккумулятора.

Цепи резисторно-индуктивные

Цепь с резистором, катушкой индуктивности и генератором переменного тока — это цепь RL . Когда переключатель замкнут в цепи RL, в катушке индуктивности индуцируется обратная ЭДС. Следовательно, току требуется время, чтобы достичь своего максимального значения, а постоянная времени, называемая индуктивной постоянной времени , равна

Уравнения для тока как функции времени и потенциала на катушке индуктивности:

Для простоты в приведенных выше обсуждениях RC- и RL-схем использовался переключатель.Открытие и закрытие переключателя дает реакцию, аналогичную реакции на переменный ток. Цепи RC и RL похожи друг на друга, потому что увеличение напряжения дает ток, который изменяется экспоненциально в каждой цепи, но отклики различаются в других отношениях. Это различное поведение, описанное ниже, приводит к различным ответам в цепях переменного тока.

Реактивное сопротивление

Теперь рассмотрим цепь переменного тока, состоящую только из конденсатора и генератора переменного тока. Графики зависимости тока и напряжения на конденсаторе от времени показаны на рисунке.Кривые , а не , совпадают по фазе, как это было для цепи резистора и генератора переменного тока. (См. Рисунок.) Кривые показывают, что для конденсатора напряжение достигает максимального значения через четверть цикла после того, как ток достигает максимального значения. Таким образом, напряжение отстает от тока через конденсатор на 90 градусов.

Емкостное реактивное сопротивление (X _c ) выражает тормозящее влияние конденсатора на ток и определяется как

Рисунок 3

Ток и напряжение от источника переменного тока через конденсатор.

, где C — в фарадах, а частота (f) — в герцах. Закон Ома дает В _c = IX _c , где В _c — среднеквадратичное напряжение на конденсаторе, а I — среднеквадратичное значение тока в цепи.

Рассмотрим схему только с катушкой индуктивности и генератором переменного тока. На рисунке показаны графики зависимости тока и напряжения для катушки индуктивности от времени.Еще раз обратите внимание, что напряжение и ток не совпадают по фазе. Напряжение для этой цепи достигает своего максимального значения за четверть цикла до того, как ток достигнет своего максимума; таким образом, напряжение опережает ток на 90 градусов.

Рисунок 4 Ток и напряжение от источника переменного тока через катушку индуктивности.

Току в цепи препятствует обратная ЭДС катушки индуктивности.Эффективное сопротивление называется индуктивным реактивным сопротивлением (X _L ) , определяемым как (X _L ) = 2π fL , где L измеряется в генри, а f — в герцах. Закон Ома дает (V _L ) = IX _L , где (V _L ) — среднеквадратичное напряжение на катушке индуктивности, а I — среднеквадратичное значение в катушке индуктивности.

Цепь резистор-индуктор-конденсатор

Цепь с резистором, катушкой индуктивности, конденсатором и генератором переменного тока называется цепью RLC .Фазовые отношения этих элементов можно резюмировать следующим образом:

• Мгновенное напряжение на резисторе В _R находится в фазе с мгновенным током.

• Мгновенное напряжение на катушке индуктивности В _L опережает мгновенный ток на 90 градусов.

• Мгновенное напряжение на конденсаторе В _c отстает от мгновенного тока.

Поскольку напряжения на различных элементах не совпадают по фазе, отдельные напряжения нельзя просто складывать в цепях переменного тока. Уравнения для полного напряжения и фазового угла:

, где все напряжения являются действующими значениями. Закон Ома для общего случая цепей переменного тока теперь выражается V = IZ , где R заменен на сопротивление ( Z ), измеренное в омах. Импеданс определяется как

переменного тока | Определение и факты

Переменный ток , аббревиатура AC , периодически меняющийся поток электрического заряда.Он начинается, скажем, с нуля, растет до максимума, уменьшается до нуля, меняет направление, достигает максимума в противоположном направлении, снова возвращается к исходному значению и повторяет этот цикл бесконечно. Интервал времени между достижением определенного значения в двух последовательных циклах называется периодом, количество циклов или периодов в секунду — частотой, а максимальное значение в любом направлении — амплитудой переменного тока. Низкие частоты, такие как 50 и 60 циклов в секунду (герц), используются для бытовой и коммерческой энергетики, но переменные токи с частотой около 100000000 циклов в секунду (100 мегагерц) используются в телевидении и несколько тысяч мегагерц в радарах или микроволновая связь.Сотовые телефоны работают на частотах около 1000 мегагерц (1 гигагерц).

Подробнее по этой теме

электричество: переменные электрические токи

Многие приложения электричества и магнетизма связаны с изменяющимися во времени напряжениями. Электроэнергия передается на большие расстояния от …

Переменный ток (AC) имеет явное преимущество перед постоянным током (DC; постоянный поток электрического заряда в одном направлении), поскольку он может передавать мощность на большие расстояния без больших потерь энергии на сопротивление.Передаваемая мощность равна току, умноженному на напряжение; тем не менее, потеря мощности равна сопротивлению, умноженному на квадрат тока. С появлением первых электрических сетей постоянного тока в конце 19-го века изменение напряжения было очень трудным. Из-за потерь мощности эти сети использовали низкое напряжение для поддержания высокого тока и, таким образом, могли передавать полезную мощность только на короткие расстояния. Передача энергии постоянного тока вскоре была вытеснена системами переменного тока, которые передают мощность при очень высоких напряжениях (и, соответственно, низком токе) и легко используют трансформаторы для изменения напряжения.Существующие системы передают мощность от генераторов в сотни тысяч вольт и используют трансформаторы для понижения напряжения до 220 вольт (как в большинстве стран мира) или 120 вольт (как в Северной Америке) для индивидуальных клиентов. См. Также электрический ток.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ AC / DC Переменный ток (AC) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока (DC)

Презентация на тему: «ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ AC / DC. Переменный ток (AC) — это электрический ток, величина и направление которого меняются циклически, в отличие от постоянного тока (DC)» — стенограмма презентации:

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

2 AC / DC: в чем разница?
В 1887 году постоянный ток был королем. В то время в Соединенных Штатах была 121 электростанция Эдисона, которая поставляла электроэнергию постоянного тока потребителям.Но у постоянного тока было большое ограничение, а именно, что электростанции могли отправлять электричество постоянного тока только примерно за милю, прежде чем электричество начало терять мощность. Поэтому, когда Джордж Вестингауз представил свою систему, основанную на высоковольтном переменном токе (AC), которая могла переносить электричество на сотни миль с небольшой потерей мощности, люди, естественно, обратили на это внимание. Завязалась «битва течений». В конце концов, AC Westinghouse победил. Американский опыт | Чудо света Эдисона | AC — DC: в чем разница?

3 Амплитуда переменного тока Напряжение переменного тока v можно математически описать как функцию времени с помощью следующего уравнения: Vpeak — пиковое напряжение (единица измерения: вольт), ω — угловая частота (единица измерения: радиан в секунду). к физической частоте f, которая представляет количество колебаний в секунду (единица = герц), уравнением ω =

4 Как сравнить переменный и постоянный ток Напряжение переменного тока обычно выражается как среднеквадратичное значение (RMS), записанное в Vrms.Для синусоидального напряжения: Vrms полезно при расчете мощности, потребляемой нагрузкой. Если постоянное напряжение VDC подает определенную мощность P на данную нагрузку, то переменное напряжение Vpeak будет передавать такую ​​же среднюю мощность P на ту же нагрузку, если Vrms = VDC. По этой причине среднеквадратичное значение является обычным средством измерения переменного напряжения. 110 В переменного тока — это фактически среднеквадратичное значение, которое используется энергетическими компаниями в Америке. Но пиковое значение напряжения составляет В.

5 Блок-схема ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ AC / DC

6 ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ AC / DC Принципиальная схема:
Примечание: Эта конфигурация применима для 230 В (Европа).

7 Трансформатор: Функция: Трансформатор — это устройство, используемое для увеличения (повышения) или уменьшения (понижения) напряжения переменного тока в цепи.

No related posts.